Редкоземельные элементы в аллювиальных почвах поймы р. Амур: влияние катастрофического паводка 2013 г.

Александр Викторович Мартынов

doi:10.21638/11701/spbu07.2018.203

Авторы

Александр Викторович Мартынов Институт геологии и природопользования ДВО РАН, Российская Федерация, 675000, Благовещенск, пер. Релочный, 1

DOI:

https://doi.org/10.21638/11701/spbu07.2018.203

Аннотация

Изучено влияние катастрофического паводка 2013 г. на валовое содержание и подвижную фракцию редкоземельных элементов (РЗЭ) в аллювиальных почвах прирусловой поймы в среднем течении р. Амур. Охарактеризованы отношения между РЗЭ, почвенными свойствами и макроэлементным составом до и после паводка. Содержание РЗЭ определено при помощи метода масс-спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой. Для статистического анализа данных использован корреляционный анализ. Установлено, что содержание РЗЭ в почве увеличивается по мере удаления от русла реки и утяжеления гранулометрического состава. До паводка 2013 г. содержание РЗЭ валовой формы варьирует от 70 до 170 мг/кг, подвижной формы — от 1 до 11 мг/кг. Аккумуляция РЗЭ в исследуемых аллювиальных почвах преимущественно обусловлена глинистыми минералами. На подвижность лантаноидов сильно влияют реакция среды и окислительно-востановительный потенциал. Паводок привел к накоплению РЗЭ в почвах. В среднем содержание валовой формы увеличилось на 10%, подвижной — на 70%. Характер влияния паводка на содержание лантаноидов определяется пойменным рельефом. После паводка наблюдается улучшение коэффициентов корреляции с органическим веществом и оксидами фосфора.

Ключевые слова:

аллювиальные почвы, редкоземельные элементы, масс-спектроскопия, паводок, р. Амур, корреляционный анализ

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Литература

Аринушкина, Е. В., 1970. Руководство по химическому анализу почв. Изд-во МГУ, Москва.

Брянин, С. В., Сорокина, О. А., 2015. Вертикальное распределение редкоземельных элементов в почвах южной тайги верхнего Приамурья, сформированных на горных породах различного состава. Тихоокеанская геология 3 (34), 104–111.

Водяницкий, Ю. Н., 2012. Лантаниды почвы и их влияние на растения. Агрохимия 4, 84–96.

Кожевникова, Н. М., 2010. Особенности распределения валового и подвижных форм церия, неодима, самария в профиле серой лесной почвы Забайкалья. Агрохимия 6, 65–68.

Кожевникова, Н. М., Ермаков, Е. П., 2010. Распределение церия, неодима и самария в каштановой почве Забайкалья. Вестник СВНЦ ДВО РАН 3, 95–98.

Мартынов, А. В., 2016. Изменение свойств аллювиальных почв после крупного паводка на примере среднего течения р. Амур. Современные проблемы науки и образования 3, 405.

Новицкий, М. В., Донских, И. Н., Чернов, Д. В., 2009. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. Проспект Науки, Санкт-Петербург.

Переломов, Л. В., 2007. Взаимодействие редкоземельных элементов с биотическими и абиотическими свойствами почв. Агрохимия 11, 85–96.

Перельман, А. И., Касимов, Н. С., 2000. Геохимия ландшафта. Изд-во МГУ, Москва.

Розанов, Б. Г., 2004. Морфология почв. Академический проект, Москва.

Скрябина, О. А., 2011. Минералогический состав почв и почвообразующих пород. Изд. Перм. гос. сельскохозяйств. акад., Пермь.

Сорокина, О. А., Гусев, М. Н., 2014. Содержание редкоземельных элементов в пойменных почвах долины р. Зея (бассейн р. Амур). Вестник СВНЦ ДВО РАН 3, 36–40.

Шишов, Л. Л., Тонконогих, В. Д., Лебедева, И. И., Герасимова, М. И., 2004. Классификация и диагностика почв России. Ойкумена, Смоленск.

Шраг, В. И. 1969. Пойменные почвы их мелиорация и сельскохозяйственное использование. Россельхозиздат, Москва.

Braun, J.-J., Pagel, M., Muller, J.-P., Bilong, P., Michard, A., Guillet, B., 1990. Cerium anomalies in lateritic profiles. Geochimica et Cosmochimica Acta 54 (3), 781–795. https://doi.org/10.1016/0016-7037(90)90373-S.

Cao, X., Chen, Y., Wang, X., Deng, X., 2001. Effects of redox potential and pH value on the release of rare earth elements from soil. Chemosphere 44 (4), 655–661. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(00)00492-6.

Chizhikova, N. P., Sirotskii, S. E., Kharitonova, G. V., Utkina, E. V., Manucharov, A. S., Konovalova, N. S., 2011. Mineralogy and chemistry of finely dispersed bottom sediments in the Amur River. Eurasian Soil Science 7 (44), 781–793. https://doi.org/10.1134/S10642293110700391.

Du Laing, G., Meers, E., Dewispelaere, M., Vandecasteele, B., Rinklebe, J., Tack, F. M. G., Verloo, M. G., 2009. Heavy metal mobility in intertidal sediments of the Scheldt estuary: field monitoring. Science of the Total Environment 407, 2919–2930. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.12.024.

Förstner, U., Susanne Heise, S., Schwartz, R., Westrich, B., Ahlf, W., 2004. Historical contaminated sediments and soils at the river basin scale. Examples from the Elbe river catchment area. Soils and Sediments 4 (4), 247–260. https://doi.org/10.1007/BF02991121.

Gerrard, J., 1987. Alluvial Soils, Hutchinson Ross, New York.

Gu, X., Wang, X., Gu, Z., Dai, L., Chen, Y., 2001. Effects of humic aсid on speciation and bioavailability to wheat of rare earth elements in soil. Chemical Speciation and Bioavailability 13 (3), 83–88. https://doi.org/10.3184/095422901782775426.

Hu, Z., Haneklaus, S., Sparovek, G., Schnug, E., 2006. Rare earth elements in soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis 37, 1381–1420. https://doi.org/10.1080/00103620600628680.

Kabata-Pendias, A., 2011. Trace elements in soils and plants. CRC Press, Boca Raton.

Laveuf, C., Cornu, S., 2009. A review on the potentiality of rare earth elements to trace pedogenetic processes. Geoderma 154 (1–2), 1–12. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.10.002.

Lijun, W., Shen, Z., Xiaojiang, G., Shujuan, L., Yuqi, W., Jingxin, S., Aitang, H., Hongmin, C., Fanqing, G., 1998. Geochemical characteristics of rare earth elements in different types of soils in China. Journal of Rare Earths 16 (1), 51–58.

Mihajlovic, J. Hans-Joachim, S., Rinklebe, J., 2014. Geochemical fractions of rare earth elements in two floodplain soil profiles at the Wupper River, Germany. Geoderma 228–229, 160–172. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.12.009.

Mineral commodity summaries 2011, 2011. U. S. Geological Survey, Washington.

Ponnamperuma, F. N., 1984. Effects of Flooding on Soils / Kozlowski, T. T. (Ed.). Flooding and plant growth. Academic Press, London, 9–46.

Ran, Y., Liu, Z., 1994. Concentration and distribution of REEs in mainly soils of China. Journal of the Chinese Rare Earth Society, 12, 248–256. https://doi.org/10.1080/00103620600628680.

Rinklebe, J., Franke, C., Neue, H.-U., 2007. Aggregation of floodplain soils based on classification principles to predict concentrations of nutrients and pollutants. Geoderma 14, 210–223. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2007.06.001.

Rudnick, R. L., Gao, S., 2004. Composition of the continental crust / Holland, H. D., Turekian, K. K. (Eds.) Treatise on geochemistry 3. Elsevier, Amsterdam.

Sorokina, O. A., Zarubina, N. V., 2013. The content of chemical elements in alluvial soils and bottom sediments of the Urkan River (the Amur River basin). Eurasian Soil Science 6 (46), 644–653. https://doi.org/10.1134/S1064229313060094.

Tyler, T., 2004. Rare earth elements in soil and plant systems — A review. Plant and Soil 267 (1), 191–206. https://doi.org/10.1007/s11104-005-4888-2.

Verbitskaya, E. M., Ageeva, S. V., Dugina, I. O. Dunaeva, I. M., Efremova, N. F., Romanskii, S. O., Tarasyuk, V. V., 2015. Catastrophic flood on the Amur River in summer 2013: Features and causes. Russian Meteorology and Hydrology 10 (40), 683–690. https://doi.org/10.3103/S1068373915100064.

Vodyanitskii, Y. N., 2012. Geochemical fractionation of lanthanides in soils and rocks: a review of publications. Eurasian Soil Science 1 (45), 56–67. https://doi.org/10.1134/S1064229312010164.

Yan, X. P., Kerrich, R., Hendry, M. J., 1999. Sequential leachates of multiple grain size fractions from a clayrich till, Saskatchewan, Canada: implications for controls on the rare earth element geochemistry of porewaters in an aquitard. Chemical Geology 158 (1–2), 53–79. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(99)00011-X.

Zhang, Y., Deng, L. B., Ye, W. H., 2006. Does the long-term application of calcium superphosphate lead to an increase of the soil rare earth element contents? Journal of Environmental Sciences 18 (1), 130–134.

Zhu, J. G., Xing, G. X., Yamasaki, S., Tsumura, A., 1993. Adsorption and desorption of exogenous rare earth elements in soils: I. rate and forms of rare earth elements sorbed. Pedosphere 3 (4), 299–308.

References

Arinushkina, E. V., 1970. Rukovodstvo po khimicheskomu analizu pochv [Guidelines for the chemical analysis of soils]. University of Moscow, Moscow. (In Russian)

Braun, J.-J., Pagel, M., Muller, J.-P., Bilong, P., Michard, A., Guillet, B., 1990. Cerium anomalies in lateritic profiles. Geochimica et Cosmochimica Acta 54 (3), 781–795. https://doi.org/10.1016/0016-7037(90)90373-S.

Bryanin, S. V., Sorokina, O. A., 2015. Vertikal'noe raspredelenie redkozemel'nykh elementov v pochvakh iuzhnoi taigi verkhnego Priamur'ia, sformirovannykh na gornykh porodakh razlichnogo sostava [Vertical distribution of rare earth elements in southern taiga soils of Upper Priamurye formed on the mountain rocks of various compositions]. Tikhookeanskaia geologiia [Pacific Geology] 3 (34), 104–111. (In Russian)

Cao, X., Chen, Y., Wang, X., Deng, X., 2001. Effects of redox potential and pH value on the release of rare earth elements from soil. Chemosphere 44 (4), 655–661. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(00)00492-6.

Chizhikova, N. P., Sirotskii, S. E., Kharitonova, G. V., Utkina, E. V., Manucharov, A. S., Konovalova, N. S., 2011. Mineralogy and chemistry of finely dispersed bottom sediments in the Amur River. Eurasian Soil Science 7 (44), 781–793. 10.1134/S1064229311070039.

Du Laing, G., Meers, E., Dewispelaere, M., Vandecasteele, B., Rinklebe, J., Tack, F. M. G., Verloo, M. G., 2009. Heavy metal mobility in intertidal sediments of the Scheldt estuary: field monitoring. Science of the Total Environment 407, 2919–2930. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.12.024.

Forstner, U., Susanne Heise, S., Schwartz, R., Westrich, B., Ahlf, W., 2004. Historical contaminated sediments and soils at the river basin scale. Examples from the Elbe river catchment area. Soils and Sediments 4 (4), 247–260. https://doi.org/10.1007/BF02991121.

Gerrard, J. 1987. Alluvial Soils, Hutchinson Ross, New York.

Gu, X., Wang, X., Gu, Z., Dai, L., Chen, Y., 2001. Effects of humic acid on speciation and bioavailability to wheat of rare earth elements in soil. Chemical Speciation and Bioavailability 13 (3), 83–88. https://doi.org/10.3184/095422901782775426.

Hu, Z., Haneklaus, S., Sparovek, G., Schnug, E., 2006. Rare earth elements in soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis 37, 1381–1420. https://doi.org/10.1080/00103620600628680.

Kabata-Pendias, A., 2011. Trace elements in soils and plants. CRC Press, Boca Raton.

Kozhevnikova, N. M., 2010. Osobennosti raspredeleniia valovogo i podvizhnykh form tseriia, neodima, samariia v profile seroi lesnoi pochvy Zabaikal'ia [Distribution of Cerium, Neodymium, and Samarium in Gray Forest Soil of the Transbaikalia]. Agrokhimiia [Agrochemistry] 6, 65–68. (In Russian)

Kozhevnikova, N. M., Ermakov, E. P., 2010. Raspredelenie tseriia, neodima i samariia v kashtanovoi pochve Zabaikal'ia [Distributions of cerium, neodium and samarium in chestnut soils over Baikal Lake areas]. Vestnik of the North-Eastern scientific center FEB RAS 3, 95–98. (In Russian)

Laveuf, C., Cornu, S., 2009. A review on the potentiality of rare earth elements to trace pedogenetic processes. Geoderma 154 (1–2), 1–12. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.10.002.

Lijun, W., Shen, Z., Xiaojiang, G., Shujuan, L., Yuqi, W., Jingxin, S., Aitang, H., Hongmin, C., Fanqing, G., 1998. Geochemical characteristics of rare earth elements in different types of soils in China. Journal of Rare Earths 16 (1), 51–58.

Martynov, A. V., 2016. Izmenenie svoistv alliuvial'nykh pochv posle krupnogo pavodka na primere srednego techeniia r. Amur [Changing the properties of alluvial soils after intense flood on the example of the middle reaches of the Amur River]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniia [Modern problems of science and education] 3, 405. (In Russian)

Mineral commodity summaries 2011, 2011. U. S. Geological Survey, Washington.

Mihajlovic, J., Hans-Joachim, S., Rinklebe, J., 2014. Geochemical fractions of rare earth elements in two floodplain soil profiles at the Wupper River, Germany. Geoderma 228–229, 160–172. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.12.009.

Novitsky, M. V., Donskikh, I. N., Chernov, D. V., 2009. Laboratorno-prakticheskie zaniatiia po pochvovedeniiu [Laboratory and practical classes on soil science]. Prospekt Nauki, St. Petersburg. (In Russian)

Perelman, A. I., Kasimov, N. S., 2000. Geokhimiia landshafta [Geochemistry of the landscape], Moscow State University, Moscow. (In Russian)

Perelomov, L. V., 2007. Vzaimodeistvie redkozemel'nykh elementov s bioticheskimi i abioticheskimi svoistvami pochv [Interaction of rare earth elements with biotic and abiotic properties soil]. Agrokhimiia [Agrochemistry] 11, 85–96. (In Russian)

Ponnamperuma, F. N., 1984. Effects of Flooding on Soils / Kozlowski, T. T.(Ed.). Flooding and plant growth. Academic Press, London, 9–46.

Ran, Y., Liu, Z., 1994. Concentration and distribution of REEs in mainly soils of China. Journal of the Chinese Rare Earth Society, 12, 248–256. https://doi.org/10.1080/00103620600628680.

Rinklebe, J., Franke, C., Neue, H.-U., 2007. Aggregation of floodplain soils based on classification principles to predict concentrations of nutrients and pollutants. Geoderma 141, 210–223. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2007.06.001.

Rozanov, B. G., 2004. Morfologiia pochv [Morphology of soils]. Akademicheskii proekt, Moscow. (In Russian)

Rudnick, R. L., Gao, S., 2004. Composition of the continental crust / Holland, H.D., Turekian, K.K. (Eds.) Treatise on geochemistry 3. Elsevier, Amsterdam.

Scriabina, O. A., 2011. Mineralogicheskii sostav pochv i pochvoobrazuiushchikh porod [Mineralogical composition of soils and soil-forming rocks]. Izd. Permskoi gosudarstvennoi sel'skokhoziaistvennoi akademii, Perm. (In Russian)

Shishov, L. L., Tonkonogikh, V. D., Lebedeva, I. I., Gerasimov, M. I., 2004. Klassifikatsiia i diagnostika pochv Rossii [Classification and diagnostics of soils in Russia]. Oikumena, Smolensk. (In Russian)

Shrag, V. I., 1969. Poimennye pochvy ikh melioratsiia i sel'skokhoziaistvennoe ispol'zovanie [Floodplain soils for their amelioration and agricultural use]. Rossel'khozizdat, Moscow. (In Russian)

Sorokina, O. A., Gusev, M. N., 2014. Soderzhanie redkozemel'nykh elementov v poimennykh pochvakh doliny r. Zeia (bassein r. Amur) [Content of rare earth elements in the floodplain soils of the Zeya River valley (the Amur River basin)]. Vestnik of the North-Eastern scientific center FEB RAS 3, 36–40. https://doi.org/10.1134/S1064229313060094. (In Russian)

Sorokina, O. A., Zarubina, N. V., 2013. The content of chemical elements in alluvial soils and bottom sediments of the Urkan River (the Amur River basin). Eurasian Soil Science 6 (46), 644–653. (In Russian)

Tyler, G., 2004. Rare earth elements in soil and plant systems — A review. Plant and Soil 267 (1), 191–206. https://doi.org/10.1007/s11104-005-4888-2.

Verbitskaya, E. M., Ageeva, S. V., Dugina, I. O., Dunaeva, I. M., Efremova, N. F., Romanskii, S. O., Tarasyuk, V. V., 2015. Catastrophic flood on the Amur River in summer 2013: Features and causes. Russian Meteorology and Hydrology 10 (40), 683–690. https://doi.org/10.3103/S1068373915100064.

Vodyanitskii, Y. N., 2012. Geochemical fractionation of lanthanides in soils and rocks: a review of publications. Eurasian Soil Science 1 (45), 56–67. https://doi.org/10.1134/S1064229312010164.

Vodyanitskii, Y. N., 2012. Lantanidy pochvy i ikh vliianie na rasteniia [Lanthanides in the Soil and their Effect on Plants]. Agrokhimiia [Agrochemistry] 4, 84–96. (In Russian)

Yan, X. P., Kerrich, R., Hendry, M. J., 1999. Sequential leachates of multiple grain size fractions from a clayrich till, Saskatchewan, Canada: implications for controls on the rare earth element geochemistry of porewaters in an aquitard. Chemical Geology 158 (1–2), 53–79. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(99)00011-X.

Zhang, Y., Deng, L. B., Ye, W. H., 2006. Does the long-term application of calcium superphosphate lead to an increase of the soil rare earth element contents? Journal of Environmental Sciences 18 (1), 130–134.

Zhu, J. G., Xing, G. X., Yamasaki, S., Tsumura, A., 1993. Adsorption and desorption of exogenous rare earth elements in soils: I.rate and forms of rare earth elements sorbed. Pedosphere 3 (4), 299–308.