Redistribution of heavy metals and other elements in air-dry aggregates of trans-eluvial landscapes (on the example of UO PEC "Chashnikovo")

Abstract

This study is focused on the erosion losses of heavy metals and other elements, as well as their redistribution in large soil aggregates. An erosion-prone slope in the zone of sod-podzolic soils (Educational and Experimental Soil and Ecological Center of Lomonosov Moscow State University "Chashnikovo") was selected as an object. In the selected samples, the gross content of the main soil trace elements and macroelements was determined using X-ray fluorescence analysis. It was noted that Zn, Sr, Fe and Rb were removed from the soil at the foot of the slope, moreover, these elements were mainly accumulated in aggregates 5‒2 mm in diameter. In turn, Zr, Nb, Ti, Cr, Al were also actively washed out at the foot of the slope, approximately equally distributed among all groups of aggregates. There are also elements for which the influence of the studied factors (location relative to the slope and size of aggregates) was not observed: Cu, Ni, Ga, As. A unique behavior was recorded for manganese, it is the only element for which an increase in the content was reliably recorded at the foot of the slope, moreover, in small aggregates <2 mm in diameter (p-value <0,05), the most prone to erosion washout. According to the results of dispersion and correlation analyses, we are assuming that erosion processes influence the distribution of zinc, strontium, chromium and manganese, and the distribution of other elements is influenced by the factor of parent material, anthropogenic input and/or podzolic process.

References

1. Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. М., 1976. 267 с. 2. Бондаренко Е.В. Опыт учета экосистемных сервисов почв при оценке деградации земель (на примере УО ПЭЦ МГУ): Дисс. ... канд. биол. наук. М., 2016, стр. 121 3. Вернадский В.И. Собр. соч.: в 24 т. Т. 7. Тр. по геохимии почв и биогеохимии (после 1910 г.) / Науч. ред. и сост. академик Э.М. Галимов. М., 2013. 500 c. 4. Ермолов В.А., Тищенко Т.В. Эколого-токсикологическая оценка апатитового концентрата и радиоэкологический мониторинг геологической среды ковдорского ГОКа // ГИАБ, 2014, стр 377-386 5. Загрязнение почв тяжелыми металлами. Способы контроля и нормирования загрязненных почв: Учеб. пособие / Сост.: Х.А. Джувеликян, Д.И. Щеглов, Н.С. Горбунова. Воронеж, 2009. 22 с. 6. История и современное состояние научных исследований в Учебно-опытном почвенно-экологическом центре Московского университета «Чашниково» / Под ред. С.А. Шобы, О.А. Макарова, М.В. Загоруйко. М., 2019. 197 с. 7. Карпова Е.А., Минеев В.Г. Тяжелые металлы в агроэкосистеме. М., 2015. 252 с. 8. Кириллова Н.П., Силёва Т.М. Таксономическая диагностика почв с помощью автоматизированного определителя // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2015. № 3. С. 31–35 9. Литвинович А.В., Небольсина З.П., Витковская С.Е. и др. Влияние длительного применения фосфорных удобрений и мелиорантов на накопление в почвах и растениях стабильного стронция // Агрохимия. 2011. № 1. С. 35–41. 10. Макаров М.И. Фосфор органического вещества почв. МГУ им. М. В. Ломоносова. - М., 2009. 397 с. 11. Мамонтов В.Г., Родионова Л.П., Артемьева З.С. и др. Агрогенная и постагрогенная трансформация структурного состояния чернозема типичного Курской области // Международный сельскохозяйственный журнал, 2019. № 5(371), С. 14–17. 12. Медведев И.Ф., Деревягин С.С. Тяжелые металлы в экосистемах. Саратов, 2017. 178 с. 13. Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник, 2-е издание, переработанное и дополненное. М., 2004. 720 с. 14. Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» (с изменениями на 30 декабря 2022 года) https://docs.cntd.ru/document/573500115/titles/8P20LR?ysclid=m6hktraqha34498378 (дата обращения: 29.01.2025). 15. Петренко Д.В. Влияние производства фосфорных удобрений на содержание стронция в ландшафтах: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Краснодар, 2014., 24 с. 16. Селюкова С.В. Тяжелые металлы в органических удобрениях // Агрохимия. 2016. № 5. С. 47–51. 17. Федотов Г.Н., Омельянюк Г.Г., Быстрова О.Н. и др. Распределение тяжелых металлов в агрегатах почв различных типов // Доклады Академии наук. 2008. Т. 420, № 3. С. 346–350. 18. Хан Д.В. Органоминеральные соединения и структура почвы. М., 1969. 141 с. 19. Холодов В.А. Механизмы восстановления структуры и органического вещества гумусовых горизонтов почв на разных уровнях иерархии организации: Автореф. дис. … канд. с-х. наук. М., 2020. 45 с. 20. Dmitruk Y., Matviyschyna Zh. The comparative analysis of the heavy metals content and indices for modern and fossil soils of Precarpa thian (after investigation of Brusnitca site) // Regionalne problemy ekologiczne. Wyzsza Szkola Ekologii. Sosnowiec: 2005. P. 23–35. 21. Horowitz A.J., Stephens V.C., Elrick K.A. et al. Concentrations and annual f luxes of sediment-associated chemical constituents from conterminous US coastal rivers using bed sediment data // Hydrol. Process. 2012. Vol. 26(7). P. 1090–1114. http://dx.doi. org/10.1002/hyp.8437 22. Kerr J.G., Cooke C.A. Erosion of the Alberta badlands produces highly variable and elevated heavy metal concentrations in the Red Deer River, Alberta // Science of the Total Environment. 2017, Vol. 596–597. P. 427–436. 23. Rickson R.J. Can control of soil erosion mitigate water pollution by sediments? // Sci. Total Environ. 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.05. 057 24. Shen Q., Wu M., Zhang M. Accumulation and relationship of metals in different soil aggregate fractions along soil profiles // Journal of Environmental Sciences. 2022. Vol. 115. P. 47–54. 25. Viers J., Dupré B., Gaillardet J., 2009. Chemical composition of suspended sediments in world rivers: new insights from a new database // Sci. Total Environ. Vol. 407(2). Р. 853–868. 26. Zhang Y., Zhang X., Bi Z. et al. The impact of land use changes and erosion process on heavy metal distribution in the hilly area of the Loess Plateau, China // Science of The Total Environment. 2020. Vol. 718. P. 1-9.