Исследователи географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова детально изучили сезонную динамику широкого спектра металлов, в том числе потенциально токсичных, в подзолистых почвах Центрально–Лесного заповедника. Впервые установлены ряды подвижности химических элементов для разных почвенных горизонтов. Результаты исследования опубликованы в журнале первого квартиля «Catena» (DOI: 10.1016/j.catena.2025.109512).
Ученые рассмотрели распределение 13 металлов (кадмий, кобальт, хром, медь, железо, лантан, марганец, никель, рубидий, стронций, свинец и цинк) в почвах смешанных и еловых лесов Центрально-Лесного заповедника (Тверская область). Для того, чтобы проанализировать сезонные колебания подвижности химических элементов, в образцах почв определялось общее содержание элементов и три подвижных формы (обменные, комплексные с органическим веществом и сорбированные гидроксидами Fe и Mn). Для всех элементов рассчитывался показатель потенциальной подвижности, равный отношению содержания подвижных фракций к валовому содержанию.
« Результаты исследования показали, что значительная часть металлов находится в подвижных формах, т.е. переходит из минеральной фазы в раствор или образует потенциально доступные для растений комплексы с органическим веществом. В гумусовых горизонтах подзолистых почв доля подвижных форм большинства элементов превышает 50%. Наиболее подвижными элементами (60 - 99% подвижных форм) являются марганец, кадмий, кобальт и свинец», — отмечает младший научный сотрудник географического факультета Полина Енчилик.
Впервые предложено ранжировать элементы по показателю потенциальной подвижности в генетических горизонтах подзолистых почв. Авторы работы выделили группы высокоподвижных металлов с медианными значениями подвижности 16-64%: кадмий, свинец, кобальт, марганец; умеренно подвижных (4-16%): хром, медь, никель, лантан, цинк, железо; низкоподвижных (<4%): рубидий, стронций.
Ключевыми факторами, определяющими миграционную способность элементов, являются содержание органического вещества, гранулометрический состав и кислотность почвы. Органическое вещество сорбирует металлы в верхних горизонтах почв, но при изменении кислотности pH, сезонной смене режима увлажнения или интенсивности поступления и состава растительного опада элементы могут переходить в растворённые формы и перемещаться вниз по почве.
Полученные данные свидетельствуют о том, что сезонные изменения сильнее выражены в латеральной (пространственной) дифференциации элементов, чем в вертикальной по почвенному профилю. Особенно на переувлажнённых участках, где часто меняется окислительно-восстановительная обстановка, и в сезоны с повышенным увлажнением подвижность железа и марганца возрастает.
«Даже такие элементы, как стронций и рубидий, традиционно считающиеся малоподвижными, демонстрируют выраженные сезонные колебания латеральной дифференциации. Подвижность этих элементов связана с обменными легкорастворимыми формами. Это говорит о высокой чувствительности почв к изменениям влажности и степени разложения опада растений, поставляющего в почвы доступные формы элементов», — поясняет старший научный сотрудник географического факультета Иван Семенков.
«Одним из ключевых результатов работы является установление рядов подвижности химических элементов для отдельных генетических горизонтов подзолистых почв. Последовательность элементов в рядах подвижности остается неизменной, при этом значения подвижности существенно варьируют», — подчёркивает руководитель исследования, академик РАН Николай Касимов.
Максимальная подвижность металлов приходится на кислые гумусовые горизонты почв, где определяется содержанием органического углерода: кадмий и свинец (99%), кобальт (90%), марганец, цинк, никель (60%), медь (50%), железо (40%), лантан (30%), стронций (20%), хром (10%) и рубидий (3%). В подгумусовом горизонте с увеличением доли минеральных частиц тонкого песка подвижность падает до минимальных значений: свинец и кобальт (30%), кадмий, марганец, медь (20%), железо, хром, лантан, цинк, никель (10%), стронций (2%), рубидий (0,3%). В нижележащих горизонтах подвижность вновь возрастает благодаря сорбции илистыми частицами, и затем уменьшается в остаточно карбонатной породе за счет комплексообразования с карбонатами.
Результаты исследования позволяют прогнозировать экологические риски, связанные с миграцией металлов в природных и загрязненных экосистемах. Понимание механизмов подвижности элементов важно для оценки устойчивости подзолистых почв и моделирования круговорота веществ в условиях климатических изменений.
