CC BY
48
УДК 632.122
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-16033
МАРГАНЕЦ, КОБАЛЬТ В СИСТЕМЕ ПОРОДА — ПОЧВА — ГУМУСОВЫЕ ВЕЩЕСТВА — РАСТЕНИЯ ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ
Г. Д. Чимитдоржиева, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН (ИОЭБ РАН), [email protected], Улан-Удэ, Россия;
Ц. Д.-Ц. Корсунова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН (ИОЭБ РАН), [email protected], Улан-Удэ, Россия; А. З. Нимбуева, кандидат биологических наук, заместитель директора, Бурятский государственный республиканский педагогический колледж, Улан-Удэ, Россия
Цель наших исследований — выявление содержания кобальта и марганца в органическом веществе лугово-чер-ноземных мерзлотных и серых лесных почв Забайкалья. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: выявить содержание микроэлементов в почвообразующей породе, почвах, растительности и определить содержание их в гумусовых кислотах исследуемых почв. Впервые определены уровни валового содержания Mn, Co в гумусовых кислотах лугово-черноземных мерзлотных и серых лесных почв Забайкалья. Показано, что среднее количество изучаемых микроэлементов в почвообразующих породах лугово-черноземных мерзлотных и серых лесных почв ниже кларка литосферы. Содержание кобальта и марганца в почвообра-зующих породах и органогенном слое изученных почв незначительное. Содержание микроэлементов в гумусовых кислотах не превышает 11 % от их валовых количеств в лу-гово-черноземных мерзлотных и 9 % в серых лесных почвах. Полученные данные могут быть использованы в дальнейшем природоохранными и санитарно-гигиеническими службами для почвенно-геохимического мониторинга состояния почвенного покрова и растительности.
The purpose of the research is to identify the content of cobalt and manganese in the organic matter of the meadow chernozem permafrost and gray forest soils of Transbaikalia. To achieve the goal, the following tasks were set: to identify the content of trace elements in the soil-forming rock, soil, vegetation, and to determine their content in humic acids of the studied soils. For the first time, the levels of the total content of Mn, Co in humic acids of meadow chernozem permafrost and gray forest soils of Transbaikalia have been identified. It is shown that the average number of studied trace elements in the soil-forming rocks of meadow chernozem permafrost and gray forest soils is below the clark of the lithosphere. The content of cobalt and manganese in the soil-forming rocks and the organogenic layer of the studied soils is insignificant. The content of trace elements in humic acids does not exceed 11 % of their gross quantities in meadow chernozem permafrost and 9 % in gray forest soils. The obtained data can be used further by environmental protection and sanitary services for soil and geochem-ical monitoring of the state of soil cover and vegetation.
Ключевые слова: кобальт, марганец, почвы, почвооб-разующая порода, растительность, гуминовые и фульвокис-лоты.
Keywords: cobalt, manganese, soil, soil-forming rock, vegetation, humic and fulvic acids.
Введение: На горной территории Забайкалья в течение длительного геологического времени господствовало континентальное физическое выветривание горных пород. В аридных и холодных климатических условиях химическое и биологическое выветривание горных пород ограничено, и поэтому трудно предполагать глубокие изменения химического состава почвообразующих пород по сравнению с исходными горными породами. Изменения эти возможны в результате механического разубожи-вания горных пород, их перемещения, переотложения. Вероятно, содержание микроэлементов в почвообразую-щих породах будет определяться физико-химическими свойствами каждого элемента и наличием в составе поч-вообразующих пород минералов — носителей и минералов — концентраторов микроэлементов [1].
Микроэлементный состав почв оказывает большое влияние на их плодородие, является важнейшим показателем химического состояния почв, их свойств и генезиса, обусловленным действием многих факторов, и является результатом весьма сложных и многообразных биогеохимических процессов.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются лугово-черноземные мерзлотные и серые лесные почвы. Лугово-черноземные мерзлотные почвы расположены на территории Еравнинской котловины. Серые лесные почвы в наших исследованиях были сформированы в Тункинской котловине.
Определение физико-химических свойств почв проводили общепринятыми методами. Для экстракции гумусовых веществ использовали метод Гримме. Валовое содержание микроэлементов в почвах определяли согласно [2]. Надземную и подземную массы растений определяли по Н. А. Панковой. После озоления золу растений растворяли в 10 мл 10 % НС1, где определяли микроэлементы [2].
Содержание основных биофильных элементов в растительных образцах определено на СМН-анализаторе в Институте общей и экспериментальной биологии СО РАН, содержание микроэлементов Мп, Со в почвообра-
зующей породе, почве, органическом веществе, гуминовых кислотах и растительности на атомно-абсорбционном спектрофотометре с пламенным атомизатором Solaar М6 в Байкальском институте природопользования СО РАН. Статистическая обработка данных выполнена по Б. А. Доспехову с использованием программы Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение. По нашим данным, в пролювиально-делювиальных щебнистых суглинистых отложениях содержание марганца составляет 248,6 мг/кг, на элювио-делювии гранито-диоритов — 376,9, на аллювиальных отложениях песчанико-галечниковых — 380,5 мг/кг. Почво-образующие породы обеднены марганцем по сравнению с кларком литосферы.
Содержание кобальта в почвообразующих породах на исследованной территории колеблется от 1,5 до 6,6 мг/кг. Наименее обеспечены кобальтом пролювиально-делювиальные щебнистые, суглинистые отложения — 2,9, несколько большее в аллювиальных отложениях песчанико-галечниковых — 6,6 мг/кг.
По нашим данным, содержание марганца в гумусовом горизонте серых лесных почв составляет 597,3 мг/кг, что ниже регионального фона — 684 мг/кг и выше в аналогичных почвах дельты р. Селенги — 250 мг/кг [3].
Так, содержание марганца в гумусовом горизонте серых лесных почв выше содержания его в почвообразующей породе, что свидетельствует о биогенном накоплении марганца, где коэффициент аккумуляции (Ка) варьирует от 1,0 до 1,6.
Содержание валового марганца в лугово-черно-земных мерзлотных почвах составляет 245,7 мг/кг, что напрямую связано с низким содержанием его в почвообразующей породе — 248,6 мг/кг, Ка = 0,98. Вероятно, биогенное накопление его в гумусовых горизонтах лугово-черноземных мерзлотных почв нивелируется за счет выноса в результате ветровой и водной эрозии в условиях горного рельефа. Содержание марганца в исследуемых типах почв ниже валового содержания ПДК.
В исследованных нами серых лесных почвах содержится от 4,0 до 5,4 мг/кг кобальта, в среднем — 4,6 мг/кг, в лугово-черноземных мерзлотных почвах — 3,8 мг/кг. Ка в серых лесных и лугово-черноземных мерзлотных был близок к 1. Низкое содержание кобальта в почвах обусловлено обедненностью почвообразующих пород этим элементом.
Полученные данные по кобальту были значительно ниже ПДК валового содержания элемента в почвах России — 50 мг/кг [4].
Содержание марганца в пролювиально-делю-виальных суглинках, подстилающих лугово-черно-земные мерзлотные почвы, и органогенном слое
почвы — почти равное (около 250 мг/кг), что в 5 раз ниже значений ПДК в почвах. В растительности марганец большей частью содержится в корневой массе — 198,5 мг/кг, а в надземной — 82,9.
Содержание марганца в гумусовых кислотах незначительное — 123,0 (5 % от валового содержания в почве, по сравнению с данными М. Н. Андреевой — 198 мг/кг [5]). Подобные результаты были получены ранее П. В. Мадановым [6]. Это, по-видимому, связано с тем, что за ФК по методике М. Д. Степановой [7] условно принят весь фильтрат после осаждения ГК, в который входят помимо собственно ФК, но и вытесненные щелочью углеводы, аминокислоты, часть белков. Последние содержат многие реакционноспособ-ные функциональные группы, которые
О биогенном накоплении марганца в почвах свидетельствует его высокое количество в подземной части разнотравья — 314,6 мг/кг, низкое — в надземной — 95,9. Марганец, по нашим данным, в основном связан с минеральной частью почв, поскольку в органическом веществе почв составил всего 152 мг/кг, что составляет около 1 % от валового содержания в почве и в гумусовых кислотах он присутствует в основном в составе ФК.
Кобальт в органогенном слое серых лесных почв найден в количестве 4,6 мг/кг, в почвообразующей породе — 5,3 мг/кг, в корнях трав — 3,5 и в надземной массе — 0,06 мг/кг. Незначительное его количество зафиксировано в органической части почвы — 0,03, в ГК не найден. Также, по данным Н. Л. Байдиной, кобальт практически не накапливается в гумусе [8].
По нашим данным, содержание марганца в надземной массе растительности изменялось в пределах от 50,5 мг/кг в растительности Бичурс-кой лесостепи до 133,8 мг/кг в растительности Тункинской котловины. В целом, количество марганца в разнотравно-злаковой растительности на лугово-черноземной почве было ниже, чем в среднем по злаково-разнотравной растительности на серой лесной почве. Вероятно, это связано с концентрацией марганца древесной растительностью, нежели травянистыми видами.
Наши данные свидетельствуют о низком содержании или отсутствии кобальта в надземной массе растений. В подземной массе содержание его варьировало от 0,6 до 2,0 мг/кг. В связи с этим КБП в надземной массе растений незначителен и кобальт можно отнести к элементам слабого накопления. Низкое содержание кобальта в исследуемых растениях связано с низким валовым содержанием в почве и находится в основном в составе почвенных алюмосиликатов, а также поглощенном состоянии на поверхности минеральных и почвенных коллоидов [9, 10].
34
№ 6, 2018
Заключение. Содержание тяжелых металлов (Мп, Сё) в исследуемых почвах и растительности не превышает их кларковых значений и имеющихся ПДК; накопление изученных микроэлементов растительностью соответствует рядам биологического поглощения по А. И. Перельману; специфика почвообразования в Забайкалье определяет особенности гумусного состояния исследуемых почв, высокое содержание гумуса фуль-ватно-гуматного типа с равномерным распределением всех фракций гумусовых кислот в лугово-
Библиографический список
черноземных мерзлотных; среднее содержание гумуса гуматно-фульватного типа с преобладанием гуматов и фульватов кальция в серых лесных; в лугово-черноземных мерзлотных микроэлементы концентрируются большей частью в фульво-кислотах вследствие равномерного распределения фракций, связанных с кальцием, подвижными и устойчивыми полуторными окислами.
Работа выполнена в рамках темы Госзадания № госрегистрации АААА-А17-117011810038-7.
1. Сеничкина М. Г., Абашеева Н. Е. Микроэлементы в почвах Сибири / — Новосибирск: Наука, 1986. — 176 с.
2. Инструкция по определению тяжелых металлов и фтора химическими методами в почвах, растениях и водах при изучении загрязненности окружающей среды. — М.: ВАСХНИЛ, 1977. — 48 с.
3. Убугунов В. Л., Кашин В. К. Тяжелые металлы в садово-огородных почвах и растениях г. Улан-Удэ / — Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. — 128 с.
4. Сысо А. И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. — 277 с.
5. Андреева М. Н. Содержание макро- и микроэлементов в гумусе почв Бурятии // Известия Сибирского отделения АН СССР. — Новосибирск, 1987. — Серия биологических наук. — Вып. 1. — С. 51—58.
6. Маданов П. А., Фатьянов А. С., Войкин Л. М., Маданов В. П. Микроэлементы и микроудобрения в подзолистой зоне Русской равнины. — Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1972. — 556 с.
7. Степанова М. Д. Микроэлементы в органическом веществе почв. — Новосибирск: Наука, 1976. — 106 с.
8. Байдина Н. Л. Содержание макро- и микроэлементов в гумусе почв Западной Сибири. Автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Новосибирск, 1990. — 17 с.
9. Меркушева М. Г., Убугунов Л. Л., Гармаев С. Р. Биологический круговорот макро- и микроэлементов в пойменных ценозах Забайкалья. — Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2003. — 216 с.
10. Анспок П. И. Микроудобрения: Справочник. — Л.: Агропромиздат, 1990. — 272 с.
MANGANESE, COBALT IN THE SYSTEM OF ROCK — SOIL — HUMUS SUBSTANCES — PLANTS OF WESTERN TRANSBAIKALIA
G. D. Chimitdorzhieva, Ph. D. (Agricultural Sciences), Dr. Habil, Professor, Institute of General and Experimental Biology,
Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (IOEB RAS), [email protected], Ulan-Ude, Russia;
Ts. D.-Ts. Korsunova, Ph. D. (Biology), Institute of General and Experimental Biology, SB RAS (IOEB RAS), [email protected],
Ulan-Ude, Russia;
A. Z. Nimbueva, Ph. D. (Biology), Buryat State Republican Pedagogical College, Ulan-Ude, Russia. References
1. Senichkina M. G., Abasheeva N. E. Mikroehlementy v pochvah Sibiri. [Trace elements in the soils of Siberia]. Novosibirsk, Science, 1986. 176 p. [in Russian].
2. Instrukciya po opredeleniyu tyazhelyh metallov i ftora himicheskimi metodami v pochvah, rasteniyah i vodah pri izuchenii zagryaznennosti okruzhayushchej sredy. [Guidelines for the tracing heavy metals and fluorine by chemical methods in soils, plants and waters in the study of environmental pollution]. Ulan-Ude, VASKhNIL, 1986. 176 p. [in Russian].
3. Ubugunov V. L. Tyazhelye metally v sadovo-ogorodnyh pochvah i rasteniyah. [Heavy metals in garden and garden soils and plants]. Ulan-Ude, Buryatskiy Nauchnyy Tsentr SO RAN, 2004. 128 p. [in Russian].
4. Syso A. I. Zakonomernosti raspredeleniya himicheskih ehlementov v pochvoobrazuyushchih porodah i pochvah Zapadnoj Sibiri. [Patterns of distribution of chemical elements in soil-forming rocks and soils of Western Siberia]. Novosibirsk, SO RAN, 2007. 277 p. [in Russian].
5. Andreeva M. N. Soderzhanie makro- i mikroehlementov v gumuse pochv Buryatii [The content of macro-and micronutrients in the humus of the soil of Buryatia]. Proceedings of the Siberian Branch of the Academy of Sciences of the USSR. Series of Biological Sciences. Vol. 1. Novosibirsk. 1987. P. 51—58 [in Russian].
6. Madanov P. A., Fat'yanov A. S., Voikin L. M., Madanov V. P. Mikroehlementy i mikroudobreniya v podzolistoj zone Russkoj ravniny [Trace elements and micronutrient fertilizers in the podzolic zone of the Russian Plain.]. Kazan, Kazan University Press, 1972. 556 p. [in Russian].
7. Stepanova M. D. Mikroehlementy v organicheskom veshchestve pochv. [Trace elements in soil organic matter]. Novosibirsk, Nauka. 1976. 106 p. [in Russian].
8. Baidina N. L. Soderzhanie makro- i mikroehlementov v gumuse pochv Zapadnoj Sibiri [The content of macro — and microelements in the humus of the soils of Western Siberia], Novosibirsk, 1990. 17 p. [in Russian].
9. Merkusheva M. G., Ubugunov L. L., Garmaev S. R. Biologicheskij krugovorot makro- i mikroehlementov v pojmennyh ceno-zah Zabajkal'ya [Biological circulation of macro-and microelements in floodplain cenoses of Transbaikalia]. Ulan-Ude, BNC SO RAN press. 2003. 216 p. [in Russian].
10. Anspok P. I. Mikroudobreniya: Spravochnik. [Microfertilizers: a Handbook]. Leningrad, Agropromizdat, 1990. 272 p. [in Russian].
