CC BY
32
BicHUK ,fl,mnponeTpoBCBKoro ymBepcrneTy. Bionoria, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnepropetrovsk University. Biology, ecology.
Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2015. 23(1), 3-9.
doi:10.15421/011501
ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online
www.ecology.dp.ua
УДК 577.486:634.9
reoxiMi4Hi бар'ери в розподШ мангану в едафотопах Присамар'я Дшпровського
Н.М. Цветкова, G.O. Тагунова
Днтропетровський нацюнальний утверситет Мет Олеся Гончара, Дтпропетровськ, Украта
Проведено теоретичне узагальнення закономрностей утворення геохмчних бар'ер!в на шляху розповсюдження мжроелемен-т1в у Грунтовому покрив! Охарактеризовано екoлoгiчну роль мжроелементгв i шляхи ix перерозподлу у природному середoвищi, описано фактори акумуляци та мираци мгкроелементгв у ландшафтах, зазначено вщмшносп у рухомосп елеменпв залежно в!д ix електрoxiмiчниx властивостей. Експериментально дослщжено вмiст мангану в едафотопах Присамар'я Дшпровського, зокрема в чoрнoземi звичайному рiзнoтравнo-кoстрицевo-кoвилoвoгo степу, солонцево-солончакових лучнo-лiсoвиx Грунтах заплави р. Самара, заплавному лучнo-лiсoвoму Грунт! та дерново-борових Грунтах арени. За результатами атомно-абсорбцшного аналiзу серед-ньостатистична концентрацш мангану в горизонта 0-50 см вказаних Грунтв складае, вщповщно, 495 ± 24, 610 ± 223, 810 ± 220 i 51 ± 11 мг/кг абсолютно сухого Грунту. Вивчено емнiсть поглинання, вмст гумусу, склад обмшних катюнв, рН, сухий залишок Грунпв об'ектв дослщження, оценено вплив наведених властивостей Трунов на розподл мангану. З'ясовано розподш мангану за Грунтовим профшем дoслiджуваниx едафотошв. Запропоновано вважати геoxiмiчними бар'ерами в розподш даного мжроелемен-та горизонти Грунпв, у яких спостернжгъся його вiднoсне накопичення, зокрема в гумусових горизонтах чорнозему звичайного рiзнoтравнo-кoстрицевo-кoвилoвoгo степу, заплавного лучно-люового Грунту та дерново-борових Грунтах арени й акумуляця мангану в iлювiальнoму горизонт! солонцево-солончакових лучно-лгсових Грунтв заплави р. Самара.
Ключов1 слова: Грунт; мжроелементи; важю метали; рухомтсть елеменпв; гранулометричний склад Грунту
Geochemical barriers of manganese distribution in edaphotopes of Dnieper Prysamarye
N.M. Tsvetkova, Y.O. Tagunova
Oles Honchar Dnipropetrovsk National University, Dnipropetrovsk, Ukraine
Microelement composition is an important condition of edaphotopes as the major, summarizing parts of any biogeocenosis. Microelements in ultra-microquantity are necessary for vital functions of all organisms, but their anthropogenic accumulation and transformation in soil environment represents a real threat for living organisms' health and stability of the biosphere as a whole. Geochemical barriers are local zones where the conditions of elemental migration are significantly different, resulting in accumulation of some chemical elements. The relevance of geochemical barriers' study consists in the prospective possibility of artificial limitation of the migration of polluting elements in the environment. The aim of this research is to determine the role of geochemical barriers in distribution and migration of manganese in edaphotopes of Dnieper Prysamarye. Content of manganese in soils, regularity of its distribution and relationship between a number of physical and chemical properties of soils were considered in the course of investigation. Besides, this paper summarizes the main features and regularities of the different geochemical barriers' formation. Manganese content in soils was analyzed by atomic absorption spectrophotometry. The objects of the research are edaphotopes of the biogeocenoses of Dnieper Prisamarye situated in steppe zone of Ukraine, subzone of forb-fescue-stipa steppe. According to our data, the average concentrations of manganese in the horizons of 0-50 cm of ordinary chernozem, alkaline-saline meadow-forest soil, floodplain meadow-forest and sod upland soils are 495 ± 24, 610 ± 223, 810 ± 220, 51 ± 11 mg/kg of ovendry weight soil, respectively. Furthermore, the authors investigated the correlation between the content of manganese and absorption capacity, humus content, composition of exchange cations, pH and dry residue of soils under study. The results obtained demonstrate that specific soil horizons can be regarded as geochemical barriers in the dissemination of manganese. Furthermore, it was found that the greatest impact on the distribution of manganese was exerted by pH (and, consequently, the carbonate content) and amount of
Днтропетровський нацюнальний утверхситет ím. Олеся Гончара, пр. Гагарта, 72, Днтропетровськ, 49010, Украта Oles Honchar Dnipropetrovsk National University, Gagarin Ave., 72, Dnipropetrovsk, 49010, Ukraine Tel.:+38-067-727-58-20. E-mail: zapisky@bk.ru
humus in soil. This fact allows to consider pH and humus content as the geochemical and biological barriers for migration of manganese, respectively. It has been also concluded that establishing of the relation between physical and chemical properties of soil and its microelement composition could give an opportunity to regulate the content of microelements in edaphotopes of different biogeocenoses and to improve their living conditions thereby.
Keywords: soil; microelement; heavy metal; release; granulometric composition
Вступ
Грунт як полвдисперсне та багатофазне природне тшо мае низку поглинальних мехатзм1в i може мютити в co6i фiзико-хiмiчнi та бiогеохiмiчнi бар'ери на шляху мпраци х1шчних елеменпв, зокрема мшроелеменпв, що входять до його складу. Враховуючи життеву необхвд-нють мшроелеменпв для нормального юнування живих iстот, з одного боку, а також потенц1йну небезпеку ввд збiльшення 1х кiлькостi у грунп - з iншого, дослвдження грунтових геохiмiчних бар'ерiв як факторiв пере-розподiлу мiкроелеменгiв у довкiллi надзвичайно важ-ливий (Adriano, 1992; Il'in, 1995; Kovda and Zonn, 1995; Glazovskaja, 1999; Perel'man, 2000; Bezzar et al., 2010; Yurkevich et al., 2012; Kosheleva et al., 2014; Maximovich and Khayrulina, 2014).
Геохiмiчнi бар'ери пов'язанi з вщмшностями хiмiч-них властивостей конкретних середовищ i вони прояв-ляються насамперед на межах природних ландшафтов, а також мгж природними, техногенними утвореннями та мгж генетичними горизонтами грунтового профiлю (Obrador et al., 2007; Boguslavsky and Krivenko, 2010; Tokmachev et al., 2010; Lin et al., 2013; Bobyliov et al., 2014; Maximovich and Khayrulina, 2014).
Швидкють руху речовин i конкретних хiмiчних елеменпв у технобiогеохiмiчних потоках залежить ввд: 1) фiзико-хiмiчних характеристик речовин i елеменпв (актившсть, розчиннiсть); 2) характеру середовища, через яке перемщуеться цей потш. У зв'язку з тим, що на шляху руху речовин i конкретних хiмiчних елеменпв властивосп середовища мiнливi, виникають дiлянки, де умови мцрацп вщмшт, що викликае зменшення рухомостi деяких речовин, 1х накопичення, тобто виник-нення геохiмiчних бар'ергв. Бар'ери можуть утворювати окиснення, випаровування, вщновлення, кислотшсть, лужнiсть, адсорбцiя (Perel'man, 2000; Burak et al., 2010; Rajapaksha et al., 2012; Mundus et al., 2012). Так, сульфатний геохiмiчний бар'ер утворюеться в мiсцях стикання сульфатних вод iз водами, якi мютять Ba, Sr, Ca. 1з води випадають сульфати лужноземельних металгв. У результат! спостернаеться гiпсування та кальцитизащя порвд i грунтiв. У породах формуються епiгенетичнi барити, целестини, стронщанпи.
Лужний геохiмiчний бар'ер утворюеться на дшянках рiзкоï змiни кислих вод нейтральними або слаболуж-ними, тобто його утворення супроводжуеться збшьшен-ням величини рН, i сполуки металгв випадають в осад (Huang et al., 2009; Bartzas and Komnitsas, 2010).
Ферменти, якi беруть участь у перетравлент речовин у живш клiтинi та пов'язанi з диханням, активуються iонами Mg2+, Fe2+, Cu2+, Zn2+, Mn2+, Co2+. Процес окиснення стимулюеться присутнiстю в середовищi бору та титану. Mn2+, Fe2+, Cu2+ входять до складу ферменпв, яш забезпечують фотосинтез, у свою чергу на iнтенсивнiсть фотосинтезу чинить вплив присутнiсть B, Co, Al, Mo. Рух речовин в органiзмi, нуклешовий
обмш та бiосинтез бiлкiв визначаються концентрацieю багатьох катiонiв (М§"2+, Мп2+, Ев3+, Со2+, Си2+, , Ы12+, Сг3+). Мжроелементи тут не лише входять до складу ферменпв, а й утворюють комплексн сполуки типу хелапв iз нуклеГновими кислотами та гх компонентами, стабiлiзуючи структуру останнiх i прискорюючи процеси синтезу бiлкiв. Мжроелементи беруть участь у процесах синтезу втамшв В12 (Со), С (Мп), Б (Мп), Б! (Мп, 2п), входять до складу гормону шитоподiбноi залози (12+), стимулюють дю гормону гiпофiза (Си) тошо (Kabata-Pendias аЫ Pendias, 1989; Jigau е1 а1., 2014).
У грунтотвiрному процесi мжроелементам також на-лежить важлива роль. Мжроелементи залучен в процеси розкладання рослинних залишк1в, процеси синтезу гумшових речовин, утворення органомшеральних сполук i навiть у руйнування мiнеральних компоненпв грунту.
Вiдома певна кореляцiйна залежнсть: мшроелементи -ферменти - бюлопчна активнiсть грунпв - грунтова родючють. «Роль мiкроелементiв у Iрунтi, - за Тгоккц (1969), - в основному зводиться до гх впливу на характер обмiну речовин у мiкроорганiзмiв, до активадii' ферментов i бiохiмiчних процесiв кореневог системи та бюсинте-зу гумусу... У синтезГ гумшовог кислоти безпосередньо беруть участь мжроелементи середини IV групи великого перiоду Перiодичноi системи, особливо Мп, Ев, Си, 2п».
Мжроелементи в ландшафт! перемгшуються рiзноманiтними шляхами. РозрГзняють водну, бiогенну та повгтряну мцрацш. У водному середовишi виокрем-люють зовтшнш г внутршнш фактори, яш визначають мiградiю елеменпв. Зовтшн фактори - це температура, волопсть, величина окисно-вГдновного потендiалу, реакдiя середовища, наявтсть органiчних Г мiнеральних сполук. Внутршш фактори мiграцii - це будова атомГв елементiв, яка визначасться рухомим потендiалом (картль) - вгдношенням валентностi (ю) або заряду юна до його радiуса г (Fersman, 1937; Go1'dshmidt, 1938): ] = а> / г, де ] - рухомий потенцiал, а> - валенттсть або заряд iона, г - радiус iона.
Ще Гольдшмдт (Go1'dshmidt, 1938) серед мiкроелементiв вирГзняв елементи з низьким юнним потенщалом < 1,4 - це Ы, КЬ, яш належать до силь-них основ, мпрують у формГ катюшв у вигляд ютинних розчитв. Ус гх сполуки добре розчинт. Елементи з юнним потенщалом до 3 (Мп, Ев, Со, №, Си, 2п, Бг, В) пересуваються в катюннш формГ у виглядГ ктинних розчитв, утворюють рГзн за силою основи, яш випадають в осад шд час щдлуговування. Ц мжроелементи осаджуються також сульфатами (Бг), карбонатами (Мп, Ев, Со, №, Си, 2п, Бг, Ва), випадають в осад у виглядГ основних солей (Си). Можлива мпращя в колоГдному сташ, у виглядГ мехашчних зависей Г комплексних сполук. Мжроелементи з юнним потенщалом вгд 3 до 7 (Вв, V, Сг, Мп, Ев, Т1) утворюють амфотерн окисли, мають високу чутливють до реакцп середовища, легко випадають в осад у разГ змши останньог. Мпрують у вигляд комплексних сполук у колоГдному сташ та з механч-
ними зависями. Мжроелементи з iонним потенщалом понад 7 (B3+, V5+, Cr6+, As5+, Mo4+) мпрують у формi aHÍOHÍB у виrлядi ютинних розчинв, осаджуються ба-гатьма катюнами. Наприклад, aнiони хрому - плюмбу-мом та кальц1ем, арсену - ферумом, купрумом i плюм-бумом, бору - кальщем i магшем, молiбдену -плюмбумом, купрумом, ферумом, ванадш - купрумом, нкелем, цинком, плюмбумом. Рухомють сполук шдвищуеться в лужному середовищi. Загалом так1 еле-менти як Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Ba бшьш рухомi в кислому середовищц V5+, Cr6+, As5+, Mo4+ лабшьт в лужних умовах. Li, F, Br, Rh, I, Cs практично однаково рухомi в широкому дiaлaзонi рН (Kovda and Zonn, 1995; Glazovskaja, 1999; Perel'man, 2000; Davydova et al., 2014).
На розчиннють сполук мiкроелементiв значно впливае !х концетрацгя у розчинi. За дуже малих концентраций мiкроелементи не випадають в осад при змш реакцй' середовища. Розчиннiсть мiкроелементiв збшьшуеться за велико! кiлькостi тепла та вологи.
У карбонатних грунтах Ca конкуруе з Mn та Zn, витюняючи !х iз комплексних сполук (кшькють кальцю набагато бiльшa, нж мангану та цинку), вивiльнений машин окиснюеться та випадае в осад, цинк поглинаеться грунтовими кологдами (в обмшному, ад-сорбованому стaнi тощо). 1з стшшших комплексiв ви-тиснення кaтiонiв кaльцiем практично не вщбуваеться. Випадання остантх можливе щд час щдлуговування на контакт з карбонатними горизонтами, де грунтовi гори-зонти втрачають значну частину важких метал1в (мiкроелементiв) (Mn, Co, Cu, Ni, Cr, Zn) (Zyrin, 1968; Obrador et al., 2007).
У цшому органчна речовина сприяе поглинанню мiкроелементiв грунтами, нaвiть при утворенн рухомих сполук бiльшa частина !х випадае в осад у межах грунтового профшю, зумовлюючи лише диференщащю мiкроелементiв за генетичними горизонтами.
У гумусових горизонтах грунтiв зв'язок мшроеле-ментiв з оргaнiчною речовиною проявляеться в коефщ-ентах кореляцй' м1ж валовим умiстом мiкроелементa та кшькютю гумусу. Проте можливе накопичення мшро-елементiв у верхнiй чaстинi грунтового профшю i без гумусу (Rabinovich, 1969; Burak et al., 2010; Jigau et al., 2014). Наприклад, Mn4+ у верхтх горизонтах профшю може накопичуватись у результaтi випснення його з комплексних сполук кальщем. Можливе входження мiкроелементiв до складу колощв або адсорбця !х на поверхн кологдних систем, у випадку переважання колощв у верхнш частит профшю (Peiyue et al., 2014).
Водна, бюгенна та повiтрянa миращя мiкроелементiв (важких метaлiв) здiйснюеться в рiзних частинах Землi: лiтосферi, гiдросферi та педосферi. Мiгрaдiя в педосферi мае низку особливостей, зумовлених високою бюгенш-стю грунпв, величезною щшьнютю живо! речовини, ви-соким енергетичним потендiaлом мшеральних i органч-них компонента, значною поглинальною здaтнiстю (Perel'man, 2000).
Педосфера - потужний бар'ер, поглинач мшроеле-менпв на шляху мпращ! !х у великому геолопчному кругообiзi. У грунтах мiститься основна маса бюгенних елементiв, затримуеться та поглинаеться у склада живо! речовини, органчних речовин щдивщуально! природи, в гумусових сполуках, у склaдi грунтових колощв, у
Грунтових новоутвореннях, сольових акумуляцях тощо. Мжроелементи, у тому числ манган, у Грунтово-поглинальному комплекс! можуть мютитися у склад! обмшних катюшв, у кристалчнш Гратщ вторинних гли-нистих мшерал!в, у склад! вторинних коло!дних мшерал!в, оксид!в, карбонапв, сульфатв тощо, у сорбо-ваному стан! на поверхн коло!дних систем. Найбшьше значення мае участь мшроелеменпв, зокрема мангану, у склад! вторинних мшерал!в (Mundus et al., 2012; Ko-sheleva et al., 2014; Peiyue et al., 2014).
До коло!дно! та передколо!дно! фракци Грунта на-лежить велика кшькють мшроелеменпв. Це проявляя-еться у збагаченн мшроелементами мулисто! фракци Грунта. Особливо чгтко виражене накопичення в мулис-тш фракци елемента групи феруму, у тому числ мангану. Близько 60-80% умюту мшроелеменпв у валовш форм! припадае на мулисту фракцш.
Карбонатн новоутворення (бшоочки, журавчики, лесов! ляльки) мютять щдвищет кларки стронщю, барш та мангану. Грунтов! конкреци мютять близько 80% Mn.
Рухомють елеменпв у Грунт! характеризуемся коефщентом водно! мпрацп К (%) - вщношенням умюту мшроелемента в щшьному осад! води до вмюту його у Грунт! або пород!. Рухомють мангану значно змшюеться залежно в!д умов середовища: манган рухо-мий i слабкорухомий у виновному середовищ! (К = n -0,1n) та шертний в окисному (К = 0 - 0,1n) (Glazovskaja, 1999; Perel'man, 2000).
У степових умовах за недостатньо! кшькосп вологи, високого окисно-вщновного потенцалу, збагаченосп Грунта основами, нейтрально! реакщ! середовища та стабшьносп кшькосп гумусу мшроелементи родини феруму втрачають рухомють, мщно фшсуються у Грунтах i практично не виносяться. У ландшафтах !з за-соленими Грунтами, особливо !з солонцями та солодями, лужна реакця, рухомють гумусу та соди, низьк! значення окисно-вадновного потенцалу зумовлюють збшь-шення рухомосп мангану, феруму, купруму, мол!бдену, ванадш. Мцрашя елемента ввдбуваеться у форм! органомшеральних i мшеральних компонента, у коло!дному вигляд! та у форм! простих солей (Kabata-Pendias and Pendias, 1989; Bezzar et al., 2010).
Головний фактор, який зумовлюе кларк елемента у Грунт!, це Грунгогарна порода. Проте в межах одте! й rid само! кори вивпрювання варшвання вм!сту мшроелеменпв у Грунтах може бути значним. Для Грунт1в складений ряд за ступенем вар1ювання м1кроелемент1в, який убувае: Mn > > B > (Cu > Zn > Ni > Co > V > Cr) > Mo > I (Jakushevskaja, 1973). Як видно, наймшливший у Грунтах умют мангану.
У межах кожно! Грунтово! провшцл пор!вняно з фо-новим умютом е Грунти з п!двищеною або зниженою к1льк!стю м!кроелемент1в (Vinogradov, 1967; Adriano, 1992; Pakhomov and Brygadyrenko, 2005). Це зумовлено процесом перерозподшу м!кроелемент!в м!ж компонентами елементарних ландшафт1в, таких як елюв!альний ландшафт, транселюв!альний, супераквальний (г!дро-морфний) та аквальний ландшафти. Автоморфн! елюв!-альш ландшафти втрачають частину м!кроелемент!в, яю м!грують !з поверхневим i внутршньоГрунтовим стоком. Транселюв!альн! також втрачають мшроелементи, але частина !х утримуеться, випадаючи з розчин!в та зави-
сей. У трансакумулятивних ландшафтах ввдбуваеться значна акумулящя елеменпв, принесених i3 поверхне-вим i внутрiшньоIрунтовим стоком. Ще бiльше акумуля-цiя елеменпв виражена в шдпорядкованих пдроморф-них ландшафтах заплав i озер. У заплавах рiчок накла-даеться додатково процес механiчноï акумуляцiï мшро-елементiв iз паводкових вод. Заплави великих рiчок виступають своервдними вловлювачами (бар'ерами, фшьтрами) на шляху мiграцiï елеменпв. Ti елементи, як1 не затримуються у 1рунтах вододiльних площин, надхо-дять у заплави, де принесений матерiал накопичуеться (Glazovskaja, 1999; Burak et al., 2010; Lin et al., 2013; Davydova et al., 2014; Kosheleva et al., 2014).
Мета даноï стат - визначити роль геохiмiчних бар'ер1в у розповсюдженнi та мцраци мангану у профiлi ирунпв Присамар'я Днiпровського.
Матерiал i методи дослщжень
Як об'ект дослвдження обрано так1 ирунти Присамар'я Днтровського (Днтропетровська область Украши): 1) чор-нозем звичайний рiзнотравно-кострицево-ковилового степу - зникаючого ландшафту, а також важливого елемента екосистемного рiзноманiгтя, який необхгдно вивчати з метою збереження та вщновлення; 2) лучно-лiсовi ирунти та солонцево-солончаковi лучно-лiсовi ирунти центральноï заплави; 3) дерново-боровi ирунти арен степових рiчок.
Зразки ирунпв ввдбирали за загальноприйнятою у ирунтознавсга методикою. Вмiст мангану визначали атомно-абсорбцшним методом, витяжка азотнокисла. Результати дослвдження обробляли методами варiацiй-toï статистики за допомогою пакету програм Statistica 7.0. Значення, наведеннi у стат, являють собою середне арифметичне з 31-52 значень.
Умст мангану в солонцево-солончакових лучно-лicових грунтах заплави р. Самара. Середньостати-стичний умют мангану в солонцево-солончакових лучно-лсових ирунтах (шар 0-50 см) складае 610 ± 223 мг/кг абсолютно-сухого ирунту. Розподл за генетичними горизонтами (табл. 4) демонструе накопичення мангану в
Результати та ïx обговорення
Материнська порода шд час вивпрювання постачае до профiлю ирунту хiмiчнi елементи, у тому числ мшро-елементи (важк1 метали). Ктматичш, фiзико-хiмiчнi та бiологiчнi фактори зумовлюють трансформацш та замь щення цих елеменпв. Iстиннi та коловдш розчини мiкроелементiв, що утворюються у ирунп, перемщу-ються з одного горизонту в шший, у результат один горизонт виявляеться в1дносно зб1дненим, а шший - зба-гаченим рiзноманiтними речовинами й окремими хiмiч-ними елементами.
Умкт мангану у чорноземi звичайному рiзнотрав-но-кострицево-ковилового степу. Середньостатистич-на концентращя мангану в горизонт1 0-50 см складае 495 ± 24 мг/кг абсолютно сухого ирунту; розподiл за ирунтовим проф1лем (табл. 1) свщчить про бiогенну акумуляц1ю мангану в гумусовому горизонп пор1вняно з материнською породою. Найб1льшу роль у розподш мангану за ирунтовим проф1лем вщпрае карбонатний геохiмiчний та бiологiчний бар'ер.
Таблиця 1
Розподш мангану (мг/кг) за профтем чорнозему звичайного рiзнотравно-коcтрицево-ковилового степу (n = 50)
Горизонт ирунту, см А 0-10 АВ 40-50 В 90-100 ВС 130-140 С 180-200
x ± SD 490 ± 27 510 ± 21 320 ± 32 390 ± 28 388 ± 38
Результати гранулометричного та хiмiчного аналiзу чорнозему звичайного (табл. 2, 3) свщчать про кореляц1ю вмiсту мангану з гумусом, фракщею фiзичноï глини та катiоном у ирунт!
Таблиця 2 32)
iлювiальному горизонг1 (20-50 см). Для мангану в лучно-лсових солонцево-солончакових горизонтах властива одночасна наявтсть двох процес1в, що в1дбуваються в ирунп: вилуговування мангану з верхнього гумусового горизонту та акумуляцiя в перехвдному гумусо-акумулятивному iлювiальному сольовому горизонт1.
Гранулометричний склад чорнозему звичайного рiзнотравно-коcтрицево-ковилового степу (n =
Горизонт, см Умют, % Фракци, см
тсок пил мул
1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 фiзична глина <0,01 фiзичний тсок >0,01
0-10 0,16 1,1 30,8 10,8 8,4 41,4 60,6 39,4
40-50 0,11 5,8 27,0 13,2 5,6 41,2 60,0 40,0
80-90 0,16 3,8 32,1 16,7 7,0 33,3 57,1 42,9
140-150 0,07 2,1 37,1 6,9 7,7 36,6 51,1 48,9
Таблиця3
Смшсть поглинання, гумус, склад обмшних ка'|1ом1в, рН, сухий залишок чорнозему звичайного рiзнотравно-коcтрицево-ковилового степу (n = 40)
Горизонт, см Сухий залишок, % Гумус, % рН водшл витяжки Пдролгшчна кислотшсть Смшсть поглинання Катюни, мг-екв на 100 г ирунту
Ca2+ Mg2+ K+ Na+
0-10 0,02 6,1 7,0 1,13 33,1 29,3 3,2 0,41 -
40-50 0,03 4,6 7,0 0,70 39,1 23,0 2,8 0,43 -
80-90 0,10 3,6 8,1 1,16 40,1 21,6 3,4 0,33 -
140-150 0,10 2,2 8,2 0,33 18,6 14,6 1,8 0,19 -
Таблиця 4
Розподт мангану (мг/кг) у солонцево-солончакових лучно-л1сових Грунтах заплави р. Самара (п = 31)
Манган у заплавному лучно-л1совому Грунт1. Кон-центрац1я мангану значно збшьшусться у верхньому гу-мусованому горизонт внаслвдок бюгенно! акумуляцп (табл. 7) у заплавному лучно-дасовому грунт (даброви в центральной заплав1 степово! р1чки), пор1вняно з мате-ринською породою. Хгмчний анал1з лучно-л1сового грунту (табл. 8, 9) тдтверджуе та шюструе вплив бюгенного фактора на вм1ст мангану в акумулятивному гумусовому горизонт - вмст гумусу становить 9%, удв1ч1 бшьше, шж у материнськ1й порода (4,2%), фракцш ф1зичног глини - 69,9%, емшсть поглинання 41,68 мг-
Прюритетна роль у накопиченн1 мангану в сольово-му горизонт належить геох1м1чному бар'еру; грануло-метричний склад 1 х1м1чнпй анал1з лучно-л1сового со-лонцево-солончакового хлоридно-сульфатного грунту наведений у таблицях 5 та 6.
екв/100 г грунту тощо. Окр1м того, манган у лучно-л1совому грунт заплави може бути привнесений внутргшшм 1 зовшшшм пдропотоком 1з плакору.
Таблиця 7
Розподiл мангану (мг/кг) у заплавному лучно-лсовому Грунт1 (п = 52)
Горизонт 0-10 40-50 75-85 130-140 190-200
х ± ББ 891±290 750±210 500 ± 98 370±110 280 ± 84
V, % 32 29 20 29 30
Горизонт, см Умгст, % Фракцп, см
тсок пил мул
1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 ф1зична глина <0,01 ф1зичний тсок >0,01
15-25 0,33 13,53 10,76 5,82 16,58 47,25 69,65 30,35
40-50 2,59 39,50 5,86 2,04 10,35 35,58 47,97 52,05
75-85 3,29 49,05 4,25 1,43 7,85 30,82 40,10 59,90
130-140 3,07 70,30 3,07 - 1,62 19,92 21,61 78,39
200-210 3,38 77,70 1,40 2,17 0,40 14,22 16,79 83,21
Таблиця9
емшсть поглинання, гумус, склад обмшних катюнш, рН, сухий залишок у профга заплавного лучно-л1сового Грунту на алюв1альних вiдкладах (п = 35)
Горизонт, см Сухий залишок, % Гумус, % рН водно! витяжки Пдролгшчна кислоттсть Смшсть поглинання Катюни, мг-екв на 100 г грунту
Са2+ м^2+ К+ Ыа+
15-25 0,099 9,04 6,4 1,22 41,68 22,6 12,0 0,43 1,27
40-50 0,125 5,76 7,5 1,75 28,48 12,4 8,8 0,34 1,27
75-85 0,118 5,13 6,8 1,05 21,89 9,8 6,2 0,33 1,13
130-140 0,939 4,55 6,4 1,06 13,76 3,8 4,8 0,27 0,73
200-210 0,112 4,21 6,4 1,13 7,86 6,8 1,0 0,20 0,26
Горизонт грунту, см А 0-10 АВ 20-30 В 50-60 ВС 75-85 С 140-150
х ± ББ 400 ± 99 1000±251 450±116 180 ± 45 200 ± 53
Таблиця 5
Гранулометричний склад лучно-л1сового солонцево-солончакового хлоридно-сульфатного Грунту (п = 32)
Горизонт, см Умгст, % Фракцп, см
тсок пил мул
1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 ф1зична глина <0,01 ф1зичний тсок >0,01
0-10 11,86 8,26 18,19 6,26 9,82 39,61 55,69 44,31
25-35 14,76 17,39 10,81 4,66 8,23 32,69 45,58 54,42
45-55 21,81 15,51 12,25 3,55 5,70 30,94 40,19 59,81
85-95 16,15 10,01 11,47 3,69 4,65 31,00 39,35 60,65
Таблиця 6
емтсть поглинання, гумус, склад обмшних катюнш, рН, сухий залишок лучно-лсового солонцево-солончакового хлоридно-сульфатного Грунту (п = 40)
Горизонт, см Сухий залишок, % Гумус, % рН водно! витяжки Пдролгшчна кислоттсть Смтсть поглинання Катюни, мг-екв на 100 г грунту
Са2+ Мх2+ К+ Ыа+
0-10 1,184 12,7 7,3 1,92 34 6,56 9,44 0,010 0,339
25-35 0,51 3,1 8,2 0,87 36 4,40 10,00 0,015 0,470
45-55 0,97 3,2 7,7 0,52 32 4,06 8,7 0,010 0,517
85-95 1,52 1,9 7,7 0,52 40 3,60 6,9 0,015 0,270
Таблиця8
Гранулометричний склад заплавного лучно-лсового Грунту на алюв1альних ввдкладах (п = 35)
Концентрацш мангану в дерново-борових грунтах арени. Грунта дерново-боровi характеризуються пдви-щеним умстом мангану у верхньому гумусованому гори-30Hii - тут дае бiогенний фактор накопичення даного еле-мента (табл. 10). Ступшь варшвання концентрацц мангану за глибиною грунтового профшю становить 2535%. Результата хтшчного аналiзy дерново-борових грунтов (табл. 11, 12) демонструють вплив рН i гумусу на вм1ст мангану в грунп, коефiцiенти кореляцц висок!, гумус та рН можна вважати бюлопчними та х1мчними бар'ерами поширення Mn у грунт!.
Гранулометричний склад дерн<
Таблиця 10
Розподт мангану (мг/кг) у дерново-борових Грунтах арени (n = 40)
Горизонт грунту, см 0-10 40-50 120-130 190-200
x ± SD 102 ± 35 10 ± 3 12 ± 3 8 ± 2
V, % 35 30 26 25
Таблиця 11
i-борового Грунту арени (n = 32)
Горизонт, см Ум!ст, % Фракци, см
тсок nnr мул
1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 ф!зична глина <0,01 ф!зичний тсок >0,01
0-15 12,8 75,4 2,7 0,31 0,73 7,4 8,41 91,59
55-65 18,1 72,4 3,4 - 0,92 4,7 5,61 94,36
125-135 13,3 68,8 3,0 0,65 0,92 12,4 13,96 86,04
210-220 28,6 65,3 0,3 0,20 0,08 5,4 5,64 94,36
Таблиця 12
Смшсть поглинання, гумус, склад обмшних капо! ив, рН, сухий залишок дерново-борового Грунту арени (n = 32)
Горизонт, см Сухий залишок, % Гумус, % рН водно1 витяжки Пдролгшчна кислотшсть Смшсть поглинання Катюни, мг-екв на 100 г грунту
Ca2+ Mg2+ K+ Na+
0-15 0,091 2,73 5,8 3,94 4,16 2,0 1,5 0,20 0
55-65 0,003 0,46 6,4 1,43 3,17 0,8 1,3 0,17 0,27
125-135 0,080 0,67 6,6 5,00 6,56 1,9 1,1 0,16 0
210-220 0,003 0,17 6,5 1,50 3,54 1,3 1,0 0 0
Огримат результати узгоджуються з даними дослвд-никв, як! вивчали закономрносп розподшу мангану в грунтовому покрив! Присамар'я Дншровського (Yakuba, 2005; Tsvetkova and Dubina, 2008), та ввдповвдають фоновому вмюту даного мшроелемента у грунтах региону дослвдження (Fatieiev and Pashchenko, 2003).
1нтерпретащя даних !з розподшу мангану в едафото-пах бюгеоценоз!в Присамар'я Дншровського в аспект! юнування геох^тчних бар'ер1в для його мираци у грунтах проводилася вперше. Разом !з тим, отриман результати щлком узгоджуються з висновками, зробле-ними досл!дниками, як! працювали в !нших природних умовах. Зокрема, гумусовий горизонт розглядаеться як техногенний та органосорбцшний геох1м!чний бар'ер у мюьких грунтах (Titenko and Kulik, 2012) та грунтах територ!й, що межують !з зал!зорудними г!рничо-збагачувальними комбшатами (Savosko, 2000).
Висновки
Середньостатистичний ум!ст мангану у верхн!х горизонтах грунт!в Присамар'я Дн!провського вар!юе в !нтер-вал! 102-891 мг/кг. На мпращю та акумулящю дослвд-жуваного елемента чинять вплив геох!м!чн! та б!олог!чн! грунтов! бар'ери. Регулювання вм!сту вже накопиченого мангану можливе шляхом створення штучних геох1м1чних бар'ер1в. Генетичт горизонта грунту можна розглядати як сукупмсть геох1м1чних бар'ер1в мпрацц та акумуляцц мангану в грунтовому профш. З'ясовано, що в
H0pH03eMax 3BHnaHHHx HaH6im>ma KÎnbricrb Kap6oHariB Ta ryMycy npnnagae Ha ropH30HTH AB Ta B, TOMy reoxiMMHHH Ta 6io^oriHHHH 6ap'ep мiгрaцiï Bigirpae HaH6inbm cyrTCBy ponb y po3nogùii MaHraHy 3a ipyHroBHM npo^i^eM nopHO-3eMy 3BHnaHHoro.
Biô^iorpa^ÏHHi iIOCII. lanim
Adriano, E.D.C., 1992. Biogeochemistry of trace metals. Lewis
Publishers, London, Tokyo. Bartzas, G., Komnitsas, K., 2010. Solid phase studies and geo-chemical modelling of low-cost permeable reactive barriers. J. Hazard. Mater. 183, 301-308. Bezzar, A., François, D., Ghomari, F., 2010. Geochemical study of clays used as barriers in landfills. C. R. Geosci. 342(9), 695-700.
Bobyliov, Y.P., Brygadyrenko, V.V., Bulakhov, V.L., Gaichenko, V.A., Gasso, V.Y., Didukh, Y.P., Ivashov, A.V., Kucheriavyi, V.P., Maliovanyi, M.S., Mytsyk, L.P., Pakho-mov, O.Y., Tsaryk, I.V., Shabanov, D.A., 2014. Ekologija [Ecology]. Folio, Kharkiv (in Ukrainian). Boguslavsky, A.E., Krivenko, A.P., 2010. On the use of geo-chemical barriers to prevent the migration of mercury vapor. Contemp. Probl. Ecol. 3, 615-620. Burak, D.L., Fontes, M.P.F., Santos, N.T., Soares Monteiro, L.V., Martins, E., Becquer, T., 2010. Geochemistry and spatial distribution of heavy metals in Oxisols in a mineralized region of the Brazilian Central Plateau. Geoderma 160(2), 131-142.
Davydova, N.D., Znamenskaya, T.I., Lopatkin, D.A., 2014. Landscape-geochemical approach to solving problems of
environmental pollution. Contemp. Probl. Ecol. 7(3), 345-352.
Fatieiev, A.I., Pashchenko, Y.V. (ed.), 2003. Fonovyi vmist mikroelementiv u gruntakh Ukrainy [Background content of microelements in the soils of Ukraine]. NNC «Instytut grun-toznavstva ta ahrokhimii im. O.N. Sokolovskoho», Kharkiv (in Ukrainian).
Fersman, A.E., 1934-1937. Geohimija [Geochemistry] I—III. Izd-vo Akademii Nauk SSSR, Leningrad (in Russian).
Glazovskaja, M.A., 1999. Geohimija prirodnyh i tehnogennyh landshaftov [Geochemistry of natural and anthropogenic landscapes]. Vysshaja Shkola, Moscow (in Russian).
Gol'dshmidt, V.M., 1938. Principy raspredelenija himicheskih jelementov v mineralah i gornyh porodah [Principles of distribution of chemical elements in minerals and rocks]. Sbornik statej po geohimii redkih jelementov, 215—242 (in Russian).
Huang, L., Liua, F., Tan, W., Hu, H., Wang, M.K., 2009. Geo-chemical characteristics of selected elements in iron-manganese cutans and matrices of Alfisols in central China. J. Geochem. Explor. 103(1), 30—36.
Il'in, V.B., 1995. Ocenka bufernosti pochv po otnosheniju k tjazhelym metallam [Evaluation of soil buffering towards heavy metals]. Agrohimija 10, 109—113 (in Russian).
Jakushevskaja, I.V., 1973. Mikrojelementy v prirodnyh land-shaftah [Microelements in natural landscapes]. Izd-vo MGU, Moscow (in Russian).
Jigau, G., Motelica, M., Lesanu, M., Tofan, E., Georgescu, L., Iticescu, C., Rogut, V., Nedealcov, S., 2014. Heavy metals in the anthropogenic cycle of elements. Soil as World Heritage, 61—68.
Kabata-Pendias, A., Pendias, H., 1989. Mikrojelementy v poch-vah i rastenijah [Trace elements in soils and plants]. Mir, Moscow (in Russian).
Kosheleva, N.E., Kasimov, N.S., Vlasov, D.V., 2014. Impact of geochemical barriers on the accumulation of heavy metals in urban soils. Doklady Earth Sciences 458(1), 1149—1153.
Kovda, V.A., Zonn, S.V., 1995. Biogeohimija pochvennogo pokrova [Biogeochemistry of the soil cover]. Nauka, Moscow (in Russian).
Lin, C., Wang, J., Liu, S., He, M., Liu, X., 2013. Geochemical baseline and distribution of cobalt, manganese, and vanadium in the Liao River Watershed sediments of China. Geo-sciences Journal 17(4), 455—464.
Maximovich, N., Khayrulina, E., 2014. Artificial geochemical barriers for environmental improvement in a coal basin region. Environ. Earth Sci. 72(6), 1915—1924.
Mundus, S., Lombi, E., Holm, P.E., Zhang, H., Husted, S., 2012. Assessing the plant availability of manganese in soils using Diffusive Gradients in Thin films (DGT). Geoderma 183— 184, 92—99.
Obrador, A., Alvarez, J.M., Lopez-Valdivia, L.M., Gonzalez, D., Novillo, J., Rico, M.I., 2007. Relationships of soil properties with Mn and Zn distribution in acidic soils and their uptake by a barley crop. Geoderma 137, 432—443.
Pakhomov, O.Y., Brygadyrenko, V.V., 2005. Koncepcija sys-temy zahodiv z ohorony navkolyshn'ogo pryrodnogo sere-do vyshha Dnipropetrovs'koi' oblasti na 2005—2015 roky [Concept of system for actions on environment protection in
Dnipropetrovsk region for 2005—2015]. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 13(1), 213—225.
Peiyue, L., Qian, H., Howard, K.W.F., Wu, J., Lyu, X., 2014. Anthropogenic pollution and variability of manganese in alluvial sediments of the Yellow River, Ningxia, northwest China. Environ. Monit. Assess. 186(3), 1385—1398.
Perel'man, A.I., 2000. Geohimija landshafta [Landscape geochemistry]. Astereja, Moscow (in Russian).
Rabinovich, I.Z., 1969. Geohimicheskaja harakteristika pochv Moldavii [Geochemical characteristics of soils of Moldova]. Shestye Dimovskie Chtenija, 3—8 (in Russian).
Rajapaksha, A.U., Vithanage, M., Oze, C., Bandara, W.M.A.T., Weerasooriya, R., 2012. Nickel and manganese release in serpentine soil from the Ussangoda Ultramafic Complex, Sri Lanka. Geoderma 189—190, 1—9.
Savosko, V.M., 2000. Jekologicheskaja rol' geohimicheskih bar'erov v raspredelenii ajerotehnogennyh tjazhelyh met-allov v pochvah Krivbassa [Ecological role of the geo-chemical barriers in distribution of aerotechnogenic heavy metals in soil of Krivbass]. Voprosy Bioindikacii i Jekologii 5, 145—153 (in Russian).
Titenko, A.V., Kulik, M.I., 2012. Humusovyi horyzont miskykh gruntiv iak heokhimichnyi bar'ier v urbolandshafti [Humus horizon of city soils as a geochemical barrier in urban landscape]. Liudyna ta Dovkillia. Problemy Neoekolohii 1—2, 130—136 (in Ukrainian).
Tokmachev, M.G., Tikhonov, N.A., Nikashina, V.A., Bannykh, L.N., 2010. Sorption process of toxic pollutions by natural zeolite as a geochemical barrier. Mathematical Models and Computer Simulations 2(6), 733—737.
Troickij, E.P., 1969. Osnovnye problemy uchenija o mikrojele-mentah v sisteme pochva — rastenie [The main problems of doctrine of trace elements in the soil — plant system]. Vest-nik MGU 5, 48—56 (in Russian).
Tsvetkova, N.N., Dubina A.A., 2008. Uroven' soderzhanija marganca v pochvah urbosistem industrial'nyh gorodov Stepnogo Pridneprov'ja [Manganese level in soils of urban systems of industrial cities of steppe Dnieper river region]. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 16(1), 204—209 (in Russian).
Vinogradov, A.P., 1967. Vvedenie v geohimiju okeana [Introduction to geochemistry of the ocean]. Nauka, Moscow (in Russian).
Yakuba, M.S., 2005. Rozpodil marhantsiu ta svyntsiu v biloakatsiievykh nasadzhenniakh Prysamar'ia Dniprovskoho [Distribution of manganese and lead in white acacia plantations of Dnieper Prysamar'ya]. Pytannia Stepovoho Li-soznavstva ta Lisovoi Rekultyvatsii Zemel 9, 76—86 (in Ukrainian).
Yurkevich, N.V., Saeva, O.P., Pal'chik, N.A., 2012. Arsenic mobility in two mine tailings drainage systems and its removal from solution by natural geochemical barriers. Appl. Geochem. 27(11), 2260—2270.
Zyrin, N.G., 1968. Raspredelenie i var'irovanie soderzhanija mikrojelementov v pochvah russkoj ravniny [Distribution and variation of trace elements in soils of the Russian plain]. Pochvovedenie 7, 77—87 (in Russian).
Hadiumna do редкonегii 21.01.2015
