CC BY
77
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ПОЧВАХ ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫХ (ПАСТБИЩНЫХ) ЭКОСИСТЕМ ЧАГЫТАЙСКОЙВПАДИНЫ
(РЕСПУБЛИКА ТЫВА)
Геоэкологическое исследование, ландшафт, почва, межгорная впадина, микроэлементы, кларк,
ориентировочно допустимая концентрация.
Характеристика содержания и распределения химических веществ в почвах, растениях и других объектах является важной составной частью современных комплексных геоэкологических исследований. Избыток или недостаток микроэлементов отражается на состоянии растительных и животных организмов, часто вызывая болезни. В Республике Тыва развито исторически сложившееся отгонно-пастбищное скотоводство. Поэтому оценка состояния пастбищных экосистем позволит определить существование или отсутствие биоге-охимических ситуаций с неблагоприятным для человека и животных поступлением в пищевую цепь микроэлементов и тяжелых металлов.
Цель исследований - изучить ландшафты и свойства почв межгорной впадины в окрестностях озера Чагытай, расположенной в северных предгорьях хр. Восточный Танну-Ола на территории Тувы.
Новизна наших исследований заключается в выявлении особенностей распространения ландшафтов и почв в межгорной впадине и распределения биофильных микроэлементов в зависимости от свойств и расположения почв на локальной территории, насыщенной антропогенной деятельностью.
Изучение ландшафтных комплексов Чагытайской впадины проводилось в окрестностях
оз. Чагытай и прилегающей к нему с юга подгорной равнине северного склона хр. Восточный Танну-Ола. Эта территория наиболее интенсивно используется как пастбища и как рекреационная зона, где расположены детские и студенческие оздоровительные лагеря.
На Восточном Танну-Ола распространен таннуольский интрузивный комплекс, представленный ассоциацией интрузивных горных пород разнообразного петрографического состава, возникший в результате сложных магматических и постмагматических процессов. По времени эта магматическая деятельность совпала с периодом консолидации раннекаледонской (салаирской) геосинклинали Тувы [Геология СССР..., 1966, с. 84-93]. Наиболее распространены среди пород таннуольского комплекса гранодиориты и кварцевые диориты; им подчинены диориты и габбро; наименее распространены породы основного и кислого состава. В породах таннуольского комплекса наблюдается повышенное содержание элементов группы железа [Геология СССР., 1966, с. 285].
Особенности почвообразования в межгорной впадине оз. Чагытай Центрально-Тувинской котловины обусловлены строением самой впадины, образованной тектоническим сбросом при образовании альпийского горста хр. Танну-Ола. С юга впадину ограничивает крутой северный лесной склон хребта Восточный Танну-Ола, с севера - холмистое низкогорье хр. Сыргалыг-Тайга со степными ландшафтами. Впадина вытянута вдоль хребта, днище его занято озером. Озерная котловина заполнена илами и лишь в прибрежной зоне, на восточном и северном участках на несколько километров тянется узкая полоса песчаного и галечного грунтов. Из-за открытости котловины озера здесь не проявляется кольцевая структура вертикальной зональности почвенного покрова. Образование
засоленных ландшафтов, характерное для межгорных котловин аридных зон, присутствует и здесь, но засоление слабое из-за большого массива пресной воды в озере.
Изучение ландшафтных комплексов проводилось на геоморфологическом профиле вдоль склона до прибрежной зоны озера. На профиле выделялись виды ландшафтов, на каждом ландшафте выбирался ключевой участок, где закладывался почвенный разрез. Морфологическое описание почвенного профиля сопровождалось отбором проб на физико-химический анализ почв, на определение содержания микроэлементов в почвах и растениях. Химический состав почв определялся по общепринятым методикам. В пробах почв определялось содержание валовых и подвижных форм микроэлементов атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре Квант-2А. Подвижные формы предварительно экстрагировались ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8.
Северный склон хребта резко переходит в подгорную равнину, подстилаемую делювием коренных пород (серовато-светло-серые базальты, габбро-диориты и известняки). Горы погружены в собственный делювий. Особенности строения межгорной котловины сказываются на формировании почвенного покрова. Подгорная равнина довольно круто спускается к озеру, и выделяются на ней следующие элементы рельефа с сответствующими видами ландшафтов.
В верхней части северного склона на высоте 1700-2000 м располагается лиственничный лес с примесью ели, кедра и мохово-лишайниково-осоковым наземным покровом. Здесь распространены горно-таежные перегнойные кислые неоподзоленные и оподзоленные почвы в сочетании с мерзлотно-таежными. Морфологическим признаком горно-таёжных перегнойных кислых почв является наличие хорошо выраженного торфянисто-перегнойного горизонта А до 8-12 см и слабо выраженного (3-5 см) горизонта А1А2 темно-серого цвета, иногда с серо-белесым оттенком А2.
В средней части склона на высоте 1400-1700 м расположен лиственничный лес, наземный покров мохово-бруснично-травянистый. Почвы здесь горно-таежные дерновые не-оподзоленные, доминирующие в лесном поясе гор Тувы [Носин, 1963]. Генезис их связан с засушливым и континентальным климатом, определяющим водно-тепловой режим в почве, краткой фазой активной биологической деятельности. Морфологическими признаками являются наличие органо-аккумулятивного горизонта А, подразделяющегося на Ап грубогумусный перегнойный и А1 - собственно гумусовый, на поверхности почвы слой подстилки из мха, опада. Горизонт В отличается слабой гумусированностью с коричнево-бурой окраской. Описываемые почвы, отличаясь от буроземов и от коричневых почв, до сих пор не имеют классификационного места, за ними сохраняются ландшафтные названия.
Ниже леса появляются открытые лугово-степные пространства, перемежающиеся лиственничными лесами, занимающими пониженные участки на подгорных шлейфах склонов. Под этими светлыми лиственничными лесами с богатым мохово-травянистым покровом развиваются почвы на различных материнских породах с глубоким гумусово-аккумулятивным горизонтом (до 30-40 см). Почвы эти особого типа почвообразования, но не имеют четкой номенклатурной принадлежности. Б.Б. Петров [1952] назвал эти почвы «темноцветные лесные», В.А. Носин [1963] предложил назвать «горно-лесные темно-серые черноземовидные». Нами почвы названы горно-лесными черноземовидными.
На этом же уровне по плакорам подгорных шлейфов под лугово-степными растительными сообществами распространены черноземы горные, переходящие в горные темно-каштановые, каштановые почвы. В западной пониженной части озерной котловины со слабоволнистым рельефом с близким стоянием грунтовых вод распространены почвенные комплексы лугово-черноземных, лугово-каштановых, луговых почв с наличием солонцеватых горизонтов. Такая пестрота структуры почвенного покрова составляет особенности и своеобразие почвообразования в небольшой межгорной впадине.
Почвы Чагытайской впадины (табл. 1) в основном гумусово-аккумулятивного характера и содержание гумуса высокое - от 6,9 до 9 % в верхнем горизонте, рН солевой - от 5,0 до 7,0. Емкость катионного обмена горных почв низкая, видимо, из-за скелетности почвенных профилей. Отмечается сравнительно высокая доля обменного магния по сравнению с кальцием, что, возможно, связано с почвообразующими породами - элюво-делювием эффузи-вов основного состава. Подвижными формами фосфора и калия почвы мало обеспечены, за исключением лугово-черноземных почв, где содержание калия достигает 292-394 мг / кг (очень высокая обеспеченность).
Обычно почвы наследуют исходные уровни концентрации микроэлементов, которыми обладали почвообразующие породы. Вместе с тем о наследовании можно говорить лишь в общих чертах. Одни и те же почвы могут отличаться по содержанию в них микроэлементов в зависимости от контрастности гранулометрического состава (песчаные или глинистые), от содержания гумуса в почве, от типа водного режима в замкнутых котловинах, где возможна гидрогенная аккумуляция легкорастворимых солей вместе с микроэлементами.
В почвах Чагытайской впадины определены валовые и подвижные формы микроэлементов Мп, Си, Со, Zn, Cd, РЬ (табл. 2). В Туве проводились исследования по определению содержания микроэлементов в наземных экосистемах [Курбатская, 1990; Пузанов, 2005]. Это были маршрутные исследования, и узнать сведения о конкретных территориях не представляется возможным. Данные этих исследований можно использовать для сравнительного анализа.
Марганец. Кларк марганца в почве 850 мг / кг [Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989]. В почвах Чагытайской впадины содержание данного элемента намного меньше кларка. Близкое к кларку содержание Мп наблюдается только в лугово-черноземной высокосолонцеватой почве - 504 в горизонте А и 602 мг / кг в нижележащем солонцовом горизонте. По данным С.С. Курбатской [1990] и А.В. Пузанова [2005], содержание валового Мп в черноземных почвах Тувы больше на 100-150 мг / кг, чем в почвах Чагытайской котловины. Обычно Мп легко передвигается с водными растворами. Подвижного марганца в гумусовом слое почв обнаружено от 11,5 до 38,4 мг / кг. Ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) валового марганца в почвах составляет 1500 мг / кг, подвижного - 140 мг / кг.
Таблица 1
Физико-химические свойства почв Чагытайской впадины
Разрез Глубина взятия проб, см рН сол. мг / кг почвы Гумус, о/ % Емк. погл. мг-экв 100 г почвы Физ. глина, о/ % Обменные катионы, мг-экв на 100 г почвы N общ, %
Р205 К2О, Са2+ Mg2+
Горно-лесная черноземовидная легкосуглинистая на делювии базальтов
Ч-1 о 1 1 < 5 22 143 7,43 10 9 15 6 0,71
АВ - 20-30 6 18 108 2,34 12 11 28 16 0,29
Вк - 50-60 6,4 7 73 0,78 18 16 29 17 0,09
С - 70-80 0,08
Горный чернозем малоразвитый высококарбонатный супесчано-суглинистый на карбонатной супеси и делювии базальтов
Ч-2 А - 0-10 5,4 25 213 9,01 8 46 24 0,74
В - 10-20 6,6 18 178 6,15 10 23 19 0,47
Вк - 22-32 6,4 9 108 2,39 12 8 4 0,21
ВС - 45-55 7 0,08
Лугово-черноземная солонцеватая легкосуглинистая на карбонатном суглинке с делювием базальтов
Ч-3 А - 0-10 5,4 22 292 6,92 10 8 10 4 0,43
Всн - 10-20 5,6 17 213 4,32 10 9 10 4 0,23
В - 20-30 6,6 11 134 2,81 18 18 37 9 0,2
Вк - 30-50 6,8 7 108 1,41 26 24 38 14 0,12
Лугово-черноземная высокосолонцеватая маломощная на карбонатной супеси с обломками базальтов
Ч-4 А - 0-6 5,8 26 394 8,98 8 8 6 3 0,62
Всн - 10-20 5,6 11 108 3,05 10 12 18 8 0,31
В - 22-32 7 7 138 2,78 12 12 25 21 0,15
Вк - 32-44 6,8 6 134 1,37 18 19 36 8 0,13
Таблица 2
Содержание подвижных и валовых форм микроэлементов в почвах Чагытайской впадины
Разрез Глубина об- Содержание, мг / кг*
разца, см Си Мп Со 2п РЬ са
Горно-лесная черноземовидная легкосуглинистая на делюв. базальтов
А 4-10 0,07/ 17,7 12,7/ 473 0,09/ 13,4 2,4/ 40,7 2,21/ 13,7 0,044/ 0,65
Ч-1-03 АВ 20-30 0,06/ 30,7 15,5/ 458 0,05/ 10,8 1,27/ 39,8 0,49/ 17,5 0,041/ 0,51
Вк 50-60 0,07/ 23,6 12,9/ 328 0,06/ 16,9 1,25/ 38,4 0,43/ 21,2 0,053/ 0,64
С 70-80 0,14/ 16,8 15,8/ 460 0,02/ 11,4 0,78/ 9,6 0,89/ 14,9 0,068/ 0,72
Горный чернозем малоразвитый высококарбонатный супесчано-суглинистый на делювии базальтов и карбонатной супеси
А 0-10 0,34/ 21,7 38,4/ 322 0,17/ 10,3 1,39/ 40,1 1,88/ 15,4 0,037/ 0,83
Ч-2-03 В 10-20 0,08/ 17,1 15,3/ 127 0,08/ 16 0,68/ 23,3 0,35/ 13,4 0,075/ 0,79
Вк 22-32 0,23/ 18,7 21,7/ 422 0,17/ 9,3 0,48/ 39,7 0,46/ 16,1 0,044/ 0,48
ВС 45-55 0,25/ 23,4 28,5/ 463 0,13/ 10,5 1,37/ 53,1 1,06/ 15,5 0,016/ 0,75
Лугово-черноземная солонцеватая легкосуглинистая на карбонатном суглинке с делювием базальтов
Ч-3-03 А 0-10 0,27/ 17,7 24,7/ 440 0,13/ 7,1 1,4/ 47,5 1,14/ 12,2 0,033/ 0,57
Всн 10-20 0,28/ 21,1 16,2 /433 0,24/ 9,2 0,82/ 46,1 1,32/ 16,1 0,053/ 0,80
В 20-30 0,46/ 29,6 15,4/ 376 0,21/ 12 1,49/ 23,6 1,69/ 16,8 0,085/ 0,60
Вк 30-50 0,32/ 19,7 11,8/ 318 0,12/ 11,8 1,52/ 29,2 1,34/ 15,6 0,026/ 0,76
Лугово-черноземная высокосолонцеватая маломощная на карбонатной супеси с обломками базальтов
А 0-6 0,26/ 19,3 11,5/ 504 0,05/ 8,9 1,84/ 46,7 0,36/ 15,8 0,065/ 0,61
Ч-4-03 Всн 10-20 0,14/ 24,4 14/ 602 0,08/ 11,3 1,28/ 53,6 0,44/ 17,9 0,064/ 0,54
В 22-32 0,18/ 17 13,2/ 363 0,05/ 11,4 1,12/ 49,1 0,29/ 16,8 0,068 /0,59
Вк 2-44 0,19/ 19,1 23,7/ 251 0,05/ 15,8 1,56/ 41 0,51/ 14,1 0,065/ 0,63
Кларк почв (Каба-та-Пендиас, 1989) 20-30 500 8-9 60-70 10 0,3-0,5
ОДК валовая 33 1500 5 55 32 0,5
ОДК подвижн. 3-6 140 - 23 6 -
* Подвижная форма микроэлементов - над чертой, валовая - под чертой.
Медь. Медь во всех почвах находится в пределах допустимой концентрации, и среднее валовое содержание составляет 20,0-21,7 мг / кг, что соответствует данным вышеназванных авторов [Курбатская, 1990; Пузанов, 2005]. Наблюдается некоторое увеличение меди вниз по профилю с незначительной концентрацией в иллювиальных солонцовых и подсо-лонцовых горизонтах лугово-черноземных солонцеватых почв. Возможно, это связано с основным составом почвообразующих пород - элюво-делювий базальтов. Обнаружены низкие концентрации подвижной меди (0,07-0,06 мг / кг) в гумусовом горизонте горно-лесной черноземовидной почвы, где подвижность её обусловлена слабокислой реакцией почвенного раствора.
Цинк и кадмий. Zn и Cd, подобно меди, несколько больше в основных породах, чем в кислых [Виноградов, 1957]. В нашем случае концентрация цинка в верхнем горизонте почв Чагытая в среднем 40 мг / кг, накапливается преимущественно в верхних гумусовых горизонтах и вниз по профилю резко уменьшается. Для подвижного цинка также характерно биогенное накопление в гумусовом горизонте. Концентрация кадмия во всех почвах превышает его кларк (0,83 мг / кг), она связана с органическим веществом почвы и также с солонцовым горизонтом (0,80), выступающим как геохимический барьер, против 0,5 максимума кларка, и вниз по профилю убывает незначительно.
Кобальт. Со - типичный элемент ультраосновной магмы. В основных породах - базальтах - его содержание довольно высокое [Виноградов, 1957]. В гумидных ландшафтах кобальт относительно подвижен. ОДК валового кобальта в почвах - 5 мг / кг. Наблюдается некоторая концентрация кобальта в гумусовом горизонтегорно-лесной черноземовидной почвы и горного чернозема от 10 до 16 мг / кг, а в элювиальном горизонте лугово-черноземной солонцеватой почвы - 7 мг / кг. Наибольшего значения подвижная форма кобальта (0,24 мг / кг) достигает в солонцовом горизонте лугово-черноземной солонцеватой почвы. Таким образом, кобальтом почвы обеспечены и наблюдается даже некоторая избыточная концентрация в горных почвах, превышающая почти в два раза его среднее содержание.
Свинец. Во всех почвах исследуемой территории обнаружено повышенное содержание свинца - от 12,2 до 21,2 мг / кг. Причем наблюдается увеличение концентрации свинца вниз по профилю с уменьшением кислотности почвенного раствора. Максимальное значение концентрации РЬ обнаружено в карбонатном горизонте горно-лесной черноземовидной почвы - до 21,2 мг / кг. Подвижные формы свинца связаны с органическим веществом поч-
вы. В верхнем гумусовом горизонте почв со слабокислой реакцией наблюдается биогенное накопление подвижного свинца - от 1,88 до 2,21 мг / кг. Однако обнаруженные концентрации валового свинца ниже значений ОДК.
На подгорной равнине северного склона Восточного Танну-Ола преобладают почвы гумусово-аккумулятивного типа - горно-лесные черноземовидные и горные черноземы, а на днище впадины в окрестностях оз. Чагытай - почвы гидроморфного ряда: лугово-черноземные и аллювиально-луговые карбонатные, слабосолонцеватые легкосуглинистого и супесчаного гранулометрического состава.
Отмечено биогенное накопление микроэлементов в гумусовом горизонте горных почв, а геохимическими барьерами, закрепляющими элементы в почвенном профиле, послужили карбонатный горизонт горных и солонцовый горизонт гидроморфных почв низин. Для валовых форм Мп, Zn, Си, Со, РЬ, Cd в почвах отмечены следующие закономерности: а) содержание свинца, кобальта, кадмия во всех почвах превышает их кларки; б) медь содержится в почвах на уровне его кларка; в) ниже кларка - марганец, цинк. Сравнение с санитарно-гигиеническими нормативами показало, что изученные почвы содержат микроэлементы в концентрациях, не превышающих значений ОДК для валовых и подвижных соединений, за исключением валового кадмия, превышающего ОДК в 1,2 раза. Обнаружен низкий уровень обеспеченности почв подвижными формами изученных металлов, которые могут вызвать отрицательные реакции у живых организмов.
Библиографический список
1. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 238 с.
2. Геология СССР. Тувинская АССР. М.: Недра, 1966. Т. XXIX. Ч. 1. 459 с.
3. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 438 с.
4. Курбатская С.С. Почвенный покров и биогеохимия межгорных котловин Тувы: автореф. канд. дис. М., 1990. 25 с.
5. Носин В.А. Почвы Тувы. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 452 с.
6. Петров Б.Ф. К характеристике почвенного покрова Тувинской автономной области (Центральная и Западная Тува). М.: Изд-во АН СССР, 1952. 73 с.
7. Пузанов А.И. Приоритетные микроэлементы (I, Se, Мп, Со, Си, 2п, в наземных экосистемах Тувинской горной области: автореф. докт. дис. Новосибирск, 2005. 31 с.
