ИСТИНА

Выяснение роли аккумуляции и окисления сульфидов в маршевых кислых сульфатных почвах в регулировании потоков вещества на контакте моря и суши на побережьях морей северо-запада России.

Acid sulfate soils are one of the most unusual soils in terms of their geochemistry, mineralogy, microbiology, chemical properties, and ecological functions. Their evolution is determined by the processes of formation of iron sulfides in the soilforming rock and the subsequent oxidation of sulfides with the release of free sulfuric acid. Most of the acidic sulfate soils in the world are located on the sea coasts: in the littoral zone, the formation of iron sulfides, mainly pyrite, is actively taking place during sedimentation, due to the reduction of sulfur from seawater and iron coming from the terrigenous runoff. In the tidal zone and on the vast coasts in the stage of sea regression, sulfide oxidation occurs, which leads to a sharp acidification of the soil environment and to the formation of a number of minerals of the sulfate group, primarily jarosite. Although coastal acidic sulfate soils are most widespread in tropical areas, sulfide-containing coastal sediments have also been found in northern Europe, where acid sulfate soils form when exposed to the surface. A significant part of them is associated with the deposits of the Littorina transgression, but there are indications that the processes of modern accumulation of sulfides are also quite active. To date, insufficient attention has been paid to the study of acidic sulfate soils on the coasts of the Baltic and White Seas due to their insignificant involvement in economic activities compared, for example, with the North Sea coast (Germany, the Netherlands), not to mention the tropical regions. In the proposed project, the main objective of the work is to identify the locations of acidic sulfate soils on the coasts of the White and Baltic Seas, to characterize the properties of these soils and their impact on the spatial distribution of vegetation cover. Among the specific issues addressed in this project are the possibility of modern accumulation of sulfides, the assessment of the contribution of these soils to the geochemical flows of iron and sulfur in the land-sea contact zone, as well as the ecological significance of the formation of acid sulfate soils on the coasts of the Baltic and White Seas. The relevance of this topic from the point of view of fundamental science is that coastal systems, especially in the north of Russia, attract attention as the most important interfaces between terrigenous runoff, sometimes containing pollutants, and marine ecosystems. Since the geochemical conditions in acid sulfate soils differ significantly from those in "normal" soils, the presence of acid sulfate soils can alter the migration and fixation paths of many elements. Also, from a practical point of view, coastal marshy meadows are an important source of feed for livestock, at least in the marginal livestock farming of the Pomor coast of the White Sea, and knowledge of soil properties that can affect the composition and yield of grasses is important for preserving the bio-productivity of marshes. The scientific novelty of the planned research is based on the selection of poorly studied objects for the region, on a comprehensive soil-geochemical approach aimed at identifying the role of acidic sulfate soils in regulating the flow of macro - and microelements at the landsea contact, and in combining these studies with geobotanical research of the vegetation cover of marshes.

В результате выполнения проекта предполагается разработать частную теорию, описывающую распространение, свойства, геохимию и экосистемные функции кислых сульфатных почв побережий Белого и Балтийского морей. Значимость полученных результатов заключается в создании основы для общей концепции кислых сульфатных почв как геохимического барьера для одних элементов и своеобразного портала для перехода с суши в море для других элементов. Также полученные результаты позволят разработать систему фитоиндикации для кислых сульфатных почв побережий северных морей России.

Существенный опыт по работе с почвами на морских отложениях имеется у руководителя проекта М.В. Конюшковой. В частности, ею были рассмотрены вопросы пространственного распространения засоления на молодых солончаковых равнинах Прикаспия (Конюшкова и др., 2018, 2020), динамики солей в почвах на морских отложениях (Konyushkova et al., 2021), геохимии микроэлементов в молодых почвах на морских глинах (Semenkov et al., 2021). М.А. Цейц в течение долгого времени вёл работы по исследованию маршевых почв побережий Белого моря, в том числе их классификации в рамках Классификации и диагностики почв России (Цейц, Добрынин, 1997; Tseits, Dobrynin, 2005). В более позднее время он рассматривал также пространственное распределение отдельных свойств маршевых почв Карельского берега Белого моря и его влияние на растительность (Сидорова и др., 2015). В 2019 году Ю.А. Головлева сделала устный доклад "Acid sulphate soils of Russia: undiscovered areas" на конференции European Geosciences Union General Assembly 2019, Вена, Австрия, 7-12 апреля 2019 от имени группы российских авторов, в том числе М.А. Цейца и И.Е. Багдасарова. У членов коллектива имеется опыт совместной работы в рамках нескольких проектов. Ещё в 2000-2001 годах М.А. Цейц и М.В. Габченко (Конюшкова) были исполнителями в проекте ФЦП "Интеграция" № С0001 "Почвенно-экологические исследования Поморского берега Белого моря". Также М.В. Конюшкова, Ю.А. Головлева и И.Е. Багдасаров были исполнителями в проекте РНФ № 17-17-01293 "Многоуровневые региональные почвенно-географические модели как основа устойчивого управления почвенными ресурсами" (2017-2019).

В результате проведения полевых работ были выявлены геоморфологические особенности берегов, к которым привязаны кислые сульфатные почвы на побережьях Белого (участок Колежма) и Балтийского (участок Гакково) морей. Практически всегда потенциальные и актуальные кислые сульфатные почвы формируются в лагунных частях, на прямых же берегах их присутствие не обнаружено. На томболо кислые сульфатные почвы обнаруживаются преимущественно на берегах, находящихся в ветровой тени. В то же время в глубоких почвенных горизонтах, особенно на участке Гакково, расположение слоёв с признаками присутствия пирита обнаруживаются в локациях, которые не имеют чёткой геоморфологической привязки. Это указывает на то, что современные молодые отложения морского и эолового генезиса не всегда синхронны со сформировавшимися ранее пиритсодержащими литоральными отложениями. Была проведена предварительная оценка распространённости потенциальных и активных кислых сульфатных почв на побережьях Белого и Балтийского морей. Исследования показали, что на побережье Белого моря кислые сульфатные почвы имеют ограниченное распространение. Хотя на Поморском берегу Белого моря преобладают глинистые и суглинистые отложения, которые ассоциируются с накоплением пирита, содержание сульфидов в этих отложениях и почвах не очень велико. Очевидно, что аккумуляция литоральных отложений на Поморском берегу Белого моря происходила в условиях достаточно холодного климата, который обусловливал низкую биологическую активность и, соответственно, слабое накопление пирита. Однако же в поверхностных горизонтах современных береговых осадков локально содержание пирита достаточно велико, что определяется по интенсивно-чёрной окраске иловатых глин, резкому запаху сероводорода и сдвигу значений рН в кислую область при обработке образцов перекисью водорода. Несколько иная ситуация была обнаружена на участке Гакково. По литературным данным, основной период накопления сульфидов на побережье Балтийского моря был связан с отложениями Литоринового моря в эпоху климатического оптимума. Эти отложения спорадически встречаются по всему побережью Балтийского моря, однако глубина их залегания варьирует. В районе Гакково они обычно перекрыты песчаным чехлом осадков эолового генезиса. Фактически присутствие или отсутствие признаков сульфатнокислого процесса определяется только мощностью песчаной толщи: во многих точках сульфидсодержащие глины находятся в пределах почвенного профиля. Была дана характеристика морфологических особенностей профилей потенциальных и активных кислых сульфатных почв на побережьях Белого и Балтийского морей. Установлено, что на обоих участках абсолютно преобладают потенциально кислые сульфатные почвы. На участке Колежма присутствует два морфотипа подобных почв. В одном случае в почве в приливно-отливной зоне выделяется угольно-чёрный поверхностный горизонт, под которым обнаруживается сизоватая масса. При экспонировании на воздухе почвенный материал быстро, в течение первых десятков минут, покрывается железистой плёнкой за счёт окисления сульфидов. Во втором случае сульфидсодержащий горизонт обнаруживается в нижних горизонтах почвы, он имеет тёмно-серую окраску, обычно окаймлён железистыми выцветами. На участке Гакково потенциально кислые сульфатные почвы имеют пиритсодержащий горизонт, залегающий в нижней части двучлена (песок над суглинком), и характеризуются тёмно-сизой окраской и сильным запахом сероводорода. Выявление растений и растительных ассоциаций - индикаторов распространения потенциальных и активных кислых сульфатных почв на побережьях Белого и Балтийского морей показало, что в большинстве случае индикация затруднительна из-за обилия видов с очень широким экологическим диапазоном, например, тростника. В то же время отдельные индикаторы могут быть выделены в первом приближении, например, лапчатка Эгеди и некоторые другие. В целом же требуется проведение формальных статистических анализов для выявления зависимостей почва-растение.