CC BY
44
УДК 631.416.9:631.67.03:627.157 (470.67)
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ВОДАХ И ГРУНТОВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ КОЛЛЕКТОРНО-ДРЕНАЖНОЙ СИСТЕМЫ РАВНИННОЙ ПРОВИНЦИИ ДАГЕСТАНА
© Ш.К. Салихов, Р.Р. Баширов
Ключевые слова: микроэлементы; вода; донные отложения; коллекторно-дренажные сети; Дагестан. Исследованы воды и донные отложения коллекторно-дренажной системы территории Северо-Западного При-каспия (Терско-Кумская и Терско-Сулакская подпровинции Дагестана). В основных коллекторах исследуемой территории определены: в воде Zn, Си, Мп, Со, В, Мо; в донных отложениях Zn, Си, Мп. Установлено, что общей и характерной особенностью коллекторно-дренажных вод является низкая концентрация в них микроэлементов (исключение Мп, В). В донных отложениях коллекторов содержание валовой ^п, Си, Мп) и подвижной форм Zn, Си было ниже ПДК, а содержание подвижной формы Мп - чуть выше.
Наукой и практикой доказано, что микроэлементы играют важную физиологическую роль в жизнедеятельности растений, человека и животных и поэтому широко используются в сельском хозяйстве, медицине и в животноводстве. Характер действия микроэлементов на живой организм зависит от уровня их концентрации в среде обитания: при дефиците их содержания для жизни организмов они рассматриваются как микроэлементы, при избытке же - как тяжелые металлы. При оптимальных уровнях концентрации микроэлементов они способствуют повышению качества сельскохозяйственной продукции, гидробионтов прудов, рек, озер и морей.
Воздействие микроэлементов на живые системы определяется уровнем их содержания в компонентах окружающей среды (в почвах, растениях, водах и др.). В этой связи необходимо опираться на учение основателя науки о биогеохимии В.И. Вернадского о единстве земной коры и организма. Он утверждал: «Связь состава организмов с химией земной коры и то огромное -первенствующее - значение, которое имеет живое вещество в механизме земной коры, указывает нам, что разгадка жизни не может быть получена только путем изучения живого организма. Для ее разрешения надо обратиться и к его первоисточнику - к земной коре» [1].
За последнее время под воздействием природных и антропогенных факторов в северо-западной части Прикаспийской низменности Дагестана отмечаются значительные изменения экологических условий функционирования фауны и флоры.
Для рационального использования водных ресурсов в сельском хозяйстве на данной территории были построены крупные гидротехнические сооружения, оросительные и коллекторно-дренажные сети. На 2010 г. в республике числились 371,4 тыс. га орошаемых земель, что составляет 35,1 % всех орошаемых земель СКФО. Протяженность межхозяйственных (в федеральной собственности) каналов составила 5,1 тыс. км, внутрихозяйственных (на республиканском бюджете) находилось более 20 тыс. км [2].
Изучению содержания микроэлементов в природных водах Дагестана все еще не уделяют достаточного внимания, хотя они играют огромную роль в живых организмах, и при этом один элемент не может быть заменен другим. На территории Северо-Западного Прикаспия нами ранее было изучено содержание тяжелых металлов в водах и донных отложениях коллекторно-дренажной сети [3, 4], однако вопрос уровня содержания микроэлементов в данной системе практически не освещен.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование микроэлементного состава вод и донных отложений коллекторно-дренажной сети проводилось в северо-западной части равнинной зоны, включающей территории Терско-Кумской и Терско-Сулакской подпровинций Дагестана.
Образцы вод и донных отложений отбирались в течение 2006-2009 гг. в летний период. Отбор проб в начале и конце коллекторов производился в 5-кратной повторности. Пробы воды отбирались в сосуды объемом 2 л. Пробы донных отложений отбирали у начала формирования коллектора (у начала водоразбора) и в конце коллектора на расстоянии 3-5 км до взморья (водосброса). Пробы образцов донных отложений коллекторов были отобраны на глубине 0-30 и 30-60 см от поверхности зеркала воды в зависимости от глубины и крутизны откоса коллекторов.
В системе коллекторов из микроэлементов в воде были определены Zn, Cu, Mn, Co, B, Мо, а в донных отложениях - Zn, Си, Mn. Определение содержания гумуса проводилось по Тюрину [5]. Анализ проб воды и донных отложений был проведен по [6] на базе лаборатории биогеохимии ПИБР ДНЦ РАН. Определение микроэлементов было проведено на ААС ЭТА «Hitachi 170-70» [7]. Полученные результаты статистически обработаны в программе Microsoft Office Excel 2010.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На территории равнинного Дагестана, прилегающей к западной части Каспийского моря, можно выделить три равнинных подпровинции: Терско-Кумская, Терско-Сулакская и Приморская. Эти три подпровин-ции резко различаются не только по почвенно-климатическим условиям, но и по влиянию хозяйственной деятельности человека.
Нами были обследованы первые две подпровинции, поскольку именно там расположены коллекторнодренажные сети - объект наших исследований.
В Терско-Кумской низменности из антропогенных факторов в основном преобладает пастбищная нагрузка, а из естественных - ветровая эрозия. В природных кормовых угодьях вследствие указанных факторов наблюдается деградация почв и, наконец, резкое снижение биологической продуктивности пастбищ. Наиболее характерной особенностью почвенного покрова данного региона является низкое плодородие, неудовлетворительные водно-физические свойства, значительная часть земель засолена.
В Терско-Сулакской подпровинции преобладающими факторами по влиянию на изменение плодородия почв являются агротехнические приемы возделывания сельскохозяйственных культур и водная эрозия. В почвах под агроценозами Терско-Сулакской низменности в результате многолетней обработки земель тяжелыми сельхозорудиями, нарушения региональных севооборотов в хозяйствах, отсутствия достаточного
количества навоза для обеспечения высокой потребности почв выявлено снижение почвенного плодородия, разрушение гумусного слоя и потери структуры почв. Следует отметить, что хотя урожайность зерновых культур в дельтах Терека и Сулака сравнительно выше средней урожайности по республике, но все же ниже потенциальной возможности почвенного покрова орошаемого земледелия. Из естественных факторов здесь наблюдаются частые сезонные разливы Терека, Акташа и других небольших рек, возникающие после ливневых дождей в горах и влекущие за собой смывание защитных дамб. Периодическое колебание уровня Каспийского моря также вызвало изменение уровня грунтовых вод и степени их минерализации.
На данной территории равнинной зоны Дагестана сосредоточен основной фонд орошаемых пахотных земель и более 60 % природных кормовых угодий для осенне-зимнего содержания овец горных районов республики, ведется интенсивное земледелие на базе орошения, широкой химизации, мелиорации и механизации. Возделываются основные сельскохозяйственные культуры (зерновые, овощные, виноградно-плодовые, бахчевые и т. д.).
Для рационального использования водных ресурсов в сельском хозяйстве на территории исследуемых подпро-винций (рис. 1) создано несколько управлений оросительных систем, построены крупные гидротехнические сооружения, оросительные и коллекторно-дренажные сети. Коллекторы располагаются параллельно друг другу с запада на восток и впадают в Каспийское море.
Рис. 1. Коллекторная сеть Северо-Западного Прикаспия Дагестана
Таблица 1
Микроэлементы в водах коллекторов Северо-Западного Прикаспия
Коллекторы Микроэлементы, мг/л
7п Си Мп Со В Мо
Суллу-Чубутлинский 0,08 0,028 0,30 0,0011 1,46 0,011
Центральный 0,10 0,022 0,38 0,0015 1,61 0,011
Чилимный 0,07 0,008 0,35 0,0009 1,57 0,010
Кизляр-Каспий 0,12 0,025 0,16 0,0020 1,32 0,018
Главный Дзержинский 0,08 0,007 0,11 0,0012 1,40 0,006
Львовский 0,09 0,013 0,21 0,0013 1,42 0,007
Главный Юзбашский 0,07 0,024 0,12 0,0009 1,22 0,013
Юзбаш-Сулакский 0,073 0,012 0,14 0,0009 1,28 0,010
ПДК [81 1,0 1,0 0,1 0,1 0,4 0,5
Таблица 2
Микроэлементы и в грунтах коллекторов, мг/кг почвы (над чертой - начало, под чертой - конец коллектора)
Коллекторы Гумус, % 7п Си Мп
вал. подв. вал. подв. вал. подв.
Суллу-Чубутлинский 04 0,8 93 108 08 1,25 30 37 09 1,10 548 774 95 160
Центральный 05 1,7 86 112 0,37 0,98 34 43 1,16 1,21 542 550 280 340
Чилимный 05 1,5 81 93 0,69 1,12 36 42 0,81 1,10 619 670 100 260
Кизляр-Каспий 05 90 0,94 35 1,25 619 63
1,0 89 0,96 38 1,57 851 120
Главный Дзержинский 04 1,3 68 92 0,55 0,80 23 34 1,10 1,46 675 916 130 230
Львовский 04 1,9 93 112 0,53 0,85 29 31 0,90 1,43 542 774 63 107
Главный Юзбашский 04 87 0,45 37 0,60 586 138
1,0 120 0,76 45 0,85 697 162
Юзбаш-Сулакский 07 2,0 63 89 0,87 0,71 22 28 0,50 0,98 542 625 102 130
ПДК [81 100 1 55 3 1500 140
Таблица 3
Коэффициент корреляции микроэлементов с гумусом
Микро- 7п Си Мп
элементы вал. подв. вал. подв. вал. подв.
Гумус 0,47 0,41 0,23 0,42 0,35 0,40
Равнинная зона Дагестана расположена на Прикаспийской низменности и представляет собой слабоволнистую аккумулятивную равнину с очень незначительным уклоном в сторону Каспийского моря и характерным чередованием замкнутых лиманов и удлиненных, в направление к морю прирусловых гряд вдоль высохших и действующих водотоков. В горизонтальном направлении твердый сток на участках, прилегающих к руслам, представлен грубым материалом; по мере удаления он сменяется глинистыми и суглинистыми отложениями. В вертикальном распределении почвообра-
зующих пород наблюдается определенная закономерность, зависящая от силы текущих вод и удельного веса твердых наносов. Обычно отложения прирусловых понижений носят следы молодого аллювия. Вдоль побережья Каспийского моря почвообразующие породы представлены преимущественно каспийскими осадками.
Водный фонд России и водохозяйственный комплекс, представленный совокупностью водохозяйственных систем и сооружений, имеют важнейшее значение для устойчивого развития экономики России и решения экологических, экономических и социальных проблем, в
связи с чем охране и рациональному использованию водных экосистем придается огромное значение [8].
Анализ уровня концентрации каждого микроэлемента в отдельности в водах исследуемых коллекторов показал (табл. 1), что, прежде всего, отмечается широкий интервал содержания элементов. Наиболее общей и характерной особенностью коллекторно-дренажных вод является низкая концентрация в них микроэлементов. Из числа исследованных в дренажно-коллекторной системе микроэлементов повышенная концентрация по сравнению с ПДК выявлена лишь по содержанию Мп (в 2,2 раза) и В (в 3,5 раза) при их средних показателях
0,22 и 1,41 мг/л, соответственно.
Повышенная концентрация Мп и В в дренажноколлекторных водах, с нашей точки зрения, обусловлена наличием в этом регионе самоизливающихся буровых скважин с пластовыми водами, обогащенными особенно В и другими элементами; сравнительно повышенным их содержанием в почвах, дренирующих грунтовыми и орошаемыми водами. Более того, нейтральная и щелочная реакция почвенного раствора, свойственная почвенному покрову равнинной зоны, также способствует вымыванию В и Мп из почвенного профиля в дренажные или грунтовые воды.
По мере снижения концентрации Мп в водах исследованные нами коллекторы располагаются в следующий ряд: Центральный > Чилимный > Суллу-Чубут-линский > Львовский > Кизляр-Каспий > Юзбаш-Сулакский > Главный Юзбашский > Главный Дзержинский. По В наблюдалась схожая картина.
Среднее содержание 7п и Со в дренажно-коллекторных водах в 12 и 10 раз ниже, чем предельно допустимые их величины и составляет 0,083 и 0,001 мг/л (соответственно). Сравнение уровня содержания 7п и Со в водах отдельных коллекторов показало, что наименьшая их концентрация обнаружена в водах коллекторов Чилимный, Главный Юзбашский и Юзбаш-Сулакский, а наибольшая - в коллекторе Кизляр-Каспий.
Среди изученных нами в водной системе микроэлементов наиболее низкая концентрация по сравнению с ПДК обнаружена по Си (в 50 раз ниже) и Мо (в 45,5 раза). Среднее фоновое содержание в дренажноколлекторных водах составляет: Си лишь 0,02 мг/л и Мо - 0,011 мг/л при предельно допустимых их концентрациях - 1 и 0,5 мг/л (соответственно).
Особенно низкие показатели указанных элементов обнаружены в водах коллекторов Чилимный, Главный Дзержинский и Львовский, величины которых колеблются в пределах 0,007-0,013 мг/л.
Микроэлементы в водах коллекторов накапливаются в их донных отложениях, и в зависимости от различных факторов их концентрации могут значительно варьироваться. Одним из важных факторов может служить органическое вещество (гумус), которое является биогеохимическим аккумулятором микроэлементов и других химических компонентов в почве. Уровень содержания гумуса также служит показателем плодородия и качественного состояния почвы.
Следует отметить (табл. 2), что, как правило, показатели гумуса в грунтах, отобранных в районе водосброса, сравнительно невысокие (максимум 1,7-2,0 %). Вместе с тем в грунтах же, отобранных у начала коллектора, величина гумуса значительно ниже и не превышает 0,5-0,7 %. Эти данные свидетельствуют о том,
что в зоне водосброса образовался биогеохимический барьер из мелкодисперсной иловатой фракции почвы, способный накапливать и аккумулировать органические вещества и вместе с ними - и химические компоненты.
Считают, что изменение гумусового состава почвы и почвенного поглощенного комплекса (ППК) может стать показателем воздействия металлов на почву, т. к. от гумуса и ППК зависит сохранность плодородия и самоочищающейся способности почвы. При сравнении содержания гумуса в грунтовых отложениях с его показателями в пахотных почвах отмечено, что среднее содержание гумуса в донных отложениях СевероЗападного Прикаспия составляет 1,1 % (колебание 0,42 %), а в наиболее распространенных в данной зоне почвах выше (светло-каштановые - 1,4 %; луговые -3,65 %).
Коллекторно-дренажные грунтовые отложения характеризуются очень низкой концентрацией микроэлементов. Средняя концентрация валовых форм изученных металлов составила, в мг/кг почвы: 7п - 92,3; Си -34; Мп - 658. Таким образом, содержание валовых форм 7п, Си, Мп в 1,0-2,3 раза ниже ПДК. Содержание подвижных форм колебалось в пределах: 7п - от 0,37 до 1,25; Си - 0,60-1,57; Мп - 63-340 в мг/кг, соответственно. Было установлено среднее содержание подвижных форм: 7п - 0,79; Си - 1,1; Мп - 155. Соответственно, средняя концентрация 7п и Си была ниже ПДК, а Мп - чуть выше ПДК.
В накоплении микроэлементов в донных отложениях коллекторов отмечено постепенное увеличение концентрации от начала коллекторов к их концу, связанное с содержанием гумуса, в связи с чем отмечена (табл. 3) коррелятивная связь содержания гумуса и изученных металлов от слабой степени (валовая форма Си) до средней (валовая форма 7п). По подвижным формам микроэлементов выявлена корреляция средней степени для всех элементов.
ВЫВОДЫ
1. Низкий уровень концентрации микроэлементов в поверхностных водах и донных отложениях коллекторов рассматриваемых агроландшафтов, по-видимому, обусловлен отсутствием в данном регионе природного или антропогенного постоянно-действующего источника, загрязняющего компоненты окружающей экологической среды химическими реагентами.
2. Вместе с тем постоянное выщелачивание химических компонентов из верхних почвенных, горизонтов под воздействием ежегодных орошаемых вод, атмосферных осадков и их выноса в море также способствует постепенному снижению общего уровня накопления их как в орошаемых почвах агроландшафтов, так и в дренажных, грунтовых и поверхностных водах равнинной зоны Дагестана.
3. Выявлена закономерность постепенного повышения концентрации исследованных химических компонентов в донных отложениях у нижнего течения коллекторов (в районе водосброса) по сравнению с их показателями в грунтах у начала формирования коллекторной сети. Эта особенность, по-видимому, обусловлена тем, что в начале формирования водного потока в коллекторах в первую очередь оседает более
крупная механическая взвесь, а тонкоилистая фракция, которая интенсивно аккумулирует содержащие в экосистеме биологические и химические компоненты, накапливается в зоне биогеохимического барьера, образованного в результате снижения скорости течения коллекторных вод [9].
ЛИТЕРАТУРА
1. Вернадский В.И. Биогеохимические очерки. Москва; Ленинград: Изд-во АН СССР, 1940. 241 с.
2. Курбанов С.А. Состояние и перспективы развития мелиорации в республике Дагестан // Проблемы развития АПК региона. 2010. № 4 (4). С. 34-38.
3. Салихов Ш.К., Баширов Р.Р., Магомедалиев А.З. Хром, никель и свинец в донных отложениях коллекторов равнинного Дагестана // Аспирант и соискатель. 2010. № 6. С. 80-83.
4. Баширов Р.Р., Салихов Ш.К., Яхияев М.А., Магомедалиев А.З. Концентрация гумуса и некоторых тяжелых металлов в донных отложениях коллекторов Северо-Западного Прикаспия // Вестник ДНЦ РАН. 2012. № 45. С. 38-43.
5. МинеевВ.Г. Практикум по агрохимии. М.: МГУ, 2001. 689 с.
6. ГОСТ Р 51309-99. Вода питьевая. Определение содержания элементов методами атомной спектроскопии. Госстандарт России. М., 2000. 19 с.
7. Крысанова Т.А. [и др.] Атомно-абсорбционная спектроскопия. Воронеж, 2005. 31 с.
8. Водная стратегия агропромышленного комплекса России на период до 2020 года. М.: ВНИИА, 2009. 72 с.
9. Садовникова Л.К. [и др.] Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 2006. 334 с.
Поступила в редакцию 21 марта 2013 г.
Salikhov Sh.K., Bashirov R.R. MICRO-ELEMENTS IN WATERS AND SEDIMENTS OF COLLECTOR-DRAINAGE SYSTEM IN PLAINS OF DAGESTAN PROVINCE
The water and bottom sediments of collector-drainage system of the North-West Precaspian (Tersko-Kum and Tersko-Sulak subprovince of Dagestan) are investigated. In the main collector studied area the next is defined: in water Zn, Cu, Mn, Co, B, Mo, in the sediment Zn, Cu, Mn. It is established, that the General and typical feature of collector-drainage water is a low concentration in them micro-elements (exception Mn, B). In the bottom sediments of collector the content of total (Zn, Cu, Mn) and mobile forms of Zn, Cu were below the MPC, and mobile forms of Mn slightly higher.
Key words: micro-elements; water; sediment; collector-drainage system; Dagestan.
