Марганец, цинк, медь в почвах

Марганец, цинк, медь относятся к числу микроэлементов (М), важнейших для живых организмов. Природными источниками М на планете Земля являются минералы исходных горных пород. Вышедшие из их состава при выветривании и почвообразовании микроэлементы, как правило, собственных минералов не образуют. В почве они фиксируются преимущественно вторичными алюмосиликатами и несиликатными минералами (свободные оксиды Fe, Al, Si, минеральные соли), органическими веществами. Основные показатели состояния М в почвах — общее содержание (выражается в массовых долях: %, мг/кг) и показатели фракционно-группового их состава (выражается в % от общего содержания М в почве). Уровни этих показателей отражают совместное влияние ряда факторов: литогенного фактора, интенсивности гипергенных процессов, биогенных и абиогенных процессов трансформации и миграции химических веществ. Варьирование общего содержания М в верхних горизонтах почв, как правило, велико, нередко коэффициент вариации достигает 100%. Среднее содержание М в почвах характеризуют их кларки [34, 282]. Представленные в Атласе карты общего содержания в почвах страны Mn, Zn, Cu составлены на основе картографического материала [48, 154, карта почвенно-географического районирования (атлас, с. 198), почвенная карта (атлас, с. 72), карта почвообразующих пород (атлас, с. 56)], а также обобщения публикаций за полувековой период (1960–2010 годы).

Марганец в почвах

Среднее содержание Mn в почвах планеты характеризуют кларки 850 мг/кг [34] и 1000 мг/кг [282]. Карта отражает соотношение площадей почв Российской Федерации с разным содержанием Mn: менее 200 мг/кг — 4%, 200–550 мг/кг — 18%, 550–900 мг/кг — 50 %, 900–1250 мг/кг — 11%, 1250–1600 мг/кг — 13 %, более 1600 мг/кг — 4%. В почвах половины территории Российской Федерации содержание Mn близко к среднему для почв планеты.

В почвах европейской части страны содержание Mn, превышающее среднее (>900 мг/кг), установлено в нескольких типах ландшафтов. Это почвы горных областей Хибин, Новой Земли, микроэлементный состав которых сформировался под влиянием щебнистых маломощных элювиально-делювиальных и моренных, обогащенных Mn, отложений. Высоко содержание Mn в почвах горных районов Урала. Повышенное содержание Mn в почвах южной тайги и лесостепи от западных границ страны до Урала обусловлено как литолого-геохимическим влиянием покровных (на западе) и элювиально-делювиальных суглинков (от северной части Приволжской возвышенности до Предуралья), так и аккумулирующей способностью зональной растительности по отношению к Mn, активному биофильному элементу. В почвах степных районов содержание Mn близко к среднему (550–900 мг/кг). Кроме того, здесь выявлены биогеохимические провинции с более высоким содержанием в почвах Mn.

Почвы северной части Восточно-Европейской равнины имеют низкое содержание Mn, что обусловлено как обедненностью металлом озерно-ледниковых отложений и флювиогляциальных песков и супесей, на которых сформировались почвы региона, так и высокой миграцией его органо-минеральных соединений из почвенного профиля.

Широко варьирует содержание Mn в почвах азиатской части Российской Федерации. Повышенным (>900 мг/кг) содержанием Mn здесь также отличаются почвы горных районов Алтае-Саянской складчатой области, Заангарского, Лено-Ангарского, Приленского плато, Яблонового и Борщовочного хребтов, горных систем Сихотэ-Алиня и Камчатки. Особенно велико содержание марганца в дерново-карбонатных почвах южной Якутии (около 2000 мг/кг). Породы этой зоны неоднородны по составу, возрасту, мощности и представлены сложным комплексом магматических, осадочных и метаморфических образований. Часто они богаты тяжелыми рудными минералами с повышенным содержанием многих металлов, наследуемыми почвами. Специфические биогеохимические процессы в таежных дерново-глеевых, дерново-подзолистых и дерново-подзолисто-глеевых со вторым гумусовым горизонтом почвах северной части Васюганской равнины привели к высокой аккумуляция в них Mn (1300–1700 мг/кг).

Близко к среднему содержание Mn в таежно-лесных почвах Среднесибирского плоскогорья, развитых на продуктах выветривания траппов, распространенных в пределах Сибирской платформы, в таежных почвах гор Восточной Сибири, а также в почвах степной зоны юга Западной Сибири. Пониженное содержание Mn установилось в почвах обширной Западно-Сибирской низменности при ведущем влиянии литогеохимического фактора. Почвы здесь сформировались на не отличающемся высоким содержанием металлов неоднородном в литологическом отношении материале – ледниково-морских, ледниковых и озерно-аллювиальных четвертичных отложениях. Невысоко содержание Mn (<550 мг/кг) в почвах Яно-Индигирской и Колымской низменностей. Здесь наряду с озерно-аллювиальными широко распространены слабокарбонатные отложения лёссово-ледового комплекса.

Цинк в почвах

Уровни кларка Zn в почвах варьируют от 50 мг/кг [34] до 90 мг/кг [282]. Карта показывает соотношение площадей почв Российской Федерации с разным содержанием Zn: менее 10 мг/кг — 3%, 10–30 мг/кг — 34%, 30–60 мг/кг — 35%, 60–90 мг/кг — 23%, 90–120 мг/кг — 1,5%, более 120 — 0,2%. На 95 % территории страны почвы содержат Zn 10–90 мг/кг. В распределении Zn в почвах есть ряд закономерностей, аналогичных тем, которые выявлены для Mn, что обусловлено общим характером влияния одних и тех же факторов на распределение двух металлов. В европейской части Российской Федерации, как и для Mn, содержание в почвах Zn, превышающее средний уровень, отмечено в почвах Урала и Хибин. В Предкавказье (Краснодарский край) выделен обширный ареал почв с самым высоким содержанием Zn (>120 мг/кг), что обусловлено влиянием Zn-содержащих руд. Зона распространения почв с повышенным содержанием Zn, протянувшаяся от западных границ до Южного Урала, несколько смещена к югу по отношению к полосе почв с повышенным cодержанием Mn. Относительно близкий уровень содержания Zn в почвах этой территории обусловлен невысокой пестротой отложений.

В западной части ареала доминируют мощные лёссовидные карбонатные суглинки и лёссы, в южной части Приволжской возвышенности — элюво-делювий осадочных, в том числе карбонатных мезозойских и палеогеновых пород. В Предуралье наряду с карбонатыми лёссами широко развиты элюво-делювий карбонатных и песчано-глинистых, в том числе красноцветных отложений. В азиатской части Российской Федерации содержание Zn в почвах повышено в горных и межгорных областях. Оно превышает 90 мг/кг в черноземах центральной части Минусинской котловины, а также в таежных подбурах Забайкалья. Эти почвы обогащены минералами с повышенным содержанием халькофильных элементов, к которым относится и Zn. Буро-таежные иллювиально-гумусовые почвы Сихотэ-Алиня обогащены и Zn, и Mn.

Низко содержание Zn в почвах Западно-Сибирской низменности, развитых на бедных микроэлементами отложениях разного гранулометрического состава ледниковой и перигляциальной зон. В почвах Среднесибирского плоскогорья отмечена большая пестрота в содержании Zn. Этому способствует сложная литолого-геохимическая обстановка в регионе. Таежно-лесные почвы сформировались здесь на продуктах выветривания кислых, основных и ультраосновных изверженных и метаморфических пород, а также осадочных карбонатных пород, резко различающихся по содержанию металлов. Низкое содержание Zn в почвах северо-восточной горной области обусловлено распространением почвообразующих пород с высоким содержание кремнезема, обедненных Zn, а именно кислых магматических, осадочных и метаморфических силикатных, флювиогляциальных.

Медь в почвах

Уровни кларка Cu в почвах варьируют от 20 мг/кг [34] до 30 мг/кг [282]. Почвы половины территории страны (52%) характеризуются близким к среднему содержанием Cu (<24 мг/кг). Почти на 80% территории Российской Федерации содержание Cu в почвах составляет 12–60 мг/кг. В европейской части страны наибольшим (>40 мг/кг) содержанием Cu характеризуются почвы Кольского полуострова, что обеспечено влиянием полиметаллических руд, встречающихся в породах различного состава и происхождения. С рудным распространением связано и повышенное содержание Cu в почвах Урала, особенно его южной части. На равнинной территории севера европейской части России тундровые и таежные почвы легкого гранулометрического состава, преимущественно развитые на песчаных и супесчаных сиаллитных и кварц-сиаллитных моренных, озерно-ледниковых, флювиогляциальных отложениях, обеднены Cu (<6 мг/кг). В подзолистых и дерново-подзолистых почвах, сформированных на супесчано-суглинистой морене и покровных суглинках, содержание Cu несколько выше (6–12 мг/кг). В более южных регионах контуры почв с различным содержанием Cu хорошо согласуются с содержанием в них карбонатов. Менее 24 мг/кг Cu содержится в серых лесных почвах и черноземах, развитых на слабокарбонатных и карбонатных породах; 24–40 мг/кг Cu — в карбонатных и загипсованных почвах (южные черноземы и каштановые почвы).

За Уралом содержание Cu в почвах сильно варьирует. Наиболее низкое содержание меди в подзолах и глееземах средней части Западно-Сибирской равнины, что является следствием и бедности металлом почвообразующих пород (хотя они здесь очень разнообразны по генезису), и высокой подвижности меди в условиях кислой реакции и обилия водорастворимых органических веществ. В дерново-подзолистых почвах южно-таежной подзоны содержание Cu несколько выше, в почвах лесостепной и степной зон Западно-Сибирской равнины оно близко к среднему (12–24 мг/кг). Самыми обогащенными медью являются почвы севера (южная и восточная части Гыданского полуострова, Таймыр, Яно-Индигирская и Колымская низменности) и юга (Алтай, Западные и Восточные Саяны, Лено-Ангарское плато) Сибири, развитые на продуктах выветривания разного происхождения и состава. Среди них встречаются ледниковые породы (Северо-Сибирская низменность), лёссовидные и озерноаллювиальные (Яно-Индигирская и Колымская низменности, Иркутско-Черемховская равнина), щебнистые карбонатные элювиально-делювиальные (западная часть Ангарского кряжа, Лено-Ангарское плато) и другие отложения. Близко к кларку содержание Cu в почвах средней части Восточной Сибири и Дальнего Востока. Ландшафты этой территории отличаются чрезвычайно пестрым литогеохимическим строением: здесь встречаются магматические кислые и основные, осадочные карбонатные и силикатные, лёссовидные отложения с разным содержанием металла.

В большинстве почв Российской Федерации литогенный фактор оказывает ведущее влияние на общее содержание марганца, цинка, меди в почвах в связи с их преимущественным нахождением в составе минералов, сохранившихся при выветривании и почвообразовании. Существенное влияние биогенной и абиогенной внутрипочвенной аккумуляции металлов наблюдается в почвах с высокой биологической продуктивностью, с активной трансформацией органического и минерального субстрата. Микроэлементный состав почв — информативный маркер литогеохимической и внутрипочвенной обстановки.

Г.В. Мотузова, Е.А. Карпова, Н.Ю. Барсова

• Марганец в почвах, масштаб 1:30 000 000
• Цинк в почвах, масштаб 1:30 000 000
• Медь в почвах, масштаб 1:30 000 000