Trace Elements in Marsh Soils of the Pomor Coast of the White Sea

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The soils of the sea coasts function on the contact of terrigenous runoff and the effects of seawater, which provides a unique geochemical environment. In part, the processes of migration and accumulation of elements can be provided by the processes of formation and oxidation of iron sulfides. The content and spatial distribution of trace elements in the soils of the marshes of the Pomor coast of the White Sea were studied. The work was carried out near the village of Kolezhma, Belomorsky district, Republic of Karelia. The study showed that the studied soils are characterized by an increased content of trace elements such as As and Se, which are usually associated with the presence of metal sulfides in marine sediments. The content of Fe was up to 27 300 ppm and Mn – up to 1500 ppm, which is generally typical for taiga landscapes. At the same time, the geochemical fate of Fe and Mn in coastal soils diverges, probably partly due to the participation of Fe in mineral transitions from sulfides to sulfates. Ni and Cr were present in soils in concentrations comparable to the zonal soils of the region. Only As and Se might be potentially toxic in the case of the use of the tombolo as hayfield.

About the authors

I. E. Bagdasarov

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: krasilnikov@soil.msu.ru
Russian Federation, Moscow

M. V. Konyushkova

Lomonosov Moscow State University

Email: krasilnikov@soil.msu.ru
Russian Federation, Moscow

Yu. A. Kryukova

Lomonosov Moscow State University

Email: krasilnikov@soil.msu.ru
Russian Federation, Moscow

D. V. Ladonin

Lomonosov Moscow State University

Email: krasilnikov@soil.msu.ru
Russian Federation, Moscow

M. A. Tseits

Lomonosov Moscow State University

Email: krasilnikov@soil.msu.ru
Russian Federation, Moscow

P. V. Krasilnikov

Lomonosov Moscow State University

Email: krasilnikov@soil.msu.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Ахметова Г.В. Географические особенности распределения микроэлементов в почвах среднетаежной подзоны Республики Карелия // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 10-4. С. 572–576.
  2. Багдасаров И.Е., Цейц М.А., Крюкова Ю.А., Таскина К.Б., Конюшкова М.В. Сравнительная характеристика почвенного и растительного покрова томболо побережий Белого и Балтийского морей // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2023. № 1. C. 3–15. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-1-3-15
  3. Виноградов Б.В., Орлов В.П., Снакин В.В. Биотические критерии выделения зон экологического бедствия России // Изв. РАН. Сер. географическая. 1993. № 5. С. 13–27.
  4. Губин С.В., Лупачев А.В. Подходы к классификации почв аккумулятивных берегов морей восточного сектора Российской Арктики // Почвоведение. 2022. № 1. С. 25–32. https://doi.org/10.31857/S0032180X22010051
  5. Губин С.В., Лупачев А.В., Ходжаева А.К. Почвы аккумулятивных берегов Восточно-Сибирского моря // Почвоведение. 2022. № 9. С. 1073–1085. https://doi.org/10.31857/S0032180X22090076
  6. Костенкова А.Ф. Маршевые почвы юга Приморья и особенности их солевого состава // Почвоведение. 1979. № 2. C. 22–29.
  7. Красильников П.В., Шоба С.А. Сульфатнокислые почвы Восточной Фенноскандии. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, 1997. 160 с.
  8. Кузнецова А.М. Эволюция морских отложений в маршевые почвы на различных типах берегов // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 1999. № 2. С. 20–27.
  9. Ладонин Д.В., Пляскина О.В., Кучкин А.В., Коваль Е.В. Методика выполнения измерений массовой доли элементов в твердых минеральных объектах методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на масс-спектрометре Agilent ICP-MS 7500. М., 2009. 56 с.
  10. Орешникова Н.В., Красильников П.В., Шоба С.А. Маршевые почвы Карельского берега Белого моря // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2012. № 4. С. 13–20.
  11. Сидорова В.А., Святова Е.Н., Цейц М.А. Пространственное варьирование свойств маршевых почв и их влияние на растительность (Кандалакшский залив) // Почвоведение. 2015. № 3. С. 259–267. https://doi.org/10.7868/S0032180X15030119
  12. Федорец Н.Г., Бахмет О.Н., Медведева М.В., Ахметова Г.В., Новиков С.Г., Ткаченко Ю.Н., Солодовников А.Н. Тяжелые металлы в почвах Карелии. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2015. 222 с.
  13. Цейц М.А., Добрынин Д.В. Морфогенетическая диагностика и систематика маршевых почв Карельского Беломорья // Почвоведение. 1997. № 4. С. 411–416.
  14. Цейц М.А., Добрынин Д.В., Белозерова Е.А. Структурная организация почвенного и растительного покрова маршей Поморского берега Белого моря // Экологические функции почв Восточной Фенноскандии. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, 2000. С. 95–107.
  15. Шамрикова Е.В., Денева С.В., Панюков А.Н., Кубик О.С. Свойства почв и характер растительности побережья Хайпудырской губы Баренцева моря // Почвоведение. 2018. № 4. С. 402–412. https://doi.org/10.7868/S0032180X18040020
  16. Шляхов С.А., Костенков Н.М. Почвы Тихоокеанского побережья России, их классификация, оценка и использование. Владивосток: Дальнаука, 2000. 177 с.
  17. Bagdasarov I., Tseits M., Kryukova I., Taskina K., Bobrik A., Ilichev I., Cheng J., Xu L., Krasilnikov P. Carbon stock in coastal ecosystems of tombolos of the white and baltic seas // Land. 2024. V. 13. № 1. P. 49.
  18. Bouza P.J., Ríos I., Idaszkin Y.L., Bortolus A. Patagonian salt marsh soils and oxidizable pedogenic pyrite: solid phases controlling aluminum and iron contents in acidic soil solutions // Environmental Earth Sci. 2019. V. 78. № 1. P. 1–14. https://doi.org/10.1007/s12665-018-7991-4
  19. van Breemen N. Soil forming processes in acid sulphate soils // Acid sulphate soils. 1973.V. 1. P. 66–130.
  20. Demas G.P., Rabenhorst M.C. Factors of subaqueous soil formation: a system of quantitative pedology for submerged environments // Geoderma. 2001. V. 102. № 2. P. 189–204. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(00)00111-7
  21. Douglas G., Adeney J., Johnston K., Wendling L., Coleman S. Major element, trace element, nutrient, and radionuclide mobility in a mining by-product-amended soil // J. Environ. Quality. 2012. V. 41. № 6. P. 1818–1834. https://doi.org/10.2134/jeq2012.0139
  22. Dudas M.J., Warren C.J., Spiers G.A. Chemistry of arsenic in acid sulphate soils of northern Alberta // Comm. Soil Sci. Plant Analysis. 1988. V. 19. № 7-12. P. 887–895. https://doi.org/10.1080/00103628809367982
  23. Fanning D.S., Rabenhorst M.C., Balduff D.M., Wagner D.P., Orr R.S., Zurheide P.K. An acid sulfate perspective on landscape/seascape soil mineralogy in the U.S. Mid-Atlantic region // Geoderma. 2010. V. 154. № 3-4. P. 457–464. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.04.015
  24. Ghosh S., Bakshi M., Mitra S., Mahanty S., Ram S.S., Banerjee S., Chakraborty A., Sudarshan M., Bhattacharyya S., Chaudhuri P. Elemental geochemistry in acid sulphate soils – A case study from reclaimed islands of Indian Sundarban // Marine Poll. Bull. 2019. V. 138. P. 501–510. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.11.057
  25. Houben G.J., Kaufhold S., Dietel J., Röhm H., Gröger-Trampe J., Sander J. Investigation of the source of acidification in an aquifer in Northern Germany // Envir. Earth Sci. 2019. V. 78. № 3. P. 73. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8096-4
  26. IUSS Working Group WRB. World reference base for soil resources 2014, update 2015: International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. FAO, Rome, 2015.
  27. Låg J., Steinnes E. Regional distribution of selenium and arsenic in humus layers of Norwegian forest soils // Geoderma. 1978. V. 20. № 1. P. 3–14. https://doi.org/10.1016/0016-7061(78)90045-9
  28. Morgan B., Rate A.W., Burton E.D. Trace element reactivity in FeS-rich estuarine sediments: Influence of formation environment and acid sulfate soil drainage // Sci. Total Envir. 2012. V. 438. P. 463–476. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.08.088
  29. Pan Y., Bonten L.T.C., Koopmans G.F., Song J., Luo Y., Temminghoff E.J.M., Comans R.N.J. Solubility of trace metals in two contaminated paddy soils exposed to alternating flooding and drainage // Geoderma, 2016. V. 261. P. 59–69. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.07.011
  30. Pons L.J. Outline of genesis, characteristics, classification and improvement of acid sulphate soils // Acid sulphate soils. 1973. Vol. 1. P. 3–65.
  31. Ranwell D.S. Ecology of salt marshes and sand dunes. London: Chapman & Hall, 1972. 258 p.
  32. Ríos I., Bouza P.J., Bortolus A., Alvarez M.D.P. Soil-geomorphology relationships and landscape evolution in a southwestern Atlantic tidal salt marsh in Patagonia, Argentina // J. South Amer. Earth Sci. 2018. V. 84. P. 385–398. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2018.04.015
  33. Shaheen S.M., Rinklebe J., Frohne T., White J.R., DeLaune R.D. Redox effects on release kinetics of arsenic, cadmium, cobalt, and vanadium in Wax Lake Deltaic freshwater marsh soils // Chemosphere. 2016. V. 150. P. 740–748. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.12.043
  34. Siira J. Studies in the ecology of the sea-shore meadows of the Bothnian Bay with special reference to the Liminka area // Aquilo. Ser. Botanica. 1970. V. 9. P. 1–100.
  35. Tseits M.A., Dobrynin D.V. Classification of marsh soils in Russia // Eurasian Soil Sci. 2005. V. 38. P. 44–48.
  36. Tseits M.A., Marechek M.S. The formation of soil cover patterns on tidal marshes of the Arctic of Russia // Moscow University Soil Sci. Bull. 2021. V. 76. № 5. P. 273–282.
  37. Virtasalo J.J., Österholm P., Kotilainen A.T., Åström M.E. Enrichment of trace metals from acid sulfate soils in sediments of the Kvarken Archipelago, eastern Gulf of Bothnia, Baltic Sea // Biogeosciences. 2020. V. 17. № 23. P. 6097–6113. https://doi.org/10.5194/bg-17-6097-2020
  38. Vithana C.L., Ulapane P.A.K., Chandrajith R., Sullivan L.A., Bundschuh J., Toppler N., Ward N.J., Senaratne A. Acid sulfate soils on the west coast of Sri Lanka: A review // Geoderma Regional. 2021. V. 25. P. e00382. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2021.e00382

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Geographical location (a) and climatic characteristics (b) of the study area

Download (196KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Spatial distribution of individual trace elements on tombolo in the area of Kolezhma settlement

Download (595KB)
Indexing metadata
4. Supplementary
Download (579KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences