Гост грунты: ГОСТ 25100-2020 Грунты. Классификация

морфология, разнообразие и химические свойства

Постантропогенные преобразования и трансформации почвенного покрова бывших сельскохозяйственных земель на заброшенных землях на территории Российской Арктики мало изучены из-за активного роста городских комплексов и увеличения площадей под сельскохозяйственными угодьями. Это приводит к увеличению площади пахотных земель, окружающих полярные урбанизированные территории.Сегодня большая часть земель, выделенных для сельскохозяйственных нужд, заброшена или затронута другими видами землепользования. Это исследование было направлено на изучение заброшенных земель, окружающих некоторые населенные пункты в центральной части Ямальского региона. Разнообразие, морфология, химические и агрохимические свойства почв были исследованы с особым акцентом на конкретные преобразования, которые происходят с залежами в условиях криогенной экосистемы, подверженной влиянию вечной мерзлоты. Анализ данных показывает, что эти почвы характеризуются особенностями, связанными как с прошлыми (и существующими) антропогенными воздействиями, так и с естественными процессами, такими как криогенный массоперенос.Деградация пахотного горизонта, обогащенного гумусом, не была столь выраженной, как в последние десятилетия в более влажной бореальной среде. Содержание органического углерода в верхнем слое почвы зависит от землепользования и значительно варьируется в зависимости от типа почвы. Бывший пахотный верхний слой почвы со временем оставался стабильным с точки зрения его морфологических характеристик и агрохимического состояния. Несмотря на высокий уровень кислотности почвы, содержание питательных веществ в почвах, подвергшихся антропогенному воздействию, оставалось высоким, даже несмотря на то, что они были заброшены в течение 20 лет.

1 Введение

Исследования динамики сельскохозяйственных земель важны для повышения эффективности управления сельскохозяйственной инфраструктурой, а также для обеспечения безопасности пищевых продуктов и высоких темпов экономического роста. Это также важно для определения модели перехода к устойчивому развитию и экологизации аграрного сектора в России. Такой анализ стал приоритетным как в региональном контексте, так и на уровне страны в целом (Некрич, Луры, 2016; Николаева, Десяткин, 2015).Согласно программе «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года» в Арктической зоне планируется организовать семь кластеров развития, одна из которых расположена в Ямальском регионе. Одна из основных задач развития российской экономики связана с изучением природных ресурсов Арктического региона. Арктическая зона считается самой урбанизированной в Российской Федерации, более 85% ее населения сосредоточено в городах и урбанизированных поселках.Тем не менее поддержка местного населения сельскохозяйственной продукцией, особенно овощной, в регионе не развита. В советское время были разработаны многочисленные программы по локализации и адаптации овощеводства для Ямала и Якутской области. Поэтому в окрестностях некоторых полярных городов до сих пор существуют бывшие сельскохозяйственные угодья. Эти почвы могут быть оценены с точки зрения их основных свойств, которые затем могут быть использованы для разработки новых программ развития Арктики. Следовательно, возрастающие темпы антропогенного воздействия как на природные, так и на городские экосистемы привели к необходимости понимания причин, механизмов и последствий воздействующих факторов.Поэтому актуальны темы, связанные с исследованием городских почв и их динамики в изменяющейся окружающей среде. Считается, что антропогенное изменение свойств почв российской Арктики недооценивается, особенно с точки зрения воздействия сельского хозяйства на их свойства. Как антропогенное воздействие, так и изменение климата могут влиять на биогеохимические процессы в ландшафтах, затронутых вечной мерзлотой, которые очень чувствительны к климату и антропогенному давлению.Вопросы восстановления окружающей среды и управления окружающей средой уже остро встали на Ямале, Тазе и на юго-востоке Гыданского полуострова (Хитун, Ребристая, 1997; Ребристая, Хитун, 1997). Ямальский регион является ключевым регионом, где растительный покров изменился из-за интенсивного освоения ресурсов и изменения климата (Forbes, 1999; Добринский, 1997; Москаленко, 2005; Walker et al., 2009). Адаптивно-ландшафтную агротехнику следует применять к местным условиям с учетом климатических и литологических особенностей отдаленных регионов Арктической зоны (Иванов, Лаженцев, 2015).Арктический регион имеет перспективы для развития органического производства, а преимущества северного земледелия уже используются в Скандинавских странах и Финляндии. Ранее было показано, что основные риски и угрозы для сельского хозяйства в Арктике связаны с климатическими условиями и низкой устойчивостью почв, подверженных криотурбации. Особенность агротехнических приемов в тундровых ландшафтах состоит в том, что они обычно располагаются на участках с преобладанием песчано-текстурированных (Салехард, Якутск) или крупнозернистых (Мурманск) нефтематеринских пород, а вмещающие почвы преимущественно глинистого типа.

Концепция продовольственного обеспечения населения Арктического региона должна основываться на увеличении темпов выращивания овощей внутри страны и на строго локализованном производстве сельскохозяйственных товаров. Усилия также должны включать развитие мощностей для их переработки, хранения и реализации (Иванов, Лаженцев, 2015; Дымов, Михайлов, 2017; Арчегова, Панюков, 2006). Учитывая эти обстоятельства, необходимо изучить особенности местного ландшафта и существующие возможности для развития сельского хозяйства.Хотя сельскохозяйственные почвы в регионах, затронутых вечной мерзлотой, их свойства и методы ведения сельского хозяйства были исследованы ранее (Hossain et al., 2007; Matsumura, 2014; Michelsen et al., 2014; Stevenson et al., 2014a; Stevenson et al. , 2014b) и существующие методы ведения сельского хозяйства обсуждались (Sjögren, Arntzen 2013; Spiegelaar, Tsuji 2013), данных о разнообразии почв в сельскохозяйственных ландшафтах России мало (Алексеев, Абакумов 2018; Оконешникова и др.2009 г.).

Площадь распространения вечной мерзлоты на Земле достигает 35 миллионов км ² , что составляет до 25% общей площади суши в мире (Jones et al., 2010). В России вечная мерзлота занимает более 10,7 млн ​​км ² . Более 60% поверхности суши в России покрыто сплошной и спорадической вечной мерзлотой (Котляков и Хромова, 2002). По климатическим причинам изменение динамики активного слоя (а именно увеличение толщины) влияет на трансформацию органического вещества почвы (Zubrisky et al.2014; Duarte-Guardia et al. 2019), изменение пространственной структуры почвенного покрова (Десяткин, 2011) и эволюции почв (Иванов и др., 2015). Одним из наиболее вероятных и важных результатов устойчивого потепления в экосистемах высоких широт будет таяние вечномерзлых почв и выброс из них органического углерода в атмосферу в виде CO ₂ или метана посредством микробного дыхания или выщелачивания в виде растворенного органического углерода. (Датта и др., 2006; Каверин и др., 2014). Почвы, пораженные вечной мерзлотой, типичны для Канады, Гренландии, Скандинавии, России, Китая и Монголии.Разнообразие почв, затронутых вечной мерзлотой, основано на процессе криопедогенеза, при этом интенсивность почвообразования определяется глубиной активного слоя, структурой и структурой материнского материала и коренных пород, а также климатическими характеристиками местоположения почвы (Zubrzycki et al. др.2014).

Пашня в России в целом была сохранена в этот период за счет распашки неплодородных земель на окраинах сельскохозяйственных территорий (например, в Западной Сибири) (Добринский 1997; Москаленко 2005).Из-за деградации больших площадей пахотных земель и вовлечения бедных земель общее плодородие пахотных земель снизилось, несмотря на значительные усилия правительства по его поддержанию и увеличению (например, меление, гипс, ирригация, дренаж, минеральные и органические удобрения ). В ХХ веке России после распада СССР удалось сохранить высокий уровень пахотных земель в стране благодаря относительно удовлетворительному состоянию материально-технической базы, а также значительным прямым и косвенным инвестициям в производство со стороны крупных народнохозяйственных компаний. для освоения целинных земель.Таким образом, в кризисных условиях последних десятилетий нехватка материально-технических ресурсов спровоцировала сокращение пашни, прежде всего за счет изъятия малопродуктивных почв. В то же время, однако, многие земли хорошего качества также были выведены из базы пахотных земель, и их экологический потенциал остался невостребованным по экономическим причинам.

Таким образом, целью данной работы была оценка современного состояния, морфологических особенностей и свойств бывших сельскохозяйственных земель в пределах города Салехарда и его окрестностей, где почвы подстилаются вечной мерзлотой.Цели исследования:

1. —

   различают основные морфологические и таксономические особенности почвенных профилей, ранее затронутых сельским хозяйством

2. —

   оценить основные физические, химические и агрохимические свойства сельскохозяйственных почв, покрытых вечной мерзлотой

3. —

   описывают морфологические особенности сельскохозяйственных почв заброшенных бывших пахотных земель в Салехардском районе и его окрестностях.

2 Материалы и методы

Это исследование проводилось в разных местах города Салехарда и его окрестностей (Ямальский автономный округ, Россия; Рисунок 1). Участок 1 (Sal1) находился на экспериментальном поле бывшей зональной станции. Участок 2 (Sal2) считается картофельным полем на правом берегу реки Шайтанки. Участок 3 (Сал3) находился на территории «Ангальский мыс» рядом с существующим коровником. Участок 4 (Sal4) находился на заброшенном участке, который не возделывался около двух лет.Участок 5 (М1) находился в селе Мужи и представлял собой заброшенные огороды возле Дома детского творчества. Участок 6 (Y1) находился в поселке Ямгорт и представлял собой заброшенные огороды возле заброшенного дома, где земля не обрабатывалась в течение 5 лет. Участок 7 (h2) находился в поселке Харсаим на склоне реки Обь; Это заброшенный сад на территории заброшенного дома. Участок 8 (h3) находился в поселении Харсаим и также представлял собой заброшенный сад на территории заброшенного дома (таблица 1).

Рисунок 1

Учебные участки в Ямальском автономном округе (Запад России)

Описание исследуемых участков в Салехарде и окрестностях

Морфологическая характеристика почв.

2.1 Физико-химические свойства

Содержание углерода, азота и водорода оценивали с использованием анализатора CHN (Leco CHN-628; Leco Corporation, St. Joseph, MI). Определялась микробиологическая активность почв, базальное дыхание с использованием инкубационных камер и субстрат-индуцированное базальное дыхание (Методы оценки почвенного углерода, 2011).

2.2 Агрохимические свойства

Хлорид калия был использован для экстракции аммонийного азота в соответствии с методом 350 EPA.1 (1993). Содержание подвижного фосфора и калия определяли экстракцией 0,5 моль / л HCl (Kuo, 1996). Оценка основных агрохимических характеристик проводилась по стандартным методикам ГОСТ 54650-2011 (1985), основанным на извлечении подвижных соединений фосфора (P ₂ O ₅ ) и калия (K ₂ O) из почвы. с раствором соляной кислоты и количественным определением содержания фосфора и калия, а также в ГОСТ 26489-85 (2011), который сначала извлекает обменный аммоний (NH ₄ ⁺ ) из почвы с помощью раствора хлорида калия, а затем измеряет фотометрически цветной раствор.

2.3 Статистический метод

Для статистического анализа агрохимических свойств залежей в окрестностях Салехарда использовалась программа PAST (PAle-ontological STatistics). Для определения тренда использовался тест тренда Манна-Кендалла, который является непараметрическим тестом. Процедура была проведена Гилбертом (1987).

3 Результаты

3.1 Особенности почвообразования Салехарда и его окрестностей

На освоение почв тундровой зоны в первую очередь влияют процессы криогенного массообмена.Именно поэтому первыми колонистами, основавшими поселения на севере России, использовались только песчаные «острова» из грубо текстурированного исходного материала различного происхождения. В случае Салехарда и его пригородных поселений, голоценовые пески аллювиального и эолового происхождения были первоначально колонизированы, в то время как окружающие районы с глинистой почвой были местом, где располагались объекты для выращивания поселений. Пахотные поля расположены на подзолистых почвах, а в Салехарде — на подзолистых энтиковых типах.Эти почвы расположены в четвертичных отложениях аллювиального происхождения Обской губы. Подзолистый тип в исследуемом районе не зональный для лесотундры, а скорее от песчаного текстурированного материнского материала, который проникает на несколько сотен километров к северу на полуостровах Ямал и Гыдан. Эти почвы использовались для местного сельского хозяйства и садоводства. В результате воздействия пахотных земель почвенные профили показывают развитие темно-серого или темно-коричневого пахотного горизонта наряду с угловатой структурой почвы.

3.2 Агрохимические свойства исследуемых почв

Определенные основные химические свойства почв свидетельствуют о том, что почвы характеризуются следующими особенностями. Во-первых, почти все образцы почвы характеризовались сильнокислыми условиями (pH 3,5–5,9), при этом значения pH постепенно увеличивались с глубиной. Преобладающая активная кислотность характерна для почв с особенностями процесса оподзоления. Заброшенные сельскохозяйственные почвы также показывают низкие значения pH, поскольку карбонаты или известковые материалы больше не используются для улучшения химического состояния почвы.Во-вторых, анализ текстурного класса показал преобладание песчаной фракции в почвах всех ключевых участков. Содержание песка также увеличивалось с глубиной. Это может быть связано с относительным накоплением мелких фракций в верхнем слое почвы из-за накопления гумуса в почвах от прошлых органических удобрений, а также с выветриванием мелкозема в верхних горизонтах почвы. Основные химические характеристики почв Салехарда приведены в таблице 3.

Содержание углерода и азота в почвах Салехарда.Среднее ± SD. п = 3

Содержание углерода в образцах почвы показало относительно высокую изменчивость (0,08–19,46 мг · кг ^–1 ). Это было связано с разными темпами прежнего антропогенного удобрения почвы и временем, прошедшим с момента последнего использования земли (сегодня практически заброшенные территории). Следует отметить чрезвычайно низкие значения углерода в почве заброшенных полей для выращивания картофеля (Sal2).Данные по скорости базального дыхания (биологической активности) существенно различались в верхних горизонтах почвы. Наибольшее значение получено для площади существующего коровника (Sal3). Эта почва имела более высокие показатели биологической активности из-за постоянного обогащения верхнего слоя почвы продуктами жизнедеятельности коров. Эти результаты согласуются с результатами для содержания углерода, которое также было самым высоким в этой почве. Во всех случаях углерод присутствовал в органических формах, так как карбонизированная форма отсутствует как в мелкоземельной, так и в крупнозернистой фракциях.

Среднее содержание аммонийного азота, а также содержание элементов было низким (<20 мг · кг ⁻¹ ) и соответствовало уровню, как ранее сообщалось для техногенных / антропогенных ландшафтов. Одна из причин этого может быть связана с тем, что растительность удаляет азот из почвы.

Согласно данным динамики питательных веществ, динамика доступности азота была четко выраженной во времени (Рисунок 4.1). Минеральные формы соединений азота, за исключением аммония, представлены нитратами и нитритами.Однако большая часть почвенного азота была представлена ​​органическими соединениями.

Рисунок 4

Динамика агрохимических свойств почв Салехарда и прилегающих территорий. 1, в наличии N; 2, К ₂ О; 3, П ₂ О ₅ ; 4 — значение pH; оси x — залежь в окрестностях Салехарда; по оси ординат — значение агрохимических свойств в мг · кг ^-1 ± SD

Как элемент, фосфор намного более однороден, чем азот, хотя почвенные соединения, которые он образует, многочисленны как в почвах в целом, так и в одной конкретной почве (Рисунок 4.3). Фосфор попадает в почву и другие компоненты биосферы с остатками растений и животных или удобрениями. Значительная часть вносится почвообразующими породами, а часть также вносится с осадками. Фосфор в удобрениях находится в основном в форме различных фосфатов кальция, причем помимо фосфатной руды широко используются суперфосфат, двойной суперфосфат и осадок. Эти соединения фосфора претерпевают различные преобразования в почве. Минерализация органических соединений фосфора, изменение подвижности соединений фосфора, иммобилизация фосфора и фиксация фосфора имеют большое значение для генезиса и плодородия почвы.Исследования изменения фосфатного режима в верхних слоях почвы показали, что ежегодное внесение минеральных удобрений на поверхность почвы увеличивает содержание подвижного фосфора после первого года использования. Однако подвижность фосфора в почве низкая, на пастбищах он мигрирует на глубину всего 1,3–2,5 см.

Калий как питательное вещество для растений во многом зависит от количества присутствующих частиц глины и их минералогического состава (рис. 4.2). Почвы Салехарда и его окрестностей сложены песчаными отложениями с низкой сорбционной способностью.Основываясь на динамике обменного калия в почвах, мы можем отметить из исследований в этом районе в 1960-х годах, включающих ежегодное удобрение почвы, что содержание калия было на том же уровне, что и сегодня, и было низким. Повышение содержания калия в настоящее время может быть связано с озеленением верхнего слоя почвы, поскольку плотные корневые системы способствуют сохранению питательных веществ.

Изменение pH исследуемых почв в прошлом и его снижение в настоящее время связано с активными процессами выщелачивания (рисунок 4.4). Изменения pH напрямую влияют на доступность питательных веществ в почве.

На основании наших данных мы полагаем, что в Салехарде и его окрестностях благоприятная агрохимическая ситуация. При правильных мелиоративных усилиях и соответствующих нормах внесения минеральных и органических удобрений такие почвы можно вернуть в сельскохозяйственный комплекс и обеспечить местное население значительными продуктами питания.

3.3 Статистический анализ

По результатам теста тренда Манна-Кендалла (таблица 4) мы видим, что значения K ₂ O и P ₂ O ₅ имеют статистически значимый тренд увеличения во времени с 1962 по 2018 год.Для азота у нас есть статистически значимая тенденция к снижению, а для pH нет статистически значимой тенденции.

Тренд-тест Манна-Кендалла агрохимических свойств исследуемых почв

4 Обсуждение

Ситуация в России с заросшими заброшенными землями и выводом из оборота огромного массива сельскохозяйственных угодий из-за экономического коллапса (1990 — начало 2000-х годов) не имеет аналогов в мире.Однако и до этого на протяжении последнего столетия в некоторых регионах сельскохозяйственные угодья были заброшены, в основном в лесной и лесостепной зонах. Таким образом, в России образовались огромные площади залежных постагрогенных земель, где произошла сукцессия / восстановление естественных экосистем с их растительностью и почвенным покровом. В результате значительные изменения баланса углерода, запасов углерода в почвах и растительности произошли на обширной территории (Иванов, Лаженцев, 2015; Котляков, Хромова, 2002).

Сравнивая наши данные с другими источниками (Kabata-Pendias and Pendias 1989; Rebristaya and Khitun 1997), мы обнаружили, что питательные элементы (N, P, K) могут постоянно оставаться в почве в течение длительного времени, и когда сельскохозяйственная деятельность возобновляется, заброшенные почвы могут вернуться к прежнему виду. Таким образом, освоение почв аграрного комплекса Ямала должно быть успешным. По своим морфологическим и химическим свойствам они являются наиболее подходящими землями для выращивания сельскохозяйственных продуктов, так как имеют песчаный состав, предотвращающий процессы оглеения и заболачивания, широко распространенные в арктической зоне.К сожалению, высокая доля болот и суровые климатические условия в Арктике препятствуют развитию аграрных комплексов (Алексеев и др., 2017; Дэвис, 2001; Добринский, 1997; Дымов, Михайлов, 2017).

Кислотность почвы определяет доступность фосфатных соединений для растений. Их растворимость и доступность для растений снижается как в сильнокислой (<4,5), так и в нейтральной почве (pH> 6,5). Однако при умеренном подкислении почвы растворимость фосфатов кальция и магния увеличивается, тогда как при подщелачивании почвы их растворимость и доступность уменьшаются.Напротив, pH не является основным фактором для K ₂ O, а содержание калия остается почти неизменным при изменении pH. Однако уровень pH может косвенно влиять на содержание калия в почве. В Салехарде процессы зонального оподзоления, повышенная кислотность и удаление частиц глины и ила влияют на содержание калия в почве. Содержание азота в почве напрямую связано с содержанием калия. Азотистые соединения, размеры ионов которых аналогичны размерам ионов калия, напрямую конкурируют с ним в почвенных процессах.Взаимосвязь этих катионов может наблюдаться как когда они закреплены в почве, так и когда они подвижны (Якименко, 2009; Никитишен, 1984; Минеев, 1984; Адхами и др., 2012).

Трансформация соединений азота в почвах происходит в результате ряда процессов, среди которых мобилизация азота, аммификация, нитрификация и денитрификация имеют первостепенное значение. Органические остатки подвержены гумификации и аммонификации. Ионный NH ₄ участвует в процессах разной значимости и направленности.Он поглощается растениями, участвует в гумификации, частично вымывается или фиксируется, а также подвергается нитрификации. Нитрат-ион частично вымывается, активно поглощается растениями и частично подвергается денитрификации, тем самым замыкая азотный биогеохимический цикл. В динамике во времени доступный азот быстро вымывается из почвы. Таким образом, регулярное внесение азотных удобрений необходимо для поддержания уровня азота в почве (Кабата-Пендиас и Пендиас, 1989; Якименко, 2009).

Наши данные показали, что почвы характеризуются свойствами, обусловленными как предыдущими антропогенными воздействиями (например,g., повышенное содержание органических веществ и удобрений в поверхностных слоях почвы и формирование специфической структуры), а также естественные процессы (например, криогенный массоперенос и оподзоление). Содержание органического углерода в почве зависит в основном от характера текущего землепользования и значительно варьируется в исследуемых почвах. Однако в постантропогенных сукцессиях не было интенсивных потерь органического вещества, как это было ранее для более влажных и теплых регионов с бореальным климатом (Даугелена, Буткута, 2008).

Вопрос о введении залежей в число существующих должно решаться на политическом и экономическом уровне. Он должен быть частью общей стратегии и стратегий рационального использования земельных и почвенных ресурсов и управления ими. При освоении залежей важной задачей является сохранение и рациональное использование этого потенциала плодородия почв (Орлова, 2015). Вместе с тем, это требует дальнейшего изучения ряда других методических вопросов, таких как сроки и методика отбора проб почвы, рациональные уровни показателей свойств почвы с учетом требований возделываемых культур и видов севооборотов на участке. региональный уровень применительно к конкретным почвенно-климатическим условиям.В бореальной зоне ведется активная реабилитация залежей (Брянская, Омская области). Арктическая зона является более уязвимой природной средой из-за воздействия криогенных процессов, поэтому при использовании этих земель возникают дополнительные проблемы (высокий уровень воды, криогенный массообмен, низкая микробиологическая активность, глеевые процессы), которые приводят к низким темпам роста пахотные земли в городских районах севера России (Алексеев, Абакумов, 2018; Десяткин и др., 2011; Дымов, Михайлов, 2017).

Сельское хозяйство всегда составляет основу экономики любой страны, и обеспечение продовольственной безопасности их населения является важной частью экономической политики правительств. С учетом общей площади заброшенных земель в России доля площадей сельскохозяйственных угодий снизилась. Состояние лесов, залежей, сенокосов и пастбищ ухудшилось, что еще больше усилило деградацию почв. В настоящий момент почвы Салехарда и его окрестностей также находятся под угрозой деградации, связанной с процессами выщелачивания.Таким образом, эти заброшенные сельскохозяйственные земли являются важным фактором обеспечения продовольственной безопасности страны (Алексеев, Абакумов, 2018; Арчегова, Панюков, 2006).

5 Выводы

На основании анализа агрохимических свойств и особенностей почвообразования г. Салехарда и его окрестностей можно сделать вывод, что:

1. —

   Преобладание песчано-текстурированных материнских материалов в окрестностях урбанизированных территорий в Центральном Ямальском регионе было основной причиной, почему эти места и субстраты были выбраны для организации сельскохозяйственных ферм и связанных с ними практик.В связи с преобладанием глинистого текстурированного материнского материала на основных территориях Ямальского региона, методы ведения сельского хозяйства были основаны на использовании пахотных земель и сильно локализованы на четвертичных песках. Эти «острова» песчаных почв, окруженные обширными глиняными массивами, представляют собой уникальные участки для землепользования и будущего развития сельского хозяйства. Однако таксономия и морфология почв, затронутых сельскохозяйственной деятельностью, недостаточно изучены, и дальнейшее обсуждение особенностей их классификации остается открытым.Морфологические свойства заброшенных сельскохозяйственных земель со временем кажутся стабильными. Это может быть связано с тем, что криотурбация менее выражена в песчаных почвах, чем в зональных глинистых почвах тундры.

2. —

   Содержание основных питательных веществ в мелкоземельной фракции (то есть азота и калия в почвах) может служить не только для оценки плодородия почвы, но также отражает текущие изменения в результате антропогенного воздействия на городские экосистемы.Большинство образцов почвы показали высокий уровень питательных веществ. Однако в некоторых случаях относительно высокое содержание питательных веществ было также обнаружено в нижних горизонтах с большим количеством гидроксидов Al и Fe.

3. —

   Из-за постагрогенной трансформации агроподзолов верхние горизонты профиля подкислены, что привело к увеличению элювиального вымывания (выщелачивания) материалов, но через два десятилетия после последнего использования в сельском хозяйстве почва.В дальнейшем интенсивность элювиальных процессов усилится, что через 60 лет может привести к полной деградации пахотного горизонта. Затем начинается наложенный тип постагрогенной эволюции. с формированием сложного почвенного профиля, сочетающего в себе характеристики естественной исходной почвы, агроподзола, и вторичного подзола, который развивается поверх агроподзола.

Мы искренне благодарим Ирину Федорову, Ивана Алексеева и Андрея Барышникова за их помощь в полевых исследованиях.Работа поддержана Правительством Ямало-Ненецкого автономного округа и грантом Санкт-Петербургского государственного университета «Урбанизированные экосистемы Российской Арктики: динамика, состояние и устойчивое развитие» и грантом Российского фонда фундаментальных исследований №19-416. -8

(Заброшенные почвы агроландшафтов Ямало-Ненецкого автономного округа: разнообразие, особенности, биология и динамика).

Ссылки

[1] Адхами Э., Ранаги А., Каримиан Н., Молави Р.Трансформация фосфора в сильно карбонатных почвах в полевых и заболоченных условиях. Soil Res. 2012; 50 (3): 249-255. Искать в Google Scholar

[2] Алексеев И., Абакумов Э. Бывшие сельскохозяйственные угодья г. Салехарда (Центральная часть Ямальского региона), затронутые вечной мерзлотой. Чешская Полярная Республика 2018; 8 (1): 119-131. Искать в Google Scholar

[3] Алексеев И., Костецкий Ю., Абакумов Э. Вертикальное зондирование удельного электрического сопротивления (ВЭРС) почв тундры и лесотундры Ямала.Int Agrophys. 2017; 31 (1): 1-8. Искать в Google Scholar

[4] Лал Р., Кимбл Дж. М., Фоллет Р. Ф., Стюарт Б. А., редакторы. Методы оценки почвенного углерода. США: Lewis Publishers; 2001. 676 с. Поиск в Google Scholar

[5] Арчегова И.Б., Панюков А.Н. Устойчивость периодических агроценозов — основа растениеводства Севера. Вестник института биологии Коми научного центра УРО РАН. 2006; 10 (108): 14-15. Искать в Google Scholar

[6] Bischoff J, Mangelsdorf K, Gattinger A, Schloter M, Kurchatova AN, Herzschuh U, et al.Реакция метаногенных архей на позднеплейстоценовые и голоценовые климатические изменения в Сибирской Арктике. Глобальные биогеохимические циклы. 2013; 27 (2): 305-317. Искать в Google Scholar

[7] Callaghan TV, Komer C, Heal OW, Lee SE, Cornelissen JH. Сценарии реакции экосистем на глобальные изменения, в: Heal, OW et al (Eds.). Глобальные изменения в холодных регионах Европы. Отчет об исследовании экосистем. 1998; 27: 11-62. Искать в Google Scholar

[8] Chapin FS, Hobbie SE, Shaver GR. Влияние глобальных изменений на состав арктических сообществ: последствия для функционирования экосистем, в Oechel WC et al (eds.), Глобальные изменения и наземные экосистемы Арктики. Спрингер, Нью-Йорк; 1997. стр. 221-228. Искать в Google Scholar

[9] Даугелена Н., Буткута Р. Изменение содержания фосфора и калия в дерново-подзолистой почве пастбищ при длительном поверхностном внесении минеральных удобрений. Eurasian Soil Sci. 2008; 6: 726-736. Искать в Google Scholar

[10] Davis TN. Вечная мерзлота: Путеводитель по замерзшей земле в переходный период. Фэрбенкс, AK, США: Университет Аляски Пресс; 2001. 368 с.Искать в Google Scholar

[11] Десяткин Р.В., Оконешникова М.В., Лесовая С.Н., Зайцева Т.С. Палевые (светлые) почвы Центральной Якутии: генетическая специфика, свойства и классификация. Eurasian Soil Sci. 2011; 44 (12): 1304-1314. Искать в Google Scholar

[12] Добринский Л.Н.; Мониторинг биоты полуострова Ямал с учетом развития разведки и транспортировки газа. Издательство «Аэрокосмоэкология», Екатеринбург; 1997. 191 стр. Поиск в Google Scholar

[13] Duarte-Guardia S, Peri PL, Amelung W, Sheil D, Laffan SW, Borchard N, et al.Более точные оценки углерода в почве на основе географических данных: пересмотренный глобальный подход. Глобальное изменение стратегий адаптации. 2019; 24 (3): 355-372. Искать в Google Scholar

[14] Датта К.Э., Шур А.Г., Нефф Дж.С., Зимов С.А. Возможное выделение углерода из вечномерзлых почв Северо-Восточной Сибири. Glob Change Biol. 2006; 12 (12): 2336-2351. Искать в Google Scholar

[15] Дымов А., Каверин Д., Габов Д. Свойства почв и почвоподобных тел Воркутинского района. Eurasian Soil Sci. 2013; 46 (2): 217-224.Искать в Google Scholar

[16] Дымов А.А., Михайлов Е.Н. Свойства лесных и постагрогенных почв, развивающихся на песчаных и конфликтных отложениях Республики Коми. Журнал Коми научного центра УРО РАН. 2017; 3 (31): 24-33. Искать в Google Scholar

[17] EPA method 350.1, Определение аммиачного азота с помощью автоматической колориметрии. Редакция 2.0; 1993. 14 стр. Искать в Google Scholar

[18] Forbes BC. Оленеводство и нефтедобыча на полуострове Ямал: устойчивое или несовместимое использование? Polar Res.1999; 35 (195): 317-322. Искать в Google Scholar

[19] Гилберт РО. Статистические методы мониторинга загрязнения окружающей среды. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд; 1987. 320 с. Искать в Google Scholar

[20] ГОСТ 26489-85. Почвы. Определение обменного аммония методом CINAO. 1985. 5 стр. Искать в Google Scholar

[21] ГОСТ 54650-2011. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия методом Кирсанова в модификации CINAO; 2011. 8 стр. Поиск в Google Scholar

[22] Хоссейн MF, Zhang Y, Chen W, Wang J, Pavlic G.Содержание органического углерода в почве на севере Канады: база данных полевых измерений и ее анализ. Может J Soil Sci. 2007; 87 (3): 259-268. Искать в Google Scholar

[23] Иванов И., Александровский А.Л., Макеев О.А., Булгаков Д.С., Абакумов Е.В. и др. Эволюция почв и почвенного покрова. Теория и разнообразие естественной эволюции и антропогенной трансформации почв. Москва: Геос; 2015. С. 1-915. Искать в Google Scholar

[24] Иванов В.А., Лаженцев В.Н. Аграрный сектор экономики арктических территорий России (на примере Республики Коми).Известия Коми РАН. 2015; 3 (23): 132-140. Искать в Google Scholar

[25] Рабочая группа IUSS WRB. Всемирная справочная база почвенных ресурсов 2014. Международная система классификации почв для наименования и создания легенд для почвенных карт. World Soil Resources Reports 106. Рим: ФАО; 2015. 203 стр. Поиск в Google Scholar

[26] Джонс А., Столбовой В., Тарноцай С., Бролл Г., Спаргарен О., Монтанарелла Л. Атлас почв Северного приполярного региона, Европейская комиссия, Бюро публикаций Европейского союза, Люксембург, 2010, 144 с.Искать в Google Scholar

[27] Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. Мир, М., 1989, 16 с. Поиск в Google Scholar

[28] Каверин Д.А., Пастухов А.В., Майтова Г.Г. Температурный режим почв тундры и подстилающей вечной мерзлоты (Северо-Восток европейской части России). Криосфера Земли. 2014; XVIII (3): 23-31. Искать в Google Scholar

[29] Хитун О., Ребристая О. Особенности видового состава заселения нарушенных местообитаний Центрального Ямала // Освоение Севера и проблемы мелиорации.Экология таежных почв Севера, Сыктывкар; 1997. 132–141 с. Искать в Google Scholar

[30] Конищев В.Н. Криосфера в истории Земли. Криосфера Земли. 1997; 1: 14-20. Искать в Google Scholar

[31] Котляков В., Хромова Т. В: Земельные ресурсы России, Столбовой В., Маккаллум И., Лаксенбург, Австрия, Международный институт прикладного системного анализа и Российская академия наук, CD -ROM, Распространяется Национальным центром данных по снегу и льду, Боулд, 2002.Искать в Google Scholar

[32] Kuo S. Phosphorus, in: Bartels JM, Bigham JM. Методы анализа почв, 3. Химические методы. Мэдисон, Американское почвенное общество; 1996. 869-919 стр. Поиск в Google Scholar

[33] Мацумура К. Прогнозирование урожайности в северных высокоширотных районах. Последние новости Pat Food Nutr Agric. 2014; 6 (2): 127-142. Поиск в Google Scholar

[34] Михельсен К.Ф., Педас П., Гларинг М.А., Шерринг Дж.К., Стугаард П. Бактериальное разнообразие в почвах Гренландии под влиянием выращивания картофеля и неорганических удобрений в сравнении с органическими.Polar Biol. 2014; 37 (1): 61-71. Искать в Google Scholar

[35] Минеев В.Г. Агрохимия и биосфера. Издательство МГУ; 1984. 245 с. Искать в Google Scholar

[36] Москаленко Н.Г. Антропогенные изменения экосистем Западно-Сибирской газовой провинции. Институт криосферы Земли, Тюмень; 2005. 357 с. Искать в Google Scholar

[37] Некрич А.С., Луры Д.И. Факторы динамики посевных площадей в кризисный период в промышленном масштабе (на примере Курской области).Журнал Российской академии наук. Географическая серия. 2016; 1: 123-130. Искать в Google Scholar

[38] Никитишен В.Н. Агрохимические основы эффективного использования удобрений в интенсивном земледелии. Москва; 1984. 214 с. Поиск в Google Scholar

[39] Николаева М.К., Десяткин Р.В. Динамика видового разнообразия и продуктивности современных лугов Улы Средней Якутии. Растительные ресурсы. 2015; 51 (5): 328-335. Искать в Google Scholar

[40] Оконешникова М.В., Николаев М.Х., Десяткин А.Р.Пространственная изменчивость гумуса почв и продуктивность аласных лугов Центральной Якутии (на примере стационарного аласа ИБПК при РАН). Новости Самарского научного центра РАН. 2009; 1 (2): 266-269. Искать в Google Scholar

[41] Орлова О.И. Борьба за землю: восстановление равнин. Карельский научный журнал. 2015; 2 (11): 130-133. Искать в Google Scholar

[42] Ребристая О., Хитун О. Восстановительный потенциал флоры Ямала // Освоение Севера и проблемы мелиорации.Экология таежных почв Севера, Сыктывкар; 1997. 100-107 с. Искать в Google Scholar

[43] Schimel DS. Наземные экосистемы и углеродный цикл. Glob Change Biol. 1995; 1 ​​(1): 77-91. Искать в Google Scholar

[44] Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена; 2004. 342 с. Искать в Google Scholar

[45] Шиятов С., Мазепа В. Климат. Природа Ямала // Добринский Л.Н. (ред.), Природа Ямала.Наука, Екатеринбург; 1995. 32–68 стр. Поиск в Google Scholar

[46] Sjögren P, Arntzen JE. Сельскохозяйственные практики в арктической Норвегии в первом тысячелетии до нашей эры. Veg Hist Archaeobot. 2013; 22 (1): 1-15. Искать в Google Scholar

[47] Spiegelaar NF, Tsuji LJ. Воздействие евро-канадской аграрной практики: в поисках устойчивых стратегий импортозамещения для повышения продовольственной безопасности в субарктическом Онтарио, Канада. Сельское удаленное здравоохранение. 2013 апрель-июнь; 13 (2): 2211. Искать в Google Scholar

[48] Стивенсон К.Т., Рейдер Х.Б., Алесса Л., Клиски А.Д., Пантоха А., Кларк М. и др.Устойчивое сельское хозяйство на Аляске и циркумполярном Севере: часть II. Экологические, геофизические, биологические и социально-экономические проблемы. Арктический. 2014a; 67 (3): 296-319. Поиск в Google Scholar

[49] Стивенсон К.Т., Рейдер Х.Б., Алесса Л., Клиски А.Д., Пантоха А., Кларк М. и др. Устойчивое сельское хозяйство на Аляске и циркумполярном Севере: часть III. Решение задач высокоширотного земледелия. Арктический. 2014b; 67 (3): 320-339. Искать в Google Scholar

[50] Водяницкий Ю. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах.Издательство Почвенного института им. Том V. Москва: Докучаев; 2008. 85 стр. Поиск в Google Scholar

[51] Walker DA, et al. Кумулятивные эффекты быстрых изменений земного покрова и землепользования на полуострове Ямал, Россия, в: Gutman, G., Reissell, A. (Eds.), Eurasian Arctic Land Cover and Land Use in the Changing Climate. Глава 9. Спрингер, Нью-Йорк; 2009. 207–236 с. Искать в Google Scholar

[52] Якименко В.Н. Изменение содержания минерального азота и калия в почвенном профиле агроценозов.Вестник Томского государственного университета. 2009; 328: 202-207. Искать в Google Scholar

[53] Zubrzycki S, Kutzbach L, Pfeiffer EM. Почвы, подверженные воздействию вечной мерзлоты, и их углеродные резервуары с особым вниманием к Российской Арктике. Твердая Земля. 2014; 5 (2): 595-609. Искать в Google Scholar

Поступила: 16.05.2019

Принято: 09.02.2020

Опубликовано в сети: 26.03.2020

© 2020 Евгений Абакумов и др., опубликовано De Gruyter

Это произведение находится под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

границ | Полициклические ароматические углеводороды и потенциально токсичные элементы в почвах в окрестностях Болгарской антарктической станции «Св. Климент Охридский »(Антарктический полуостров)

Введение

В настоящее время Антарктида является одной из самых интересных и информативных моделей окружающей среды для оценки возможного накопления загрязняющих веществ в нетронутых экосистемах.Эта территория не подвергалась интенсивному воздействию человека, поэтому ее можно использовать в качестве эталонной для адаптации и согласования пороговых концентраций и оценки текущих уровней загрязнения (Tin et al., 2009).

Проблемы охраны природы в Антарктике, указанные в Протоколе по охране окружающей среды (Мадридский протокол, 1998 г.), столкнулись с необходимостью регулирования и внедрения экологического менеджмента в окрестностях антарктических станций с целью уменьшения эффектов горения углеводородов и в дальнейшем. накопление полициклических ароматических соединений в компонентах криогенных экосистем Антарктиды.Чтобы понять количество сгоревшего топлива на станциях, можно использовать данные экспедиции Болгарского антарктического института в 2012–2013 гг. И учесть их для дальнейшей оценки. Для поддержки экспедиции на «Св. Климента Охридского »(14 декабря 2012 г. — 25 февраля 2013 г.) (BAI, 2013). Другие авторы отмечали, что станции круглогодичного пребывания (станция Беллинсгаузен) могут расходовать до 150 000 л дизельного топлива в год (Абакумов и др., 2015).

Использование ископаемого топлива с современными технологиями приводит к регулярному разливу нефтепродуктов, которые загрязняют поверхность и почвы наземных сред, внутренних и океанических вод (Kennicutt et al., 1991; Waterhouse, 2001; Aislabie et al., 2004; Frenot et al., 2005). Многочисленные логистические аспекты в антарктическом регионе приводят к удалению отходов, что часто приводит к спорадической транспортировке неочищенных сточных вод в океан и на территорию вокруг станций (Connor, 2008; Tin et al., 2009; Мартинс и др., 2010).

Данные предыдущих исследований показали, что крупные разливы топлива с транспортных и туристических судов происходят с 80-х годов ХХ века. Например, в 1987 г. произошел эффект разлива 600 000 л дизельного топлива возле станции Палмер, США, на Антарктическом полуострове (Aronson et al., 2011). Разливы углеводородных соединений и выхлопных газов являются причиной химического загрязнения наземных экосистем Антарктики, что является наиболее характерным экологическим воздействием деятельности человека в Антарктике. Chen and Blume (1997), Aislabie et al.(2004), Bargagli (2006) Несколько недавно проведенных химических и биологических исследований показали присутствие атипичных химических загрязнителей, таких как потенциально токсичные элементы (ПТЭ), полихлорированные бифенил (ПХБ), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД) в почвы, прибрежные воды, микро- и макроорганизмы (Snape et al., 2001; Negri et al., 2006; Hale et al., 2008; Martins et al., 2010; Абакумов и др., 2014; Абакумов и др., 2015) ; Pourret and Hursthouse, 2019).

Деятельность человека и животных сыграла важную роль в распределении ПАУ в почве (Na et al., 2020). Среди химических загрязнителей особое место занимают полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и следы металлов, поскольку они могут попадать в Антарктику не только через локальные сбросы и выбросы, но также через трансграничный перенос из тропических и умеренных регионов южного полушария (Aislabie et al. ., 1999; Баргаглы, 2006; Баргаглы, 2008; Абакумов и др., 2014). Полициклические ароматические углеводороды представляют собой органические соединения бензольного ряда, различающиеся количеством и положением бензольных колец, проявляющих мутагенное и канцерогенное действие.ПАУ с более высокой молекулярной массой (MW> 202) с 4-6 бензольными кольцами часто связаны с процессами горения и высокотоксичны для организмов из-за их канцерогенного и мутагенного потенциала (Yunker et al., 2002; Yang et al., 2008; Мартинс и др., 2010). ПАУ известны как мобильные соединения, которые имеют тенденцию рассеиваться в биосфере. Есть ПАУ природного и антропогенного происхождения, которые включены в список постоянного мониторинга Агентства по охране окружающей среды ЕС и США (Baek et al., 1991; Нисбет и Лагой, 1992; Howsam and Jones, 1998). В полярных регионах с низкими температурами ПАУ менее подвержены микробной деградации; поэтому они откладываются и сохраняются в почвах и криоконите (Лодыгин и др., 2008; Hodson, 2014; Абакумов и др., 2015; Cook et al., 2016).

Пропорция (соотношение пар изомеров) между концентрациями природных и антропогенных ПАУ может служить показателем антропогенного влияния почвы и может использоваться в качестве индикаторов для определения возможных источников ПАУ (Pandey et al., 1999; Юнкер и др., 2002; Ли и др., 2017).

Потенциально токсичные элементы могут переноситься на большие расстояния через атмосферную циркуляцию и, в конечном итоге, осаждаться в результате сухого и влажного осаждения в районы Антарктики (Bargagli, 2006, 2008; Trevizani et al., 2018; Liu et al., 2021). Они были определены в почвах, загрязненных ископаемым топливом, в различных регионах Антарктиды (Padeiro et al., 2016; Smykla et al., 2018; Алексеев, Абакумов, 2020; Gran-Scheuch et al., 2020).Также эти элементы обладают канцерогенным и мутагенным действием и могут повреждать клеточные мембраны, белки, ферменты и ДНК (Beyersmann and Hartwig, 2008; Ali et al., 2013; Padeiro et al., 2016).

Основная цель данной работы — оценка уровня загрязнения почв и криоконитов потенциально токсичными элементами и полициклическими ароматическими углеводородами на территории Болгарской антарктической станции «Св. Климента Охридского »и его окрестностей (остров Ливингстон, Южные Шетландские острова, Антарктический полуостров).В вышеупомянутом контексте данное исследование было направлено: 1) на оценку концентраций 15 ПАУ и 6 потенциально токсичных элементов, 2) на оценку загрязнения почв ПАУ, рассчитаны их бензапиреновые эквиваленты, а также на расчет различных изомерных соотношений ПАУ. , чтобы определить их возможный источник происхождения и 3) оценить характер загрязнения почвы потенциально токсичными элементами, мы рассчитали индекс геоаккумуляции ( Igeo ).

Материалы и методы

Исследование проводилось на 11 образцах почвы и криоконита, отобранных на Болгарской антарктической станции «Св.Климента Охридского »на острове Ливингстон (район Антарктического полуострова, Западная Антарктида) во время Болгарской антарктической экспедиции, проводившейся с 21 декабря 2019 года по 6 января 2020 года. Точные координаты точек отбора проб и географическое описание района представлены в таблице 1

ТАБЛИЦА 1 . Координаты точек отбора проб, географическое описание и тип почвы исследуемой территории (WRB, 2015).

Почвы были собраны с глубины 0–10 см, крикониты — из криоконитовых лунок, все образцы сохранены в полиэтиленовых мешках, затем доставлены в станционную лабораторию воздушно-высушенной, после чего искусственные остатки и корни удалены, почвы очищены. просеивали через 2 мм и транспортировали в лаборатории СПбГУ в полиэтиленовых мешках.

Остров Ливингстон расположен на 62 ° 38′29 ″ ю.ш. и 60 ° 21′53 ″ з.д. (рис. 1). Ресторан «Св. Климент Охридски », расположенная в 88 км к юго-западу от станции Беллинсгаузен (остров Кинг-Джордж), в 796 км к юго-востоку от островов Диего Рамирес (самая южная земля Южной Америки), 2,96 км испанской летней станции« Хуан Карлос I », 28, 55 км от чилийско-американской станции «База Ширефф» (Иванов, 2015).

Первой постоянной (не зимовочной) станцией на острове Ливингстон стала испанская «Хуан Карлос I» (62 ° 39’46 «ю.ш., 60 ° 23’20» з.д.), построенная с 7 по 11 января 1988 г. (г. Иванов , 2015).Другая научная база на острове Ливингстон — чилийско-американская база Ширефф (62 ° 28’12 «ю.ш., 60 ° 46’17» з.д.) с двумя секциями, названными База Гильермо Манн и Полевая станция Ширефф, открытая в 1990 году. / 91 и 1996/97 соответственно (CEP, 2011). Болгарская станция появилась на несколько лет позже испанской. Ресторан «Св. База Климента Охридского была открыта в течение летнего сезона 1993/94 на острове Ливингстон. Инфраструктура станции включает кухню, кают-компанию, жилые комнаты, склады для продуктов, туалеты и ванные комнаты.

Все три базы являются постоянными поселениями, хотя заселены они только в летний сезон, с общей вместимостью 54 человека. В частности, большая часть твердых отходов отправляется на захоронение за пределами Антарктиды, а сжигание постепенно прекращается. Как и везде в Антарктиде, на базах острова используется электроэнергия, вырабатываемая в основном дизельными генераторами (Иванов, 2015).

Индекс геоаккумуляции ( I _geo ) позволяет классифицировать семь уровней (таблица 2) загрязнения почвы от практически незагрязненных ( I _geo ≤ 0 ) до чрезвычайно загрязненных ( I _geo > 5 ) (Muller, 1979; Jiang et al., 2019). Общая формула расчета выглядит следующим образом:

, где C _n — измеренная концентрация элемента в почве, B _n — значение геохимического фона.

ТАБЛИЦА 2 . Классификация I _geo значение

Содержание потенциально токсичных элементов было определено в соответствии со стандартом ISO 11047–1998 «Определение качества почвы для кадмия (Cd), кобальта (Co), меди (Cu), свинца. (Pb), марганец (Mg), никель (Ni) и цинк (Zn) в экстрактах почвы царской водки — метод пламенной и электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии на атомно-абсорбционном спектрофотометре Квант 2М (Москва, Россия) (ISO, 1998) .

Концентрации 15 ПАУ — нафталин (NAP), аценафтен (ANA), флуорен (FLU), фенантрен (PHE), антрацен (ANT), флуорантен (FLT), пирен (PYR), бензо (a) антрацен (BaA). ), хризен (CHR), бензо (b) флуорантен (BbF), бензо (k) флуорантен (BkF), 3,4-бензо (a) пирен (BaP), дибензо (a, h) антрацен (DBA), дибензо (g, h, i) перилен (BPE) и индено (1,2,3-c, d) пирен (IPY) в почвах и криоконитах на территории Болгарской антарктической базы и ее окрестностей определены на основании Государственного Стандарт (ГОСТ Р 8.563–96), который основан на методе Флюорат-02-Панорама, Россия (ГОСТ, 1996).

Экстракцию ПАУ проводили при комнатной температуре смесью гексан-ацетон (1: 1) с ультразвуковой обработкой экстракционной системы в ультразвуковой ванне Branson 5510 (США) (EPA, 2007). Фракцию ПАУ очищали с помощью колоночной хроматографии на силикагеле (SW, EPA, 1996). Качественное и количественное определение ПАУ в почвах проводили методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии в градиентном режиме и спектрофлуориметрическим детектированием на хроматографе «Люмахром» («Люмэкс», Россия).Хроматографию проводили при температуре 30 ° C на колонке Supelco Supelcosil ™ LC-PAH 5 мкм (25 см × 2,1 мм). В качестве подвижной фазы использовали градиент ацетонитрил – вода. Объем пробы 10 мкл вводили с помощью дозирующего крана. Индивидуальные ПАУ идентифицировали с помощью хромато-масс-спектрометрии (модель спектрографа: Shimadzu QP 5050A, Япония) (Gilichinsky et al., 2010). Пределы обнаружения изученных ПАУ составляют: НАП – 16 мкг × кг ^–1 ; АНА – 1,5 мкг × кг ^–1 ; FLU – 1.4 мкг × кг ⁻¹ ; ПГЭ – 2,0 мкг × кг ^–1 ; ANT – 0,3 мкг × кг ^–1 ; FLT – 6,7 мкг × кг ^–1 ; PYR – 6,7 мкг × кг ^–1 ; BaA – 1,5 мкг × кг ^–1 ; CHR – 0,8 мкг × кг ^–1 ; BbF – 1,4 мкг × кг ^–1 ; БкФ – 0,3 мкг × кг ^–1 ; БаП – 0,3 мкг × кг ^–1 ; DBA – 1,8 мкг × кг ^–1 ; БПЭ – 1,6 мкг × кг ^–1 ; МПГ – 6,7 мкг × кг ^–1 . Идентификацию ПАУ проводили по временам удерживания и сравнению спектров флуоресценции компонентов высвободившейся колонки со стандартными спектрами ПАУ.Количественный анализ ПАУ проводили методом внешнего стандарта. Для оценки точности метода описанная выше аналитическая процедура была подвергнута воздействию стандарта донных отложений, содержащих поверхностно-активные вещества (Standard Reference Material ^® 1944 New York / New Jersey Waterway Sediment — NIST, США) (Agency, 1986; ПНД, 2003; Габов и др., 2007; Габов и др., 2008).

Статистическая обработка и визуализация данных выполнялись с помощью Statsoft Statistica 12, GraphPad Prizm 9.0.0 и QGIS 3.16.

Результаты и обсуждение

Концентрация и происхождение ПАУ

Некоторые данные об обнаруженных концентрациях ПАУ в почвах острова Ливингстон (болгарская антарктическая станция «Св. Климент Охридский» и ее окрестности) приведены на рисунке 2. Следует отметить что во всех точках отбора проб (кроме L26) различия в концентрациях незначительны. Например, содержание нафталина в нетоксичных типах почв колеблется от 48 до 70 мкг × кг ^–1 , фенантрена (ПГЭ) от 20 до 28 мкг × кг ^–1 (рис. 2).Концентрации других ПАУ во всех естественных почвах практически одинаковы. Расчетный индекс ∑ ₁₅ ПАУ для всех отобранных образцов естественной почвы составлял от 170 до 200 мкг × кг ⁻¹ . ∑7 _{канцерогенных} ПАУ (CHR, BbF, BkF, BaP, DBA, BPE, IPY) составляет 37 мкг × кг ⁻¹ .

РИСУНОК 2 . Концентрации ПАУ в почвах, мкг × кг ⁻¹ .

Следующие концентрации ПАУ в почвах, не подверженных антропогенному влиянию, были отмечены в более ранних исследованиях в различных регионах Антарктиды.McMurdo Dry Valley (контрольный участок): NAP <30 мкг × кг ⁻¹ , ANA <30 мкг × кг ⁻¹ , PHE <30 мкг × кг ⁻¹ , FLU <30 мкг × кг ⁻¹ , ANT <30 мкг × кг ⁻¹ , FLT <30 мкг × кг ⁻¹ , PYR <30 мкг × кг ⁻¹ , BaA <30 мкг × кг ⁻¹ (Aislabie et al. , 1999). Адмиралтейство, остров Кинг-Джордж: PAHs Ульманн-Пойнт <10 мкг × кг ⁻¹ , Botany Point ∑PAHs <30 мкг × кг ⁻¹ , Monsimet Cove ∑PAHs <15 мкг × кг ⁻¹ для некоторых высокомолекулярные ПАУ (FLU, PYR, BaA, CHR, BkF, BbF, BaP, IPY, DBA, BPE) (Martins et al., 2010).

Содержание ПАУ в районе российских антарктических станций исследовали Абакумов и др. (2015); в этих работах список выявленных ПАУ аналогичен нашей работе. Архипелаг Хасуэлл: ∑ ₁₅ ПАУ = 22,8 мкг × кг ⁻¹ . Гудзонские горы: ∑ ₁₅ ПАУ = 33,9 мкг × кг ⁻¹ . Рядом со станцией Ленинградская ∑ ₁₅ ПАУ = 21,7 мкг × кг ⁻¹ . Окрестности станции Мирный ∑ ₁₅ ПАУ = 90.9 мкг × кг ⁻¹ (Абакумов и др., 2015).

Концентрации ПАУ в Антарктиде часто происходят из почв и отложений, расположенных на сильно загрязненных территориях, где произошли аварийные разливы, или вблизи исследовательских станций (Cabrerizo et al., 2012). В заливе Адмиралтейства, остров Кинг-Джордж, Антарктика максимальная концентрация ПАУ (высокомолекулярные ПАУ (FLU, PYR, BaA, CHR, BkF, BbF, BaP, IPY, DBA, BPE)) на станции Ферраз наблюдалась в слое почвы 3,5 см ( 454,9 мкг × кг ⁻¹ ). Анализ соотношения пар изомеров ПАУ показал, что основными источниками ПАУ являются ископаемое топливо / нефть (бензин и дизельное топливо).Авторы предположили, что это может быть связано с деятельностью британской станции «G» в 1960-х годах (созданной на месте станции Ферраз). В районах залива Адмиралтейства с меньшим антропогенным воздействием содержание ПАУ значительно ниже (от 11,8 до 270,5 мкг × ^–1 кг) (Martins et al., 2004; Martins et al., 2010).

В районе Сухой долины Мак-Мердо вокруг базы Скотт, Марбл-Пойнт и долины Райт возле озера Ванда, ∑ ₁₅ ПАУ (как и в нашем списке ПАУ) содержание в почвах, загрязненных мазутом, варьировалось от 41 до 8105 мкг × кг ⁻¹ сухой почвы.На базе Скотт в поверхностном слое почвы 0–2 см были обнаружены уровни ПАУ 362 мкг × кг ⁻¹ в барабанном хранилище по сравнению с 8105 мкг × кг ⁻¹ на глубине 2–10 см и 2543 мкг. × кг ⁻¹ в более глубоком слое 20–30 см. В контрольных точках Мак-Мердо в Сухой долине концентрации ПАУ варьировались от 15 до 45 мкг × кг ^-1 сухого веса (Aislabie et al., 2004).

Предыдущие исследования в антропогенных районах Антарктики показали уровни ПАУ в почвах в районе станций Беллинсгаузен и Хенрик Артстовски (остров Кинг-Джордж, Южные Шетландские острова) и станции Академик Вернадский (остров Галиндез, Аргентинские острова).В некоторых точках вокруг станции Академик Вернадский содержание ∑ ₁₅ ПАУ (как и в нашем списке ПАУ) достигает 94771,2 мкг × кг ⁻¹ . Максимальный уровень загрязнения наблюдается в районе аэрологического корпуса и дизельной станции, доля ВМУ превышает 20%. На станции Беллинсгаузен максимальное содержание ∑ ₁₅ ПАУ в почве на дизельной станции составляет до 911 мкг × ^-1 кг, с более высоким вкладом ВМУ ПАУ. В районе станции Генрик Артстовский ∑ ₁₅ содержание ПАУ колеблется от 114 до 188.3 мкг × кг ⁻¹ (Абакумов и др., 2014; Абакумов и др., 2015).

Ранее уже проводились исследования содержания ПАУ в различных регионах и климатических условиях. Значения ∑ ₁₅ ПАУ (как и в нашем списке) варьировались от 36,9 до 323 мкг × кг ⁻¹ (сухой вес) в почве (преобладали ВМУ ПАУ), от 154 до 231 мкг × кг ⁻¹ в мха и от 48 до 333 мкг × кг ⁻¹ в навозе северного оленя в Ню-Олесунне, Шпицберген в Арктике (Wang et al., 2009).

Для сравнительной оценки важно привести результаты некоторых исследований содержания ПАУ в почвах антропогенно-нагруженных урбанизированных территорий. Исследования содержания ₁₅ ПАУ (как и в нашем списке ПАУ) в почвах урбанизированных территорий показывают следующие результаты: Любляна 218–4 490 мкг × кг ^–1 , Турин 148–3410 мкг × кг ^–1 , а образцы почвы из Глазго показывают очень высокие значения 1490–5,1800 мкг × кг ^–1 . Проанализированные соотношения ПАУ указали на пирогенное происхождение химических веществ в результате антропогенного воздействия (Morillo et al., 2007). Диапазон концентраций Σ ₁₆ ПАУ [16 приоритетных ПАУ USEPA (идентичных нашему списку, но также включает аценафтилен)] в городских почвах в графстве Клэй, Окала, Пенсакола и Вест-Палм-Бич, соответственно, составлял 797–7909, 950 –1,1451, 922–1,7698 и 1,133–3,0691 мкг × кг ^–1 . В источниках ПАУ в городских почвах Пенсаколы преобладали выбросы транспортных средств, в Окала и Уэст-Палм-Бич — сжигание биомассы, а в округе Клэй — петрогенные источники (Gao et al., 2019). В почвах Васильевского острова в Санкт-Петербурге обнаружены чрезвычайно высокие концентрации ПАУ. Концентрация Σ ₁₅ ПАУ (как и в нашем списке ПАУ) приближается к уровню 8 200 мкг × кг ^-1 . Максимальные концентрации ПАУ были обнаружены в почве вдоль трассы с интенсивным движением и значительными выбросами дымовых газов (Лодыгин и др., 2008). Хорошо видно, что содержание ПАУ в почвах, подверженных постоянной антропогенной нагрузке, значительно выше по сравнению практически со всеми результатами, полученными для антарктических территорий.

В нашем исследовании точка с наибольшей антропогенной нагрузкой (L26, главный дом) ∑ ₁₅ ПАУ равняется 445,1 мкг × кг ⁻¹ (наибольший вклад: NAP 170 мкг × кг ⁻¹ , PYR 60 мкг × кг ⁻¹ , ANA 41 мкг × кг ⁻¹ ). В остальных точках ∑ ₁₅ ПАУ от 170 до 200 мкг × кг ⁻¹ (Наивысший вклад: NAP 48–70 мкг × кг ⁻¹ , PHE 20–28 мкг × кг ⁻¹ ). По сравнению с исследованиями, упомянутыми выше, следует признать, что антропогенная нагрузка на окрестности Болгарской антарктической станции не является критической.Следует отметить, что станция Св. Климента Охридского заселена только летом, в отличие от других антарктических станций (станция Беллинсгаузен, станция Академик Вернадский, станция Генрик Артстовский, станция Скотт Бейс, станция Ферраз). Это, безусловно, положительно сказывается на антропогенном воздействии на окрестности станции.

На основании полученных данных можно сделать вывод об обнаружении фоновых источников ПАУ в криозолях острова Ливингстон.

Особое внимание следует уделять концентрации ПАУ в точке отбора проб L26 (Ханна-Пойнт, Главное здание.) Эта точка находится прямо на станции «Св. Климент Охридский ». Тип почвы здесь относится к категории «Транспортировка токсичных криозолей» (WRB, 2015). ∑ ₁₅ ПАУ на данный момент составляет 455,1 мкг × кг ⁻¹ (основной вклад составляет: NAP 170 мкг × кг ⁻¹ , PYR 60 мкг × кг ⁻¹ , ANA 41 мкг × кг ⁻¹ , FLT 38 мкг × кг ⁻¹ , IPY 25,8 мкг × кг ⁻¹ , BaP 19 мкг × кг ⁻¹ (Рисунок 2). 7 _{канцерогенные} ПАУ 92,8 мкг × кг ^-1 .Значения концентраций ПАУ в Токсичной почве намного выше по сравнению с другими исследованными естественными почвами.

Обычно ПАУ могут быть связаны не только с процессами горения, но они также обнаруживаются в сточных водах, небольших разливах нефти и естественных источниках, включая просачивание нефти (Martins et al., 2010). Для определения источника происхождения ПАУ были рассчитаны различные соотношения пар изомеров ПАУ. Этот метод идентификации зарекомендовал себя как надежный и широко используемый в исследованиях по определению природы происхождения ПАУ (Yunker et al., 2002). Соотношения использованных пар изомеров ПАУ показаны в таблице 3.

ТАБЛИЦА 3 . Возможные соотношения изомеров ПАУ.

Анализ результатов расчета соотношений пар изомеров ПАУ (таблица 4) делает выводы о природе происхождения ПАУ в почвах и криоконитах Болгарской антарктической станции «Св. Климента Охридского »и его окрестностей.

ТАБЛИЦА 4 . Соотношение изомеров ПАУ в исследованных почвах и криоконитах.

Значение отношения ∑ _Pyr ПАУ / ∑ ₁₅ ПАУ показало, что все изученные ПАУ являются результатом разливов нефти, процессов горения или продуктов базового источника.Однако этот показатель носит слишком общий характер и для лучшего понимания процессов происхождения ПАУ следует опираться на результаты предыдущих расчетов соотношений. Также соотношение ∑ LMW PAHs / HMW PAHs показало, что ПАУ во всех точках отбора проб (кроме L21) имеют петрогенное происхождение.

Значение ANT / (ANT + PHE) показывает, что все точки, кроме L26, имеют естественное происхождение (т. Е. Исходный источник). В точке L26 эти ПАУ являются результатом процессов горения. Значение отношения FLU / (FLU + PYR) характеризует исходный источник этих ПАУ.

Представляют интерес результаты, полученные путем расчета отношения BaA / (BaA + CHR) и IPY / (IPY + BPE). Чаще всего авторы относят ПАУ к продуктам горения, что дает результаты, аналогичные нашим (Yunker et al., 2002; Martins et al., 2010). Однако Хаустов, Редина (2016) отмечают, что значение этих соотношений от 0,19 до 1,0 типично для данных фоновых концентраций ПАУ в почвах северной и средней тайги (Хаустов, Редина, 2016). Поскольку климатические условия острова Ливингстон аналогичны климатическим условиям северной тайги, следует признать, что появление этих ПАУ больше связано с естественными, чем с антропогенными источниками.Большинство источников используют эти два соотношения для определения ПАУ в местах с высокой антропогенной нагрузкой (Yan et al., 2006; Jiang et al., 2019; Gardes et al., 2020). Поскольку в условиях Антарктики не существует практики сжигания древесного топлива, угля и травы, эти два соотношения дали противоречивые результаты. Кроме того, некоторые исследователи отмечают, что на концентрацию ПАУ в фазе частиц значительное влияние оказывала температура в атмосфере западной части Антарктики (Na et al., 2020). Значения всех остальных полученных изомерных соотношений хорошо согласуются с условиями антропогенной нагрузки и возможным влиянием внешних факторов на характер происхождения ПАУ.Значение BaP / BPE для всех точек, кроме L26, не связано с источником трафика. Из значения отношения PHE / ANT и FLU / PYR видно, что эти ПАУ в точке L26 образуются в результате пирогенных процессов, по другим образцам значения характерны для петрогенных процессов образования ПАУ.

Для перекрестной проверки природы происхождения ПАУ были построены двояковыпуклые графики между некоторыми значениями полученных соотношений (Рисунок 3).

РИСУНОК 3 . Двукратные графики соотношений изомеров ПАУ.

Как видно на рисунке выше, значения корреляции показывают высокую статистическую корреляцию между собой ( r ² > 0,66). На всех нанесенных рисунках особняком стоит образец почвы L26, отобранный непосредственно на территории антарктической станции. Все ПАУ для этой почвы, которые показаны на визуализированных соотношениях, имеют пирогенное (горючее) происхождение. Наличие ПАУ пирогенного происхождения вызвано установкой для сжигания дизельного топлива, используемого для удаления отходов, а также дизель-электрогенератором, который снабжает станцию ​​электроэнергией.

БаП-эквивалент концентраций ПАУ

Учитывая, что не все химические загрязнители имеют ПДК в почвах, особенно региональные ПДК для Антарктического континента, был рассчитан БаП-эквивалент концентраций ПАУ. Поскольку в ЕС и США контроль ПАУ в различных средах осуществляется на основе расчета рисков для здоровья человека, для удобства было решено использовать стандарты, принятые в российском природоохранном законодательстве.

В России контроль концентраций различных ПАУ в окружающей среде основан на мониторинге 3-4 бенз (а) пирена. Согласно законам об охране окружающей среды, его предельно допустимая концентрация (ПДК) в почве составляет 20 мкг × кг ^-1 (Гигиенические нормы, 2006). Методы расчета BaP-эквивалентов хорошо изучены и давно применяются при изучении антропогенного воздействия на природные территории (USEPA, 1993; Verbruggen et al., 2001; Jung et al., 2010). Метод позволяет оценить действие как комплекса ПАУ, так и каждого из них в отдельности (Bari et al., 2010; Дженнингс, 2012).

BaP были рассчитаны путем простого умножения концентраций ПАУ на значения токсичного эквивалентного фактора (TEF) (Nisbet and Lagoy, 1992). Бензо (а) пирен был одним из первых химических канцерогенов, идентифицированных более 70 ° лет назад. Во многих юрисдикциях используются TEF, применяемые к их эквивалентам BaP для регулирования других PAH (Loeb and Harris, 2008; Jennings, 2012; Shamilishvili et al., 2016).

Значения токсичности исследуемых ПАУ по 3-4 бенз (а) пирену представлены на рисунке 4.Как видно из полученных результатов, для токсичной почвы (точка L26) БаП-эквивалентов ₁₅ ПАУ составляет 56,2 мкг × кг ⁻¹ , что более чем в 2 раза превышает нормы природоохранного законодательства России. Основной вклад в БаП-эквиваленты ∑ ₁₅ ПАУ составляют: ДБА 30,0 мкг × кг ⁻¹ , БаП 19,0 мкг × кг ⁻¹ , МПГ 2,58 мкг × кг ⁻¹ . №7 _{канцерогенный} ПАУ составляет 54,6 мкг × кг ⁻¹ , что также более чем в 2 раза превышает российский стандарт.Следует отметить, что доля канцерогенных ПАУ в БаП-эквивалентах составляет более 90 процентов.

РИСУНОК 4 . Концентрации ПАУ в БаП – эквиваленте, мкг × кг ⁻¹ .

Для естественных антарктических почв соотношение различных ПАУ в БаП — эквивалентах существенно отличается от токсичного образца почвы. Практически для всех образцов естественной почвы ₁₅ ПАУ в БаП-эквивалентах близко к 34 мкг × кг ⁻¹ . Основной вклад во всех случаях составляет DBA 30 мкг × кг ^-1 , МПГ 2 мкг × кг ^-1 , остальные ПАУ значительно меньше.№7 _{канцерогенных} ПАУ в эквиваленте БаП для всех естественных почв близко к 33 мкг × кг ^-1 с долей ДБА более 90%.

Учитывая, что концентрации ДБА в токсичных и естественных почвах одинаковы (6 мкг × кг ⁻¹ ), можно сказать, что исходный источник ДБА в БаП-эквивалентах в почвах и криоконитах больше, чем российский ПДК 3- 4 бензо (а) пирен.

Содержание потенциально токсичных элементов

На рисунке 5 показано содержание потенциально токсичных элементов в почвах и криоконитах.Zn имеет самое высокое содержание среди всех металлов. В образце почвы из антропогенной зоны (L26) концентрация Zn составляет 75,7 мг × кг ⁻¹ . Самая низкая концентрация обнаружена в образце L1A –16,5 мг × кг ^–1 . Высокие концентрации Zn зафиксированы на L6 и L10, хотя почвы на этих территориях не подвергаются антропогенной нагрузке. Как видно на диаграмме, представленной на рисунке 4, вариабельность концентраций других металлов значительно ниже по сравнению с цинком.Содержание существенно не меняется. Минимальное содержание среди всех потенциально токсичных элементов наблюдается для Cd, максимальная концентрация зафиксирована в точке L10–0,509 мг × кг ^–1 .

РИСУНОК 5 . Содержание потенциально токсичных элементов в почве острова Ливингстон, мг × кг ⁻¹ .

Потенциально токсичные элементы в почвах с антропогенной нагрузкой (токсичный транспорт криозолей) в следующем соотношении: Zn> Cu> Pb> Ni> Cr> Cd. Криозоль Орнитный: Zn> Ni> Cu> Pb> Cr> Cd.Типичные криозоли и криокониты в большинстве случаев: Zn> Cu> Ni> Pb> Cr> Cd.

Ранее уже публиковались некоторые результаты исследований содержания потенциально токсичных элементов в почвах, криоконитах и ​​орнитогенных отложениях Антарктического континента. В криоконитах о. Кинг-Джордж зафиксировано содержание потенциально токсичных элементов в следующем порядке: Zn> Cu> Ni> Cr> Pb> Cd (Поляков и др., 2020). В антропогенно загруженных почвах острова Роберт возле чилийского убежища Луис Ризопатрон концентрации были в следующем порядке Cr> Cu> Zn> Ni> Pb> Cd (Нето и др., 2017). Техносоли из залива Хоуп, станция Эсперанса показали связь Pb> Zn> Cu> Ni> Cr> Cd. С чрезвычайно высоким содержанием Pb 19381 мг × кг ⁻¹ и содержанием Cd 44 мг × кг ⁻¹ (Bueno Guerra et al., 2011). Остров Кинг-Джордж, Стрейнджер-Пойнт, орнитогенные почвы возле колоний пингвинов Gentoo, показал соотношение потенциально токсичных элементов: Cu> Zn> Pb> Cr> Ni> Cd при концентрации Cu 389,98 мг × кг ⁻¹ и концентрации Cd равной 3.93 мг × кг ⁻¹ (Celis et al., 2015). К сожалению, почвы острова Ливингстон плохо изучены с точки зрения содержания тяжелых металлов, поэтому ниже приводится сравнение с результатами нескольких исследований почв острова Ливингстон и острова Кинг-Джордж, так как они схожи по климатическим условиям и находятся на небольшом расстоянии. на остров Ливингстон. Vlček et al. (2017) представляют данные для девственных почв на острове Ливингстон (район мыса Ханна), которые аналогичны нашим результатам для ненарушенных почв.Авторы отмечают наибольшую концентрацию цинка (55 мг × кг ⁻¹ ) в ненарушенных почвах, что совпадает с нашими данными (Vlček et al., 2017). Результаты для других тяжелых металлов также аналогичны. Исследования Santos et al. (2005); Vlček et al. (2017); Bueno et al. (2018) приводят данные о содержании микроэлементов металлов как в нетронутых почвах острова Кинг-Джордж, так и в антропогенно загруженных территориях вблизи антарктических станций. Данные этих исследователей для нетронутых почв в целом аналогичны нашим.Для антропогенно нагруженных территорий есть сходство по содержанию Cu, Zn и Pb. В почвах Антарктической научной базы Артигас были обнаружены в среднем Zn 63.1, Cu 52.2 и Pb 6.3 мг × кг ⁻¹ (Bueno et al., 2018). Для почв бразильской антарктической станции Команданте Ферраз (Ферраз) приведены данные о средней концентрации цинка 52 мг / кг (Santos et al., 2005). Также нами зафиксированы максимальные концентрации Zn, Cu и Pb среди всех исследованных металлов в пробе почвы, отобранной на территории станции «Св.Климент Охридский »(точка L26).

Статистический анализ полученной матрицы данных концентраций микроэлементов показал, что большинство элементов находятся в тесной корреляционной взаимосвязи (таблица 5).

ТАБЛИЦА 5 . Корреляция рангов Спирмена (r) между концентрациями потенциально токсичных элементов (жирные корреляции значимы при p <0,05).

Значимые коэффициенты корреляции Спирмена ( r > 0,61) были получены практически для элементов.Особенно важны высокие значения корреляции между Ni и Zn ( r — 0,91), Cr и Zn ( r — 0,85) и между Cd и Cu ( r — 0,82).

Классификация загрязнения почвы

Остров Ливингстон недостаточно изучен с точки зрения фоновых концентраций следов металлов в почве, поэтому мы использовали концентрации следов металлов в почвах острова Кинг-Джордж для расчета индекса геоаккумуляции ( I _geo ).Остров Кинг-Джордж — ближайший к острову Ливингстон крупный остров, они очень похожи по климатическим условиям и входят в состав Южных Шетландских островов. Существует множество публикаций о содержании тяжелых металлов в нетронутых почвах острова Кинг-Джордж (Amaro et al., 2015; Dalfior et al., 2016; Алексеев, Абакумов, 2020; Поляков и др., 2020). На основании этих исследований мы рассчитали средние значения концентраций тяжелых металлов в нетронутых почвах Южных Шетландских островов. Получены следующие значения геохимического фона ( B _n ): Cu – 63, Pb – 5.65, Zn – 42,6, Cd – 0,25, Ni – 11,83 и Cr – 22,95 мг × кг ^–1 .

В большинстве изученных почв значения I _geo для всех изученных потенциально токсичных элементов меньше нуля ( I _geo ≤ 0 ), что позволяет классифицировать их как Практически незагрязненные (Рисунок 6).

РИСУНОК 6 . I _geo значений для исследованных почв в районе пгт.Климента Охридского ».

Значения выше нуля регистрируются в точках отбора проб L28, L10 и L26. В точке L28 значение I _geo для Cd равно 3,46. Эта почва характеризуется как сильно загрязненная ( 3 _geo ≤ 4 ). Также высокий уровень содержания Cd по сравнению с фоновыми значениями зафиксирован в точке L10, значения I _geo , индекс равен 2.26. Загрязнение Cd характеризуется как От умеренно до сильного загрязнения ( 2 _geo ≤ 3 ). Наибольшие значения индекса I _geo находятся в точке L26. Загрязнение свинцом и цинком здесь характеризуется как Сильно загрязненный ( 3 _geo ≤ 4 ). I _geo значения для Pb и Zn в точке L26 составляют 3,85 и 3,82 соответственно.Следует отметить, что исследуемый район вблизи точки L26 антропогенно загружен, пробы почвы отбирались непосредственно на территории Болгарской антарктической станции. Bueno et al. (2018) приводит данные о загрязнении почвы станции Ферраз (остров Кинг-Джордж) на основе расчетов индекса Igeo. Определен уровень загрязнения Zn (от среднего до сильного) и Cr (умеренно загрязненный) (Bueno et al., 2018). Можно отметить сходство с характером загрязнения почв на территории станции «Св.Климент Охридский ».

Усредняя значения I _geo для всех точек, соотношение уровней загрязнения выглядит следующим образом: Cr> Cu> Pb> Cd> Ni> Zn. Со значениями Cr и Zn, равными -0,32 и -1,94 соответственно. Средние значения для всех потенциально токсичных элементов характеризуются как практически незагрязненные ( I _geo ≤ 0).

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Вклад авторов

EA — полевые работы, концептуализация, TN — лабораторные анализы, обработка данных, MG — написание рукописи, RY — полевые работы, обработка данных. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, проекты № 18–04–00900, 19–54–18003 и 19–05–50107.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы выражают огромную благодарность участникам и организаторам Российской и Болгарской антарктических национальных экспедиций. И Научный парк Санкт-Петербургского государственного университета, Центр химического анализа и материаловедения за помощь в проведении текущих анализов почвы.

Ссылки

AAD (2009). Антарктида: 1000-метровые изолинии. 1: 45 000 000 . Австралия: Австралийский антарктический отдел.

Абакумов Э., Лодыгин Э., Габов Д., Крыленков В. (2014). [Содержание полициклических ароматических углеводородов в почвах Антарктиды на примере российских полярных станций]. Gig Sanit 1, 31–35.

Google Scholar

Абакумов Э. В., Парникоза И. Ю., Лупачев А. В., Лодыгин Э. Д., Габов Д. Н., Кунах В. А. (2015). [СОДЕРЖАНИЕ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОЧВАХ РЕГИОНОВ АНТАРКТИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ]. Gig Sanit 94, 20–25.

Google Scholar

Agency, U.С.Э.П. (1986). SW-846 Метод испытаний 8310: Многоядерные ароматические углеводороды . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США.

Эйслаби, Дж., Балкс, М., Астори, Н., Стивенсон, Г., и Саймонс, Р. (1999). Полициклические ароматические углеводороды в почвах, загрязненных мазутом, Антарктида. Chemosphere 39 (13), 2201–2207. doi: 10.1016 / s0045-6535 (99) 00144-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эйслаби, Дж. М., Балкс, М. Р., Фогт, Дж. М., и Уотерхаус, Э.Дж. (2004). Разливы углеводородов на антарктических почвах: последствия и управление. Environ. Sci. Technol. 38 (5), 1265–1274. doi: 10.1021 / es0305149

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Алексеев И., Абакумов Е. (2020). Содержание и распределение микроэлементов и полициклических ароматических углеводородов в почвах приморской Антарктиды. Environ. Монит. Оценивать. 192 (11), 1–22. doi: 10.1007 / s10661-020-08618-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Amaro, E., Падейро, А., де Ферро, А. М., Мота, А. М., Леппе, М., Веркулич, С. и др. (2015). Оценка загрязнения микроэлементами на полуострове Файлдс (остров Кинг-Джордж) и острове Ардли, Антарктика. Март Загрязнение. Бык. 97 (1-2), 523–527. doi: 10.1016 / j.marpolbul.2015.05.018

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Aronson, R. B., Thatje, S., McClintock, J. B., and Hughes, K. A. (2011). Антропогенное воздействие на морские экосистемы Антарктиды. Ann.New York Acad. Sci. 1223 (1), 82–107. doi: 10.1111 / j.1749-6632.2010.05926.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бэк, С., Филд, Р., Голдстоун, М., Кирк, П., Лестер, Дж. И Перри, Р. (1991). Обзор атмосферных полициклических ароматических углеводородов: источники, судьба и поведение. Water Air Soil Pollut. 60 (3-4), 279–300. doi: 10.1007 / bf00282628

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Balmer, J. E., Hung, H., Yu, Y., Letcher, R. J., and Muir, D.К. Г. (2019). Источники и экологическая судьба пирогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в Арктике. Новые загрязнители 5, 128–142. doi: 10.1016 / j.emcon.2019.04.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bargagli, R. (2006). Экосистемы Антарктики: загрязнение окружающей среды, изменение климата и антропогенное воздействие . Берлин, Германия: Springer Science & Business Media.

Бари М.А., Баумбах Г., Куч Б. и Шеффкнехт Г.(2010). Частично-фазовые концентрации полициклических ароматических углеводородов в атмосферном воздухе сельских жилых районов на юге Германии. Air Qual. Атмос. Здоровье 3 (2), 103–116. doi: 10.1007 / s11869-009-0057-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бейерсманн, Д. и Хартвиг, А. (2008). Канцерогенные соединения металлов: последние сведения о молекулярных и клеточных механизмах. Arch. Toxicol. 82 (8), 493–512. doi: 10.1007 / s00204-008-0313-y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Будзинский, Х., Джонс, И., Беллок, Дж., Пиерард, К., и Гарригес, П. (1997). Оценка загрязнения отложений полициклическими ароматическими углеводородами в устье Жиронды. Mar. Chem. 58 (1-2), 85–97. doi: 10.1016 / s0304-4203 (97) 00028-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bueno, C., Kandratavicius, N., Venturini, N., Figueira, R., Pérez, L., Iglesias, K., et al. (2018). Оценка концентрации следов металлов в наземной и водной среде вблизи антарктической научной базы Артигас (остров Кинг-Джордж, Приморская Антарктика). Water Air Soil Pollut. 229 (12), 1–11. doi: 10.1007 / s11270-018-4045-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bueno Guerra, M. B., Schaefer, C. E. G. R., Rosa, P. d. Ф., Симас, Ф. Н. Б., Перейра, Т. Т. К., и Перейра-Филхо, Э. Р. (2011). Загрязнение тяжелыми металлами вековых техногенных техносолей в заливе Хоуп, Антарктический полуостров. Water Air Soil Pollut. 222 (1-4), 91–102. doi: 10.1007 / s11270-011-0811-z

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кабреризо, А., Дакс Дж., Барсело Д. и Джонс К. К. (2012). Влияние содержания органических веществ и деятельности человека на присутствие органических загрязнителей в антарктических почвах, лишайниках, траве и мхах. Environ. Sci. Technol. 46 (3), 1396–1405. doi: 10.1021 / es203425b

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Селис, Дж. Э., Барра, Р., Эспехо, В., Гонсалес-Акуна, Д., и Хара, С. (2015). Концентрации микроэлементов в биотических матрицах пингвинов папуа (Pygoscelis Papua) и прибрежных почвах из разных мест Антарктического полуострова. Вода, загрязнение воздуха и почвы 226 (1). doi: 10.1007 / s11270-014-2266-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

CEP (2011). План управления Особо охраняемым районом Антарктики (ООРА) № 149 КЕЙП-ШИРРЕФФ И ОСТРОВ САН-ТЕЛМО . ОСТРОВ ЛАЙВИНГСТОН, ЮЖНЫЕ ШЕТЛЕНДОВЫЕ ОСТРОВА. Буэнос-Айрес, Аргентина.

Чен Дж. И Блюм Х. (1997). Воздействие человеческой деятельности на наземную экосистему Антарктики: обзор. Polarforschung 65 (2), 83–92.

Google Scholar

Chunhui, W., Shaohua, W., Shenglu, Z., Yaxing, S., and Jing, S. (2017). Характеристики и идентификация источников полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в городских почвах: обзор. Педосфера 27 (1), 17–26. DOI: 10.1016 / S1002-0160 (17) 60293-5

Google Scholar

Кук, Дж., Эдвардс, А., Такеучи, Н. и Ирвин-Финн, Т. (2016). Криоконит. Прог. Phys. Геогр. Earth Environ. 40 (1), 66–111. doi: 10.1177 / 03015616574

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dalfior, B.М., Рориз, Л. Д., Джуниор, Р. Ф., де Фрейтас, А. К., да Силва, Х. Э., Карнейро, М. Т. W. и др. (2016). Оценка содержания Pb, Cd, Sn, Co, Hg, Mo и as в почве полуострова Файлдс в Антарктиде. Quimica Nova 39 (8), 893–900. DOI: 10.21577 / 0100-4042.20160134

Google Scholar

EPA, U. (2007). Метод 3550C – Ультразвуковая экстракция. Тест. Методы оценки твердых отходов, физико-химические методы 3, 1–17.

Google Scholar

Fang, G., Wu, Y.-S., Chen, M.-H., Ho, T.-T., Huang, S.-H., and Rau, J.-Y. (2004). Исследование полициклических ароматических углеводородов в Тайчжуне, Тайвань, в 2002–2003 годах. Атмос. Environ. 38 (21), 3385–3391. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2004.03.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Frenot, Y., Chown, S.L., Whinam, J., Selkirk, P.M., Convey, P., Skotnicki, M., et al. (2005). Биологические вторжения в Антарктику: масштабы, воздействия и последствия. Biol. Ред. 80 (1), 45–72. DOI: 10.1017 / s14647

006542

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Габов Д. Н., Безносиков В. А., Кондратенок Б. М. (2007). Полициклические ароматические углеводороды в фоновых подзолистых и глеевых торфяно-подзолистых почвах. Eurasian Soil Sc. 40 (3), 256–264. doi: 10.1134 / s10642230039

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Габов Д. Н., Безносиков В. А., Кондратенок Б. М., Яковлева Е. В. (2008). Образование полициклических ароматических углеводородов в почвах северной и средней тайги. Eurasian Soil Sc. 41, 1180–1188. doi: 10.1134 / s106422