Накопление и распределение тяжелых металлов и серы в почве зависит от характера почвообразования, определяемого минералогическим и химическим составом почвообразующих пород, рельефа, обусловливающего направление геохимического стока, определяющих современное перемещение химических элементов в зоне гипергенеза. На зольный состав лесных подстилок оказывают влияние как химический состав почв, так и загрязнение атмосферы, поступление поллютантов с опадом и отмирающими растениями. При этом отметим, что под загрязнением мы понимаем не просто привнос веществ в геосистему, а такое поступление, при котором нарушается естественный фон содержания веществ и соединений, а в итоге - нормальное функционирование экосистемы. Валаамский архипелаг, как было отмечено, уникален по минералогическому составу коренных и почвообразующих пород, что нашло отражение на почвенном покрове и химическом составе почв. Ниже рассматриваются содержание и распределение исследуемых элементов в основных генетических типах и некоторых подтипах почв, сформировавшихся на различных почвообразующих породах. Примитивные почвы (Еру-Rudy Podzols) формируются под редкостойными сосняками скальными на выходах кристаллических пород, приуроченных к вершинам гряд и высоким скалистым берегам. Почвенный профиль состоит из лесной подстилки (АО). Иногда под подстилкой имеется маломощный слой (1—3 см) щебнистого элювия. Химический состав элювия характерен для габбродиабазов, на которых формируются примитивные почвы. В нем содержится много железа, кальция, магния, титана. Мелкозем содержит много грубого гумуса (5—15%). Почвы сильнокислые, величина рН солевой суспензии колеблется от 3,2 до 4,7. Содержание тяжелых металлов и серы в минеральной части профиля примитивных почв зависит от наличия их в почвообра-зующей породе, т. е. в элювии габбро-диабазов. Концентрации исследованных элементов в различных почвах Валаамского архипелага приведены в табл. 8, из которой следует обогащен-ность свинцом, железом, цинком и серой минерального горизонта примитивных почв. Однако количество трех последних, а также хрома существенно ниже, чем в элювии габбро-диабазов, так как в процессе разрушения элювия происходит частичный вынос химических элементов со склоновым стоком и потребление растениями. Эти почвы характеризуются значительными колебаниями концентрации исследуемых элементов в минеральном слое (табл. 9). Различия между минимальными и максимальными значениями их достигают 2-5 раз, причем наиболее изменчиво содержание серы, марганца, меди, свинца, хрома. Лесные подстилки примитивных почв отличаются самым высоким на Валааме содержанием свинца (42,5 мг/кг). Также в них много накапливается железа (20500 мг/кг) и серы (1340), т. е. тех элементов, которыми обогащена коренная порода. Их накопление связано не только с биогенной аккумуляцией, но и с загрязнением лесных подстилок примесями минеральных частиц вследствие маломощности горизонта. Что касается серы, свинца и кадмия, то прибрежное расположение почв способствовало их накоплению в верхнем слое. При этом следует отметить, что среднее содержание свинца в лесных подстилках превышает ПДК в 1,3 раза, а максимальное - в минеральном горизонте примитивных почв в сосняках вересково-лишайниковых - 2 ПДК. Подбуры (Leptosols) формируются на маломощном щебнистом элювии и элюво-делювии габбро-диабазов, на вершинах и склонах гряд под сосняками лишайниковыми и сосново-еловыми бруснично-зеленомошными лесами. Профиль почв укорочен (15-30 см) и состоит из лесной подстилки (АО), гумусово-аккумулятивно-метаморфического горизонта (AlBfm) и почвообразующей породы (С). Данные почвы сильнокислые, рН солевой суспензии колеблется от 3,5 до 5,0. При этом наименьшая кислотность отмечена в лесной подстилке. Верхняя минеральная часть почвенного профиля пропитана потечным гумусом, количество которого постепенно снижается с глубиной от 10 до 1,5% углерода. Для них характерно высокое содержание Fe2Oi как общего (до 20%), так и подвижных форм (1—4% к почве). Минеральный горизонт AlBfm подбуров по содержанию микроэлементов и тяжелых металлов: кобальта, никеля, цинка, свинца и кадмия довольно близок к примитивным почвам. В процессе трансформации щебнистого элювия происходит не только физическое измельчение, но и частичный вынос подвижных соединений железа, цинка, хрома и серы, поэтому в мелкоземе уменьшается их содержание. В то же время возрастает количество меди, марганца, свинца. Еще более заметно накопление этих элементов в горизонте AlBfm подбуров, развивающихся на элювии и элюво-делювии габбро-диабазов под еловыми лесами. В подподстилочном горизонте подбуров средние концентрации марганца, железа, цинка, хрома, кадмия, свинца несколько (в 1,1-1,25 раза) превышают фоновые для всех почв Валаамского архипелага показатели, что обусловлено влиянием почвообразующих пород основного состава (габбро-диабазов), на которых развиваются данные почвы. Особенности химического состава минеральных горизонтов подбуров отразились на накоплении элементов в лесных подстилках, в которых выше фоновых для островов концентрации серы, никеля, железа, свинца. Причем среднее содержание последнего в подстилках (31,6 мг/кг), так же как и в минеральных горизонтах, соответствует 1 ПДК, а максимальное - почти 2 ПДК. В связи с развитием процессов биогенного накопления в лесной подстилке аккумулируется больше цинка, никеля и серы по сравнению с залегающим ниже минеральным горизонтом. Следует обратить внимание на различный уровень накопления тяжелых металлов в подстилках еловых и сосновых лесов. В последних аккумулируется несколько больше железа, свинца и никеля, тогда как в ельниках - меди, кадмия и особенно много марганца и цинка. При этом подстилки в еловых лесах, растущих на буроземах, отличаются самым высоким среди других биогеоценозов Валаама содержанием цинка в среднем, равным 300 мг/кг, т. е. 1 ПДК, достигающим в некоторых точках 1,3 ПДК. В отличие от примитивных почв в подбурах отмечается повышенное (в 1,1—1,6 раза) содержание марганца, цинка, никеля, одновременно пониженное (в 1,1-1,5 раза) железа, кобальта, меди, свинца, кадмия, что определяется их местоположением и большей мощностью лесной подстилки, ее меньшей степенью загрязнения минеральными компонентами. Буроземы (Cambisols) - самые распространенные почвы на островах Валаамского архипелага. Они формируются на переотложенном элюво-делювии габбро-диабазов и морене, обогащенной элювием габбро-диабазов, на плоских вершинах и пологих склонах сельг под хвойными и хвойно-лиственными лесами. Профиль почв состоит из маломощной лесной подстилки, темно-серого, почти черного гумусо-во-аккумулятивного горизонта А1, который сменяется иллювиально-метаморфическим - Bhfm, окрашенным в красновато-бурые тона, постепенно переходящим в горизонт ВС желтовато-бурого цвета. Ниже лежит сплошная плита габбро-диабаза. Почвообразующие породы сильнокаменистые. Содержание крупнозема (частиц диаметром более 1 мм) в элюво-делювии составляет 10-30%, в моренных отложениях 35,5. Почвы содержат много гумуса, особенно в горизонте А1 (8-12%), валового железа, кальция, магния. Реакция среды кислая, рН солевой суспензии колеблется от 3,5 до 5,0 и зависит от химического состава и количества элювия габбро-диабазов. Буроземы, развитые на обогащенной морене, содержат больше мелкозема, химический состав которого отличается от буроземов, формирующихся на элюво-делювии габбро-диабазов, меньшим количеством железа, кальция, магния и повышенным — крупнозема. Различия в минералогическом и химическом составе поч-вообразующих пород отражаются на количестве тяжелых металлов и серы в профиле. Действительно, в минеральных горизонтах буроземов, развитых на обогащенных моренных отложениях, содержание всех без исключения тяжелых металлов меньше, чем в буроземах, сформировавшихся на элюво-делювии диабазов, поскольку в почвообразую-щих породах много минералов алюмосиликатного состава, которые бедны тяжелыми элементами. Минеральные горизонты буроземов грубогумусных в отличие от других почв Валаама, характеризуются самыми высокими показателями накопления марганца, цинка, железа, хрома, свинца и кадмия, т. е. тех элементов, которые в больших количествах содержатся в почвообразующих породах, представленных элюво-делю-вием габбро-диабазов. Отмечено большее накопление серы и почти всех определяемых тяжелых металлов в подподстилочных горизонтах сосновых лесов по сравнению с еловыми, что связано с различным химическим составом почвообразующих пород. За исключением никеля, концентрации всех тяжелых металлов в этом горизонте превосходят в 1,2-1,8 раза средние для островной экосистемы показатели. Своеобразный состав минеральных горизонтов отражается на накоплении химических элементов в лесных подстилках и наиболее заметно в буроземах грубогумусных. В подстилках, как и в минеральных горизонтах их, аккумулируется больше марганца и цинка, чем в других почвах островов, причем количество последнего особенно велико и составляет 300 мг/кг, что равно 1 ПДК и почти в 2 раза превосходит фоновое по Валааму значение. Также в этом горизонте в меньшей степени повышены концентрации остальных исследуемых элементов, за исключением хрома, кобальта, никеля. В буроземах, вследствие биогенной аккумуляции, происходит накопление марганца, цинка, никеля, а также серы в лесной подстилке относительно минерального горизонта. Аккумулирование их хорошо выражено как в сосновых, так и еловых лесах. Однако в последних уровень содержания в подстилках металлов на 15-25% выше, чем в сосняках. Большее накопление свинца и кадмия в подстилках еловых лесов связано с особенностями строения кроны ели и ее способностью задерживать больше поллютантов. Несмотря на повышенное содержание тяжелых металлов в рассматриваемых буроземах по сравнению с другими почвами Валаамского архипелага, уровень их не превышает ПДК, а никеля, кобальта, меди, хрома намного (в 3-20 раз) ниже. Буроземы оподзоленные (Albic Cambisols) имеют ограниченное распространение и приурочены к пониженным элементам рельефа. Развиваются они на озерных песках с включением элюво-делювия габбро-диабазов под елово-березовыми и елово-сосновы-ми черничными лесами. Характерной особенностью оподзоленных буроземов является наличие элювиально-гумусово-аккумулятив-ного горизонта (А1А2) белесовато-серого цвета. Почвы сильнокислые, рН солевой суспензии изменяется в пределах 3-4; степень насыщенности основаниями колеблется около 50%. Они богаты соединениями фосфора, но бедны калием. По сравнению с буроземами эти почвы содержат меньше кальция, магния, калия, натрия, титана и почти всех исследуемых тяжелых металлов. В минеральной части профиля их накапливается (в 1,5—6 раз) меньше цинка, марганца, кобальта, хрома, свинца, кадмия и серы. Это снижение вызвано различным химическим составом почвообразующих пород, на которых залегают почвы, а также повышенным увлажнением, способствующим миграции подвижных соединений элементов в профиле. Уровень всех без исключения тяжелых металлов в минеральном горизонте буроземов оподзоленных многократно (в 2-12 раз) ниже ПДК. Пониженное количество тяжелых металлов в минеральной части профиля буроземов оподзоленных повлияло на накопление их в горизонте лесной подстилки, где их содержание ниже, чем в буроземах и тем более средних по Валааму данных. Вследствие биогенной аккумуляции, в лесных подстилках рассматриваемых почв отмечается превышение (в 2-4 раза) содержания марганца, цинка, никеля и серы по сравнению с нижележащим минеральным горизонтом. В то же время здесь меньше (в 1,6—2,4 раза) хрома, кобальта, меди и почти на порядок — железа. Следует отметить, что средние концентрации исследуемых тяжелых металлов в лесных подстилках буроземов оподзоленных значительно ниже предельно допустимых норм. Однако накопление в некоторых точках свинца до 43 мг/кг (т. е. 1,3 ПДК) указывает на загрязнение почвы. Буроземы глеевые (Gley Cambisols) приурочены к нижним частям склонов и подножиям гряд, т. е. к тем местам, где имеется дополнительный приток влаги, либо повышенное увлажнение вследствие близкого залегания кристаллических пород или ленточных глин, которые являются геохимическим барьером на пути миграции водорастворимых соединений элементов. Данные почвы развиваются преимущественно на моренных супесчаных отложениях под смешанными елово-березовыми лесами с моховым или разнотравным напочвенным покровом. Почвенный профиль состоит из задернованной лесной подстилки (Ад), темно-серого с буроватым оттенком гумусового горизонта (А1) с хорошей комковато-зернистой структурой. В нижележащем горизонте наблюдаются следы оглеения в виде ржавых и сизых пятен, рыхлых железистых и марганцовистых стяжений, которое книзу усиливается, и постепенно формируются сизые глеевые горизонты. Почвы кислые, рН солевой суспензии около 4,0; степень насыщенности поглощающего комплекса основаниями составляет 70-90%. Верхние горизонты почв содержат много гумуса, азота и фосфора, но бедны калием. Буроземы глеевые формируются на полимиктовых почвообразующих породах, что отразилось на содержании химических элементов в профиле. По сравнению с буроземами автоморфного ряда увлажнения минеральные горизонты рассматриваемых почв содержат меньшее количество тяжелых металлов (Zn, Mn, Fe, Си, Со, Сг), что связано как с особенностями химико-минералогического состава почвообразующих пород, так и с большей миграционной способностью элементов и их соединений в условиях повышенной влажности. В то же время в минеральных горизонтах этих почв накапливается свинец, кадмий и особенно много серы (1560 мг/кг), что можно объяснить поступлением их из выше расположенных почв и осаждением в виде органо-минеральных комплексов, а также суспензионным переносом илистых частиц, обогащенных данными элементами. Лесные подстилки буроземов глеевых, как и минеральные горизонты их, содержат меньше тяжелых металлов и серы, по сравнению с почвами автоморфного ряда увлажнения. В этом горизонте выше средних по Валааму концентрации марганца (в 1,6 раза) и кадмия (в 1,3 раза), а количество остальных определяемых элементов либо ниже, либо близко к фону (кобальт). Отмечено большее накопление марганца (в 6 раз) и цинка (в 1,5 раза) в лесной подстилке относительно нижележащего минерального горизонта, свидетельствующее о развитии процессов биогенной аккумуляции. Тем не менее все полученные значения тяжелых металлов для буроземов глеевых значительно ниже официально установленных предельно допустимых норм. Подзолистые почвы (Podzols) на островах архипелага менее распространены, чем подбуры и буроземы. Они занимают нижние части склонов, плоские понижения и формируются обычно на озерных песках или сильнокаменистой супесчаной морене под еловыми или смешанными чернично-травяными лесами. Мощность моренных и озерных отложений варьирует от 10 см до 2 м и более, и часто морена на небольшой глубине подстилается сплошной плитой габбро-диабаза. Профиль почв состоит из лесной подстилки, белесовато-серого горизонта А1А2, в котором сочетаются признаки подзолообразования и слабого гумусонакопления, иллювиально-железистого горизонта, постепенно переходящего в почвообразующую породу. Почвы кислые, рН солевой суспензии колеблется около 3,5, повышаясь книзу до 4,5. Содержание гумуса в гумусово-аккумулятивном горизонте составляет 2-4%, а ниже резко падает. Полимиктовость почвообразующих пород и включения габбро-диабазов сказались на слабой интенсивности подзолообразования и повышенном содержании железа, калия, натрия, кальция, титана и других тяжелых металлов по сравнению с подзолистыми почвами на легких породах [5, 36] Северо-Запада России. Силикатный состав почвообразующих пород обусловил более низкое количество серы и всех тяжелых металлов в подзолистых почвах по сравнению с почвами буроземного типа. Содержание исследуемых элементов ниже (в 1,4-4 раза) средних для всех почв Валаама значений и тем более - ПДК. Только в отдельных местах, где в мелкоземе много частиц габбро-диабаза, отмечено накопление железа (до 70 000 мг/кг). Влияние пород отражается и на меньшей аккумуляции серы и тяжелых металлов (кроме меди) в лесных подстилках, в которых уровень их содержания в 1,1-1,5 раза ниже средних значений, характерных для почв островов. Особенно в них мало железа, его количество здесь в 5 раз меньше фонового. Пространственная изоляция подзолистых почв от побережий и дорог определила относительно слабое накопление в верхнем слое таких загрязнителей, как сера, свинец и кадмий. В то же время, вследствие развития процессов биогенной аккумуляции, отмечается превышение концентрации серы, марганца, меди, цинка в лесной подстилке по сравнению с нижележащим минеральным горизонтом. Уровни содержания исследуемых тяжелых металлов в подзолистых почвах остаются значительно ниже предельно допустимых концентраций. Болотно-подзолистые почвы (Gley Podzols) занимают лощины, подножия гряд или нижние части их склонов. Распространены на территориях с повышенным увлажнением, вызванным либо временным застоем поверхностных вод вследствие близкого подстилания ленточными глинами или плитой габбро-диабаза, либо высоким уровнем залегания слабоминерализованных грунтовых вод. Эти почвы развиваются преимущественно на озерных или озерно-ледниковых песках под влажными елово-березовыми лесами. Устойчивое сезонное переувлажнение почв затрудняет разложение растительных остатков и приводит к образованию торфянистого (AT) или перегнойного горизонта (Ап), формирующегося под подстилкой (АО). Ниже залегает отчетливо выраженный подзолистый горизонт (А2 или A2g), который сменяют иллювиальные горизонты (Bf, Bg), переходящие в оглеенную почвообразующую породу - Cg (Д). Наиболее характерными свойствами болотно-подзолистых почв являются кислая реакция, слабая насыщенность поглощающего комплекса основаниями, низкое содержание гумуса, накопление подвижных соединений железа, морфологически проявляющееся в виде сизых пятен в профиле. Концентрации большинства исследуемых элементов в минеральных горизонтах болотно-подзолистых почв в среднем в 1,2-3 раза ниже, чем в подзолистых почвах. Только изменение железа более значительное - в 20 раз. Исключение составляет медь, аккумуляция которой зависит от наличия ее в почвообразующей породе, поскольку в кислой и восстановительной среде соединения меди слабоподвижны. Это нашло отражение в малом накоплении ее в лесных подстилках болотно-подзолистых почв. Вследствие повышенного увлажнения и перегнойного состава органогенного горизонта в нем аккумулируется больше, чем в подзолистых почвах таких элементов, как сера, марганец, никель, цинк и хром. Это накопление может быть связано как с биогенным поглощением их растительностью, кроме хрома, и постепенным накоплением в растительных остатках, так и с образованием органо-минеральных соединений, мигрирующих в почвенном профиле в условиях кислой среды. Среди почв островной экосистемы болотно-подзолистые отличаются самым низким в лесных подстилках содержанием железа, а в минеральной части профиля всех определяемых элементов. Особенно мало в почвах железа, его количество в подстилках составляет в среднем 1180 мг/кг, в минеральных горизонтах 1090, что ниже средних по Валааму показателей в 10 и 35 раз соответственно. В последних, наряду с железом, значительно ниже фоновых, концентрации марганца (в 10 раз), цинка (в 5), кобальта, никеля, свинца, кадмия, хрома и серы. Болотные почвы (Histosols) формируются в условиях избыточного увлажнения в глубоких депрессиях или в понижениях между грядами под влаголюбивой растительностью, где процессы минерализации растительных остатков заторможены и происходит накопление торфа. В зависимости от условий водно-минерального питания болотные почвы подразделяются на верховые, переходные и низинные, а по мощности органогенной толщи - на торфяные и торфяно-глеевые. В последних мощность торфяной толщи не превышает 50 см. Ее сменяют глеевые горизонты, залегающие на глинах или кристаллических породах. Преобладают в основном торфяно-перегнойно-глеевые почвы низинного типа, они развиваются в местах распространения буроземов там, где есть приток минерализованных грунтовых вод под елово-березовыми хвощево- и разнотравно-сфагновыми лесами. Почвы характеризуются кислой реакцией, рН солевой суспензии 3,5—4,0, высокой зольностью, содержат много элементов-органогенов: калия, кальция, фосфора. Накопление тяжелых металлов в болотных почвах зависит от зольного состава растений-торфообразо-вателей, химического состава грунтовых вод и кислотности почв, определяющей степень подвижности химических элементов. Перегнойно-глеевые почвы накапливают больше серы (9620 мг/кг) и железа (21600), чем другие почвы Валаамского архипелага, так как они встречаются среди массивов, сложенных габбро-диабазами. Пониженное положение их в рельефе также способствовало накоплению мигрирующих подвижных соединений и суспензий, содержащих серу и тяжелые металлы. В верхнем горизонте, представленном оторфованной лесной подстилкой, по сравнению с нижележащим, накапливается в 6 раз больше серы и марганца и почти в 2 - железа, цинка, хрома. Это, очевидно, обусловлено не только биогенной аккумуляцией и поступлением их в виде суспензионного стока с верхних элементов рельефа в нижние, но и развитием процессов гидрогенного накопления. В отличие от буроземов, в верхнем органогенном горизонте перегнойно-глеевых почв содержится меньше марганца, цинка, свинца, кадмия, а в нижележащих горизонтах также железа и хрома, что определяется другим химико-минералогическим составом поч-вообразующих пород. За исключением серы и железа, хрома, кобальта, меди концентрации определяемых элементов в нем в 1,4—3 раза ниже средних для островной территории показателей и многократно - ПДК. Особенно мало в лесных подстилках таких опасных поллютантов, как цинк (54 мг/кг), свинец (11) и кадмий (0,38), их показатели накопления здесь самые низкие среди всех почв Валаама. Исследования показали, что содержание тяжелых металлов и серы в почвах Валаамского архипелага связано с особенностями почвенного покрова, в составе которого преобладают буроземы, сформировавшиеся на элюво-делювии габбро-диабазов, моренных и озерных отложениях с высоким содержанием диабазов и габбродиабазов. Почвы, развитые на элюво-делювии диабазов, занимающих кристаллические гряды, содержат больше тяжелых металлов, чем буроземы, развитые на моренных отложениях, которые менее обогащены элювием диабазов. Почвенно-геохимическое обследование позволило установить уровни содержаний серы и 9 тяжелых металлов в основных генетических типах почв и в почвообразующих породах на островах Валаамского архипелага.