Марганец, медь, молибден и бор в почвах среднегорных котловин Алтая Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 631.4

Д.Н. Балыкин, А.В. Пузанов

МАРГАНЕЦ, МЕДЬ, МОЛИБДЕН И БОР В ПОЧВАХ СРЕДНЕГОРНЫХ КОТЛОВИН АЛТАЯ

Проведен сравнительный анализ содержания марганца, меди, молибдена и бора в почвах среднегорных котловин Алтая. Выявлены основные закономерности поведения микроэлементов в почвах. Установлено влияние основных физикохимических свойств почв на характер поведения микроэлементов в почвах среднегорных котловин Алтая.

Межгорные котловины являются характерным элементом рельефа Горного Алтая. К числу наиболее крупных котловин Центрального Алтая относятся Канская, Уймонская и Абайская.

Канская котловина является одной из крупных на Алтае. Она расположена в бассейне верхнего течения р. Чарыш. Отроги Бащелакского и Ануйского хребта являются горным окаймлением на северо-западе и северо-востоке котловины. С юга, юго-востока и юго-запада котловину опоясывают отроги Теректинского, Семи-нского и Коргонского хребтов [1].

Второй по величине из рассматриваемых котловин является Уймонская. Горным окаймлением котловины служат два крупных хребта Теректинский и Катунский, ограничивающие котловину, соответственно, с севера и юга. Река Катунь разделяет котловину на две неравные части: левобережную - более обширную и правобережную, которая выражена в виде бухтообразного расширения.

Абайская котловина находится к западу от Уймон-ской, занимая пониженную слабо всхолмленную местность, прилегающую к Абайскому заболоченному массиву и долине р. Абай. На юге Абайская степь выходит в долину р. Кокса, на севере постепенно выклинивается при подъеме на Кырлыкский перевал.

В сельскохозяйственном отношении межгорные котловины являются наиболее освоенными районами Алтая.

Микроэлементы необходимы растениям в относительно малых количествах. Их недостаток в почвах, как и избыток, приводит к снижению урожайности культурных растений, ухудшению качества сельскохозяйственной продукции, а в некоторых случаях является причиной эндемических заболеваний.

Марганец, медь, молибден и бор учувствуют в важнейших жизненных процессах как растительных, так и животных организмов, что определяет повышенный интерес к исследованию биогеохимии этих элементов.

Цель исследования: Выявить закономерности поведения марганца, меди, молибдена и бора в основных типах почв среднегорных котловин: Канской, Уймон-ской и Абайской (Центральный Алтай).

Задачи исследования:

Оценить валовое содержание микроэлементов в основных типах почв котловин

Определить основные физико-химические свойства почв и их участие в поведении исследуемых микроэлементах. Выявить характер внутрипрофильного распределения марганца, меди, молибдена и бора в основных типах почв среднегорных котловин: Канской, Уймонской и Абайской (Центральный Алтай).

Объекты и методы исследования

Объектами исследования являются основные типы почв среднегорных котловин Алтая.

Основными типами почв Канской котловины являются черноземы и луговые почвы. Из черноземов наиболее распространены черноземы обыкновенные и южные. Профиль черноземов состоит из системы генетических горизонтов: А0-Ад (Апах)-А-АВ-В-ВС-С (СБ).

Ниже приводятся морфологические признаки черноземов обыкновенных Канской котловины:

Чернозем обыкновенный среднемощный на щебнистом окарбоначенном элювио-делювии (окрестности Янокура).

А0 (0-1 см) степной войлок.

Адк (1-11 см) серый с легкой буроватостью, рыхлый, тонкосупесчаный (легкосуглинистый), непрочно мелкокомковатый, включения мелкого щебня.

Ак (11-27 см) темнее предыдущего, свежит, более плотный, комковатый, легкосуглинистый. Червороины, мелкий щебень, на котором с нижней стороны карбонатные корочки.

АВк (27-47 см) серо-бурый, легкосуглинистый, комковатый, плотнее предыдущего. Корни растений, псевдомицелий.

Вк (47-63 см) палево-бурый, рыхлый, свежий, легкосуглинистый, обилие мелкой гальки и щебня, псевдомицелий.

ВСк (63-83 см) палево-бурый, легкосуглинистый, бесструктурный, сырой. Обилие псевдомицелия (максимальное скопление карбонатов), сильно защебнен, щебень среднего размера с карбонатными корочками.

Ск (83-95 см) светло-палевый, влажный, лепится, бесструктурный, окарбоначенный.

Профиль луговых почв состоит из следующих горизонтов: Ао-Ад-Аg-АBg-S

Морфологические признаки луговых почв Канской котловины следующие:

Почва луговая суглинистая среднемощная на песча-но-галечниковых аллювиальных отложениях (примерно в 1 км от Янокура в направлении на Усть-Кан).

А0 (0-2 см) слаборазложившиеся остатки травяных растений.

Ад (2-12 см) бурый, влажный, суглинистый, довольно плотный, творожистый, переход заметный по включениям и отслаиванию.

Аg (12-27 см) темнее предыдущего, неоднородно окрашен. Крупно комковато-творожистый, влажный, за-щебнен, граница неровная. Переход заметен по окраске.

АВg (21—27)—55 с серо-голубым оттенком, влажный, непрочно комковатый, переход заметный по механическому составу.

(55-75 см) светло-серый, супесчаный. Сплошной песок и галька.

Sg (75-85 см) серый с палевым.

Основу почвенного покрова Абайской и Уймонской котловин составляют черноземы обыкновенные, морфологически они близки к черноземам Канской котловины.

Почвообразующими породами в среднегорных котловинах являются маломощные, скелетные, часто карбонатные покровные суглинки делювиального, пролю-виального и аллювиального происхождения [2, 3].

Основные физико-химические свойства исследуемых почв приведены в таблицах 1-3.

При выполнении полевых исследований выбран приемлемый для горных стран метод трансектов - профиль,

закладываемый поперёк долин (межгорных котловин), с выходом на водоразделы противолежащих хребтов. Он позволяет более полно охарактеризовать компоненты ландшафта на определенной территории.

Основу трансекта составляли ключевые полнопрофильные разрезы, приуроченные к главным элементам рельефа.

Валовое содержание марганца, меди, молибдена и бора определяли методом количественного плазменноспектрального анализа (аргоновый двухструйный плазмотрон, система регистрации - спектрограф ДФС 8) в ИПА СО РАН

Предметом исследования в почвах являются микроэлементы: марганец, медь, бор и молибден.

Биологическая роль марганца. В растениях он влияет на фотосинтез, дыхание, ассимиляцию азота, у животных - на рост скелета, размножение. Известны болезни растений и животных, связанные с дефицитом и избытком Мп в ландшафтах [4].

В растениях симптомы марганцевой недостаточности наступают при концентрации 20-30 мг/кг сух. в-ва. Они проявляются в первую очередь у молодых листьев в виде межжиллового хлороза (пятна вытянутой формы).

Избыток марганца наступает при концентрации в сухой фитомассе свыше 200-500 мг/кг и проявляется в виде бурых пятен на листьях.

Количество микроэлемента в рационе питания человека должно составлять не менее 2-3 и не более 10 мг/сут в кормах животных - 1000 мг/кг сух. в-ва. [5]

Биологическая роль меди. Медь играет важную роль во многих физиологических процессах в живых организмах. В растениях - это фотосинтез, синтез гемоглобина, дыхание, распределение углеводов, восстановление и фиксацию азота.

У животных Си участвует в кроветворении, входит в состав ферментов. Кровь моллюсков, пауков, раков и некоторых других беспозвоночных голубая, ее красящий пигмент гемоцианин содержит Си [5].

Дефецит элемента обнаруживается в сельскохозяйственных растениях, когда его содержание в растительной массе опускается до 3-5 мг/кг сух. в-ва.

Признаки дефицита - замедление, прекращение формирования репродуктивных органов, снижение устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды.

У животных и человека дефицит меди (гипокупероз) приводит к анемии, снижению интенсивности роста, потере живой массы, при острой нехватке (менее 2-3 мг/сут).

Для нормального функционирования организма человека нужно 1-3 мг/сут [4].

Биологическая роль бора. Основные биохимические функции бора в растениях связаны с метаболизмом углеводов и переносом сахаров через мембраны, синтезом нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и фитогормонов [5].

Дефицит бора у растений проявляется на бедных этим микроэлементом почвах, при концентрации 0,1-0,7 мг/кг водорастворимой форы. Наиболее чувствительны к недостатку бора сахарная и кормовая свекла, подсолнечник, бобовые, томат, сельдерей и яблоня.

Физиологическая роль бора в животных организмах заключается в регуляции обмена кальция, магния, фосфора и фтора.

При борном токсикозе листья растений становятся темно-зелеными и вялыми, ростовые точки темнеют и загнивают [6].

Употребление пищи и воды с избыточным содержа-

нием бора вызывает у животных и человека борозы, проявляющиеся в форме различных заболеваний и нарушений функций организма. Всемирная организация здравоохраниения считает верхним пределом суточного потребления бора в организм человека 4 мг.

Биологическая роль молибдена. В растениях молибден важный компонент нитрогеназы и нитроредуктазы, а также присутствует в других ферментах (оксидазах), которые ускоряют разнообразные и несвязанные между собой реакции [5].

Растения начинают испытывать острый недостаток в молибдене, когда его концентрация в тканях опускается ниже 0,2 мг/кг сух. в-ва. Поскольку микроэлемент отвечает за восстановление нитратов в растениях, при его дефиците могут возникнуть внешние симптомы азотной недостаточности, главным образом на молодых листьях

[7, 8].

У животных и человека дефицит молибдена встречается редко. Он наблюдается при низком содержании микроэлемента в кормах (продуктах питания) на фоне высокой концентрации меди, когда соотношение Си:Мо достигает 4:1 и более. Физиологический антагонизм молибдена и меди, молибдена и серы приводит к нарушению биохимических процессов. В результате возможно возникновение аномалии мозга, умственной отсталости и других заболеваний [6].

Количество молибдена в рационе питания человека должно соответствовать 0,1-0,3 и не превышать 0,45 мг/сут.

Результаты и их обсуждение

В черноземах Канской котловины и луговых почвах содержание марганца находится в интервале 341 - 890 мг/кг, в среднем составляет 568,3 ± 33 (см. табл. 1). В черноземах юга Западной Сибири и пределы колебаний концентраций этого элемента составляют 270-1380 мг/кг, в среднем - 642 ± 15 мг/кг [9]. Среднее валовое содержание элемента в почвах мира - 850 мг/кг [10].

Валовое содержание бора в почвах Канской котловины находится в пределах 40-84 мг/кг, а в среднем -59,6 ± 2 мг/кг (см. табл. 1). Для черноземов юга Западной Сибири пределы колебаний содержания бора несколько шире и составляют 16,1 - 112,7 мг/кг, в среднем -41,4 ± 0,7 мг/кг [9]. В почвах мира его содержание составляет 10 мг/кг [10]. В отличие от марганца, более высокие концентрации бора характерны для переходных горизонтов (горизонты АВ и В).

Более высокие концентрации марганца встречаются в гумусовых горизонтах (Ад, А), что видимо, является следствием биогенного накопления элемента. По данным Ильина, биогенное накопление марганца также свойственно почвам юга Западной Сибири [9].

Черноземы обыкновенные Уймонской котловины отличаются более низким содержанием бора в почвах, пределы колебаний для почв составляют 26-49 мг/кг, при среднем содержании 41,2 ± 1,5 мг/кг. Содержание марганца в черноземах Абайской котловины составляет 301-918 мг/кг, при среднем содержании 614, 1 ± 37,5 мг/кг (см. табл. 3).

В черноземах Абайской котловины содержание бора варьирует в пределах 43-56 мг/кг, при среднем значении - 49,6 ± 0,9, что в среднем приближается к черноземам Уймонской котловины.

Внутрипрофильное распределение бора в почвах среднегорных котловин бора хорошо согласуется с распределением фракции физической глины, с увеличением содержания фракций, увеличивается содержание бора.

Таблица 2

Основные физико-химические свойства почв и содержание микроэлементов в почвах Уймонской котловины (Центральный Алтай)

Горизонт, глубина отбора, см Гумус, % pH ФГ ЕКО, мг. Экв/100гр почвы Mn B Cu Mo

Чернозем обыкновенный среднемощный суглинистый на элювиально-делювиальных отложениях

Ад (0-10) 9,9 6,9 34,1 61,4 438 47 63 4

А (20-30) 6,9 7,7 41,3 33,8 563 40 63 5,5

АВк (38-48) 2,8 8,0 45,4 41,4 476 46 53 4,7

Вік (50-60) 1,7 8,0 47,8 18,8 371 49 56 4,5

В2к (80-90) 1,2 8,3 41,5 11,3 289 44 33 3,5

Ск(110-120) 0,6 7,9 45,8 13,2 540 40 53 5,3

Дк (130-140) 3,9 8,1 29,6 3,8 854 40 78 7,7

Чернозем обыкновенный среднемощный на легкосуглинистых карбонатных отложениях, подстилаемых песчано-галечниковым аллювием.

Ап (0-10) 8,0 7,7 31,3 37,6 563 44 68 5,2

А (22-32) 6,6 7,9 33,8 32,0 612 44 53 5,9

АВк (32-40) 3,7 8,15 35,7 25,5 438 42 59 6,3

Вк(45-55) 1,0 8,8 40,2 3,6 301 48 47 5

Вк(60-70) 0,5 8,9 22,7 10,9 438 49 59 7,1

ВСк (77-87) 0,4 9,0 17,8 9,1 357 42 61 5,3

Ск(100-110) 0,4 9,1 19,7 14,6 612 47 54 6,7

Чернозем обыкновенный маломощный на песчано-дресвянисто-мелкогалечниковых аллювиальных отложениях

А(0-10) 8,0 6,6 29,4 40,0 612 42 75 5,9

Вк (25-35) 1,5 7,8 8,0 14,6 786 31 70 3,6

Дк (42-52) 0,7 8,4 7,6 1,8 1243 29 53 8,1

Дк (67-77) 0,4 8,35 3,3 5,5 1143 26 51 6,3

Дк (88-98) 0,7 8,5 8,0 16,4 890 34 59 8,9

Таблица 3

Основные физико-химические свойства почв и содержание микроэлементов в почвах Абайской котловины

(Центральный Алтай)

Горизонт, глубина отбора, см Гумус, % pH ФГ ЕКО, мг. экв/100гр почвы Mn B Cu Mo

Чернозем обыкновенный маломощный среднесуглинистый на озерных отложениях

Ад (0-10) 8,3 7,5 39,48 59,5 638 51 46 4,2

А1(4-24) 8,3 7,7 33,84 42,2 665 46 46 4,2

АВк (24-33) 3,6 7,8 46,16 25 687 49 41 5,3

Вік(35-45) 1,3 8,1 42,32 34,6 497 53 44 5,3

В2к (50-60) 0,9 8,25 38,24 12,7 301 52 42 3,5

В3к (70-80) 0,6 8,1 36,72 10,9 476 56 49 5,7

Ск (90-100) 0,7 8,4 21,48 9,1 476 45 39 7,1

Че рнозем обыкновенный маломощный супесчаный на погребенной почве

Ап (0-10) 8,7 7,6 38,32 38,4 563 51 39 3,7

Ак (16-26) 8,4 7,7 21,92 37,4 819 46 37 5,2

Вк (33-43) 3,9 7,8 36,08 19,2 693 54 41 6,1

Агк(50-60) 6,9 7,8 31,96 34,6 854 48 63 8,1

АВкг (64-74) 5,1 7,95 33,2 28,8 638 52 51 4,7

СДк (85-95) 4,1 7,5 23,52 17,3 587 46 47 4,7

Чернозем обыкновенный маломощный супесчаный на песчано-галечниковых окарбоначенный аллювиаль-

ных отложениях

Ап (0-10) 7,4 7,7 33,2 40,3 918 53 42 4,0

АВк (27-37) 4,2 7,9 38,64 26,9 612 52 46 5,7

ВСк (45-55) 1,5 7,95 46,92 17,3 497 47 34 5,5

СДк (60-70) 1,2 8,35 16 10,9 518 43 38 5,2

Аккумулятором бора могут служить горизонты почв с высоким содержанием карбонатов. Кальций и магний в щелочной среде легко осаждают его, как отмечают В.А. Ковда, И. В. Якушевская, А. Н. Тюрюканов, в труднорастворимые щелочноземельные тетрабораты (хВ407) [7, 9] Практически все почвы среднегорных котловин содержат карбонаты (СаС03). Их содержание,

как правило, увеличивается вниз по профилю почв. Содержание карбонатов в горизонтах В может достигать 10-18%.

В черноземах обыкновенных Уймонской и Абайской котловин валовое содержание меди и молибдена в почвах более высокое. Пределы колебания концентраций элементов в почвах Уймонской котловины соотвестст-

венно составляют 51-78 мг/кг и 3,6-8,9 мг/кг, при среднем содержании - 58,3 ± 2,3 мг/кг и 5,7 ± 0,3 мг/кг. В черноземах обыкновенных Абайской котловины диапазон концентраций этих элементов составляет соответственно 34-63 мг/кг и 3,5-8,1 мг/кг, в среднем 43,8 ± 1,6 мг/кг и 5,1 ± 0,3 мг/кг.

Профильное распределение меди носит четко аккумулятивный характер: более высокие значения концентраций элемента характерны для гумусовых горизонтов почв.

1000,0 1

Lg, мг/кг і 0

Канская Уймонская Абайская

По данным [3, 9] возможности биогенного накопления в почвах неодинаковые. Медь больше аккумулируется в хорошо гуммусированной и не затронутой элювиальным процессом почве.

Аккумулятивное накопление молибдена выражено в меньшей степени и, как правило, его содержание увеличивается с глубиной.

□ Мп □ В □ Си □ Мо

Рис. 1. Логарифмы средних концентраций микроэлементов в почвах среднегорных котловинах Алтая

Таким образом, почвы среднегорных котловин Алтая, в среднем имеют близкое валовое содержание марганца (см. рис 1). Содержание бора более высокое в почвах Канской котловины. В почвах Уймонской и Абай-ской котловинах в среднем содержится больше меди и молибдена.

Из физико-химических свойств почв на характер распределения микроэлементов оказывает влияние содержание гумуса, карбонатов и гранулометрический состав.

Работа выполнена при поддержке грантов РГНФ 07-06-18019е и РФФИ 06-08-00438а.

Библиографический список

1. Куминова, А.В. Растительный покров Алтая / А.В. Куминова. - Новосибирск: СО РАН, 1960. - 448 с.

2. Ковалев Р.А. Почвенный покров Горно-Алтайской Автономной области и пути его рационального использования / Р.А. Ковалев,

В. И. Волковинцер // Вопросы развития Сельского хозяйства Горного Алтая. - Новосибирск, 1968. - С. 23-24.

3. Мальгин, М. А. Биогеохимия микроэлементов в Горном Алтае / М. А. Мальгин. - Новосибирск: Наука, 1978. -271 с.

4. Перельман, А.И. Геохимия ландшафта / А.И Перельман, Н.С. Касимов. - М.: Астрея, 2000. -647 с.

5. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов / В.В. Иванов. - М.: Недра, 1994.

6. Ильин, В.Б. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области / В.Б. Ильин, А.И. Сысо. - Ново-

сибирск: Изд-во СО РАН, 2001. - 229 с.

7. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х Пендиас. - М.: Мир, 1989. - 440 с.

8. Церлинг, В.В. Агрохимические основы диагностики питания сельскохозяйственных культур / В.В. Церлинг. - М.: Наука, 1978. -

216 с.

9. Ильин, В.Б. Биогеохимия и агрохимия микроэлементов / В.Б. Ильин. - Новосибирск: Изд-во Наука, 1973. - 368 с.

10. Алексеенко, В. А. Экологическая геохимия / В.А. Алексеенко. - М.: Логос, 2000. - 627 с.

Материал поступил в редакцию 03.12.07.

УДК 595.771 Д.М. Безматерных

К СИСТЕМАТИКЕ, ЭКОЛОГИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЮ ХИРОНОМИД РОДА CHIRONOMUS ГРУППЫ OBTUSIDENS (DIPTERA, CHIRONOMIDAE)

В статье обсуждены вопросы систематики, экологии и зоогеографии хирономид рода Chironomus группы obtusidens. Приведены новые данные по морфологии и экологии одного из видов этой группы - C. acutiventris, впервые описана его куколка. Проанализирована роль личиночной формы типа fluviatilis, как адаптации к определенным экологическим условиям -заиленным грунтам мелководий рек и озер.

Систематика, экология и география хирономид в на- пульс в развитии после внедрения методов кариосисте-

стоящее время интенсивно развивающиеся области эн- матики, и открытием видов-близнецов, хорошо разли-

томологии. В последнее время они получили новый им- чающихся по кариотипам и плохо по морфологии.