CC BY
46
УДК 631-41:631-585 (470-67)
МОНИТОРИНГ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПАСТБИЩ ТЕРСКО-КУМСКОЙ НИЗМЕННОСТИ
® 2008 Гиреев Г.И., Луганова С.Г., Салихов Ш.К.*, Яхияев М.А.*
Дагестанский государственный педагогический университет ^Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН
Исследование было направлено на мониторинг некоторых показателей химического состава почв и растительности пастбищ Тарумовского района Республики Дагестан при затоплении территории водами Каспийского моря. Для решения данной проблемы былизучен химический состав морской воды Кизлярского залива, кроме того, изучены: концентрация микроэлементов в почве; ферментативная активность фракций гуминовых кислот в почвах; уровень содержания микроэлементов и свободных аминокислот в растительности на затопленных и контрольных пастбищах, выявлена динамика изученных показателей при затоплении морской водой.
The study was designed to monitor the certain indicators of the chemical composition of soil and vegetation, pastures of Tarumovsky Region of the Republic of Daghestan during the flooding with territorial waters of the Caspian Sea. To resolve this problem, a study on the chemical composition of sea water in the Kizlyar Bay, in addition, explored: the concentration of trace elements in the soil; enzymatic activity fractions of humic acids in soils; levels offree amino acids and trace elements in vegetation to control flooding and pastures. The dynamics of the studied indicators during flooding with sea water has been revealed.
Ключевые слова: микроэлементы, растительность, затопление, гидрохимический состав, свободные аминокислоты.
Keywords: micro elements, vegetation, flooding, hydro-chemical composition, free amino acids.
Современное состояние пастбищных экосистем Терско-Кумской низменности Дагестана определяется интенсивностью воздействия природных и антропогенных факторов. К природным факторам относятся климатические (воздействие высоких температур, сильных ветров, периодически повторяющихся засух) и колебание уровенного режима Каспийского моря с последующим затоплением прибрежных земель и изменением почвенно-растительного
покрова и животного мира. Антропогенные факторы включают многообразие воздействий на наземные экосистемы промышленной и сельскохозяйственной деятельности человека.
Характерными природными факторами почвообразования являются ровный рельеф, близкое расположение Каспийского моря, наличие
древнеморских донных отложений, аллювиальные донные осадки рек, засушливый климат, уровень залегания грунтовых вод.
Значительная часть изучаемой территории лежит ниже уровня моря, опускаясь у береговой линии Каспия до отметки минус 27,0-28,0 м.
Особенностью почвенного покрова являются чрезвычайная пестрота и комплексность. В почвенном покрове наибольшее распространение получили светло-каштановые, легкосуглинистые, слабо- и среднеэродированные почвы, характеризующиеся низкой
гумусностью, засоленностью и слабой водопроницаемостью. В комплексе с ними развиваются лугово-каштановые легко- и среднесуглинистые почвы, залегающие в слабовыраженных понижениях. Значительные площади заняты солончаками и солонцами.
Растительный покров представлен эфемерово-полынными, злаково-полынными, многолетне-солянково-по-лынными, неустойчивыми однолетне-солянковыми и другими сообществами [6]. Основой травостоя являются виды Artemisia (A. taurica Wild и A. lerchiana). В состав сообществ кроме эфемеров и злаковых входят также камфоросма и кохия. Наряду с доминантом Artemisia в
большом количестве участвуют виды петросимонии (Petrosimonia brachiata, P. crassifoПa, P. triandra) и солянка мясистая crassa). Здесь встречаются также злаково-разно-травные группировки, включающие длительновегетирующие травянистые, преимущественно
многолетние растения, к которым относятся ксерофильные (степные) дерновинные злаки, такие как типчак, житняки, ковыли, а также ряд видов степного разнотравья.
Терско-Кумская полупустыня
представляет собой обширную равнину, образовавшуюся после отступления
Каспийского моря, и расположена между руслами рек Терек и Кума. Исторически эти земли используются как природные кормовые угодья, куда на осенне-зимний период перегоняют основное поголовье овец горных районов республики. Мягкая и короткая зима, возможность круглосуточного пастбищного
содержания скота, ровный рельеф местности благоприятствуют
интенсивному развитию овцеводства в данной зоне. Поэтому в свете вышеуказанных обстоятельств большой научный и практический интерес вызывает изучение последствий периодического затопления прибрежных земель морской водой, его влияния на содержание в почвах органического вещества, биогенных элементов, а также биогеохимическая оценка экологических условий функционирования
агрофитоценозов в прибрежной зоне.
Затопление пастбищ меняет
минеральный состав почв и растительности в виду избытка солей, что сказывается на активности и направленности обмена веществ в растениях. При этом происходит образование и накопление
промежуточных продуктов в растениях в таких концентрациях, которые изменяют нормальное функционирование
организма. Одни из веществ оказывают токсическое воздействие на клетку, тогда как другие выполняют защитные функции.
Рост растений на засоленных почвах зависит от концентрации и химического
состава почвенного раствора. Влияние солей на растение обусловлено
осмотическим связыванием воды и специфическим действием ионов на протоплазму. С повышением
концентрации солей вода становится все менее доступной для растений. Такое явление называется физиологической засухой, то есть при влажной почве вода не может поступать в растения. Кроме того, соли, проникая в клетку,
оказывают ядовитое действие на протоплазму. Солеустойчивость
растений - это свойство протоплазмы. У различных растений протопласты погибают при разных концентрациях солей в растворах. Например,
чувствительные к засолению
протопласты гибнут при концентрации №С1 в растворе 1-1,5%, а солеустойчивые выносят 6% и более [3].
Цель нашей работы - исследовать, как влияет затопление территории пастбищ Тарумовского района, относящегося к Терско-Кумской низменности Дагестана, на минеральный состав почв и реакцию растительности.
Исходя из поставленной цели были выделены следующие задачи исследования:
1. Изучение состава морской воды Кизлярского залива.
2. Выявление концентрации микроэлементов в почвах территории.
3. Определение ферментативной активности фракций гуминовых кислот в почвах.
4. Установление содержания
микроэлементов и свободных
аминокислот в растительности пастбищ.
Материалы и методы
Пробы вод, почв и растительности брали в 10-ти кратной
последовательности, с дальнейшей статистической обработкой в программе Microsoft Exsel 2003.
Анализ проб воды Кизлярского залива был проведен по [1].
Содержание микроэлементов
определяли по методике [5, 9],
аминокислотный состав - по [8], ферментативную активность гуминовых кислот - по [4].
Для выявления ферментативной активности гуминовых кислот почвы применяли метод последовательного их выделения. Сначала было выделено 3 фракции гуминовых кислот: 1-я фракция
- свободные или связанные с подвижными полуторными оксилами, 2я - связанные с кальцием и 3-я -устойчивые к обработке щелочами. Ферментативную активность 1-й фракции гуминовых кислот определяли в водно-щелочной вытяжке, 2-й фракции
- по разнице между первой и второй щелочными вытяжками, 3-й фракции - в щелочной вытяжке.
Результаты исследований и их обсуждение
Нами был исследован
гидрохимический состав воды Каспийского моря в различных участках и для сравнения - гидрохимия воды реки Терек.
В воде Кизлярского залива, которой были затоплены пастбища Тарумовского района, рН-8,1±0,4; в р. Терек рН-8,0±0,5 и у поселка Старотеречное Кизлярского района около агрофирмы «Обох» - 7,65±0,6. Соответственно: содержание (в мг/л) ЫН/ составляло 0,01 ±0,002; 0,02±0,001 и
0,024±0,001; РО43- - 0,003±0,001; 0,05±0,001 и 0,04±0,001; Ш3- - 0,04±0,001; 0,09±0,002 и 0,07±0,002; SO42- - 1511,0±34,2; 260,0±24,1 и 1813,9±3,6; НСО3- - 176,0± 10,2; 105,6±6,4 и 184,0±12,4; железа общего - 0,04±0,001; 0,08±0,002 и 0,07±0,003; кальция -129,8±14,5; 54,5±5,2 и 136,3±16,2; хлора -2125,5 ±28,4; 37,5±6,12 и 2453±13,2; магния
- 275,8±14,6; 99±6,6 и 281,7±14,2; натрия и
калия - 1630,0±18,2; 93,7±6,8 и 1902,5±24,6. Перманганатная окисляемость (мгО2/л) достигала значений 11,2±0,5; 6,7±0,2 и 6,2±0,4; общая минерализация воды (мг/л) -5848,1±42,4; 561,2±18,4 и 6787,2±32,4,
общая жесткость (мг-экв./л) - 29,0±2,3; 63,5±8,4 и 32,2±2,2. Как видно из этих данных, гидрохимический состав проб воды, взятых из Каспия в различных местах, различен. Сравнительно высокое содержание МН/, РО43-, МО3-, SO42-, НСО3-, железа, кальция, магния, хлора, натрия, калия и высокая общая минерализация зарегистрированы у п. Старотеречное Кизлярского района. По сравнению с
гидрохимическим составом реки Терек (пресная вода) значения некоторых из этих показателей намного ниже.
Содержание микроэлементов в воде Кизлярского залива составляло (мг/кг): цинка - 0,038±0,002; меди -
0,085±0,002; кадмия - 0,0006±0,00001; свинца - 0,03±0,001; марганца -
0,056±0,0056 и йода - 0,8±0,002. В воде реки Терек: цинка - 0,054±0,002; меди -0,1±0,01; кадмия - 0,0008±0,00001;
свинца - 0,02±0,001; марганца -
0,08б±0,002 и йода - 1,9±0,З.
Таким образом, содержание меди, цинка, кадмия, марганца и йода меньше в водах Каспия в районе Кизлярского залива, в сравнении с водой реки Терек. В микроэлементном составе почв после затопления пастбищ в Тарумовском районе около Кизлярского залива (табл.1) содержание меди, кобальта, цинка, молибдена и йода было ниже, чем в почвах контрольных пастбищ.
Таблица 7
Валовое содержание микроэлементе в почвах, затопленных Каспийским морем, по сравнению с контрольными пастбищами Тарумовского района
Место взятия пробы п Содержание минеральных элементов, мг/кг сухого вещества
Си Со 1п Мо Ре Мп В J
Затопленные участки 12 14,1 ±0,6 10,2±0,6 38,4±1,2 0,6±0,06 8,3±0,4 342,4±22,4 42,2±2,3 0,82±0,004
Контр, пастбища 12 15,1 ±1,2 11,1±1,0 39,2±2,4 0,74±0,03 9,3±0,6 520,2±24,2 46,4±4,1 0,92 ± 0,03
Отмечено [2, 4, 10], что
ферментативная активность почв влияет на интенсивность и направленность биохимических процессов и является одним из основных биохимических показателей, определяющих плодородие почв: фосфатаза осуществляет
минерализацию органических
фосфорных соединений, тем самым значительно усиливает минерализацию указанных соединений в почве, что в свою очередь благоприятно сказывается на питании растений; каталаза разлагает перекись водорода на молекулярный кислород и воду, то есть разрушает вредную для клеток перекись водорода, образующуюся в процессе дыхания. Активность фермента нитроредуктазы, превращающей нитраты в нитриты, зависит от содержания молибдена в почве.
Таблица 2
Ферментативная активность фракций гуминовых кислот в почвах, затопленных Каспийским морем, и контрольных почвах
Место ВЗЯТИЯ пробы п № фракции Каталаза Ог см3мин/г Фосфатаза мг/Р на 100 г Инвертаза мг-глюкоза Нитро-редуктаза на 1 г. в-ва мкг №N02
Затопленные участки 12 1 14,2±0,2 11,2±0,8 28,4±0,8 2,2±0,04
2 0,6±0,002 0,2±0,004 0,4±0,003 0,82±0,002
3 2,8±0,03 0,8±0,002 3,2±0,002 0,40±0,001
Контрольные пастбища 12 1 20,4±9,0 12,2±0,6 32,0±1,4 1,54±0,2
2 1,4±0,3 0,4±0,01 0,6±0,01 0,42±0,03
3 3,2±0,1 1,4±0,01 4,1 ±0,2 0,28±0,01
Наши исследования влияния затопления на активность окислительно-
восстановительных ферментов гуминовых кислот почвы (табл. 2) указывают на то, что активность каталазы, фосфатазы и нитроредуктазы в гуминовых кислотах всех фракций на затопленных водами Каспийского моря участках была намного ниже, чем на контрольных участках. Так, например, активность каталазы в первой фракции гуминовых кислот почвы затопленных пастбищ составляла в среднем 14,2±0,23 смМин/г. в то время как на контрольных пастбищах - 20,4±2,0
смМин/г. Таким образом, активность каталазы в почвах контрольных участков была выше более чем на 40%. Аналогичное повышение активности фермента было зарегистрировано и в других фракциях, кроме нитроредуктазы.
Содержание микроэлементов в
растительности затопленных и
контрольных пастбищ Тарумовского района также различно (табл. 3). Так, например, по 10 видам растений с затопленных и контрольных участков суммарное содержание составляло по йоду 0,428±0,02 и 0,729±0,3 мг/кг
сухого вещества, по кобальту -0,228±0,03 и 0,264±0,02 мг/кг сухого вещества, по меди - 4,16±0,4 и 5,02±0,6 мг/кг сухого вещества, по марганцу -24,6±1,3 и 33,3±4,2 мг/кг сухого вещества и по молибдену 0,128±0,01 и
0,228±0,1 мг/кг сухого вещества соответственно.
Таблица 3
Сравнительные данные о содержании некоторых микроэлементе в растительности пастбищ Тарумовского района, затпленных Каспийским морем, и контрольных пастбищ (мг/кг)
Пастбища Микроэлементы
J Со Си Мп Мо
Затопленные Сумма М ± т 4,28 0,428 ± 0,02 2,28 0,228 ± 0,03 41,6 4,16 ±0,4 246 24,6 ± 0,1 1,28 0,128 ±0,01
Контрольные Сумма М ± т 7,29 0,729 ± 0,3 2,64 0,264 ± 0,02 50,2 5,02 ± 0,6 333 33,3 ± 4,2 2,28 0,228 ± 0,01
Нарушение обмена аминокислот вызывает ярко выраженные
патологические изменения.
Недостаточность триптофана в
растительности приводит к
относительному избытку других аминокислот. Их неполное использование резко снижает содержание никотиновой кислоты, входящей в состав ряда окислительных ферментов. При дефиците незаменимых аминокислот в
растительности увеличивается выделение комплексов аминокислот с медью и другими микроэлементами. Нарушение аминокислотного состава или снижение содержания аминокислот в
растительности может привести к образованию их комплексов с микроэлементами, что, в свою очередь, влечет за собой потерю значительного количества аминокислот организмом. Изменение обмена аминокислот вызывает нарушение белкового обмена, ферментативных процессов и появление токсичных комплексов [7].
В этом аспекте научный интерес представляют результаты исследований, произведенных с целью выявления содержания каждой незаменимой аминокислоты в растениях, служащих кормом для пасущихся на той или иной территории животных.
Таблица
Содержание свободных аминокислот в растительности зимних пастбищ Тарумовского района, затпленных Каспийским морем (г/кг сухого вещества)
Свободные аминокислоты Пастбища
Затопленные Сумма/ М ± т Контрольные Сумма/ М ± т
Аланин 31,05/1,64 ±0,3 32,42/1,706 ±0,21
Валин 28,95/1,52 ±0,3 34,04/1,79 ±0,2
Лейцин 34,32/1,80 ±0,2 51,31/2,70 ±0,21
Тирозин 7,08/ 0,38 ± 0,02 11,96/0,63 ±0,018
Фенилаланин 11,26/0,59 ±0,01 34,88/1,83 ±0,1
Глицин 8,84/ 0,47 ± 0,02 10,20/0,54 ±0,01
Серин 10,32/ 0,54 ±0,02 11,74/ 0,62 ±0,02
Аргинин 31,1/1,64 ±0,2 34,82/1,83 ±0,2
Лизин 25,30/ 1,33 ±0,2 33,32/ 1,74 ±0,02
Цистеин 7,47/1,39 ±0,02 9,63/ 0,50 ±0,02
Аспарагиновая кислота 70,66/0,37 ±0,02 10,20/0,53 ±0,02
Г истидин 10,96/0,54 ±0,02 19,00/1,00 ±0,2
Треонин 13,36/0,70 ±0,02 18,8/0,99 ±0,02
Метионин 5,66/0,30 ±0,02 7,96/ 0,42 ± 0,02
Глутаминовая кислота 7,34/ 0,39 ±0,02 7,92/ 0,42 ±0,01
Каждая аминокислота специфически действует на обменные процессы в организме. Материалом для указанных исследований послужили разнообразные виды растительности пастбищ Тарумовского района, собранные после затопления пастбищ Каспийским морем, и контрольных участков. Полученные результаты даны в таблице 4.
Сумма всех аминокислот по 19 видам растений на контрольных пастбищах была выше, чем на затопленных участках. Так, например, общее количество метионина по 19 видам растений, собранных после затопления пастбищ Тарумовского района, составляет 5,66 г/кг сухого вещества, в то время как на контрольных пастбищах этот показатель достигает величины 7,96 г/кг сухого вещества. выше, чем на затопленных участках. Сходные результаты получены для цистеина, лизина, лейцина и других аминокислот (табл. 4). Общая сумма аминокислот по 19 видам растений на затопленных пастбищах составляла 2394 г в 19 кг сухого сена, а на контрольных участках -3281 г в 19 кг сухого сена.
В результате наших исследований установлено, что содержание аминокислот в растительности с затопленных пастбищ в сравнении с растительностью контрольных пастбищ снижено более чем на 40%.
Затопление территории пастбищ Тарумовского района Республики Дагестан Каспийским морем влияет на обмен аминокислот, содержание микроэлементов в растительности и почве, а также на
Примечания
активность окислительно-
восстановительных ферментов. Так, отмечается меньшее содержание микроэлементов в морской воде по сравнению с речной (15-35%), соответственно наблюдается и уменьшение их в почвах затопленных Каспийским морем участков (около 10%).
Очевидно уменьшение
ферментативной активности фракций гуминовых кислот в почвах затопленной территории (к примеру, активность каталазы в первой фракции гуминовых кислот почвы затопленных пастбищ была меньше по сравнению с контрольными пастбищами более чем на 40%).
В накоплении микроэлементов и свободных аминокислот в
растительности пастбищ прослеживается та же закономерность - уменьшение этих показателей на территории
затопленных пастбищ (микроэлементов до 15-44%, свободных аминокислот до 40%).
В целях сохранения оптимальных
экологических условий для развития и сохранения биологических ресурсов периодически затапливаемых территорий побережья целесообразна разработка комплексной программы защиты почв от деградации, вторичного засоления,
загрязнения, а также применение
фитомелиорации, безотвального способа обработки почв, рациональное
использование природных ресурсов региона.
1. Алехин О.А. Руководство по химическому анализу воды. - Д.: Метеоиздат, 1973. - 272 с. 2.
Алехина Ч.П. Досеева О.А. Ферментативная активность почв. - М.: Наука, 1991. 3. Вальков
В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Экология почв: Учебное пособие для студентов вузов. Часть
2. Разрушение почв. Дегумификация. Нарушение водного и химического режима почв. - Ростов
на/Д.: УПЛ РГУ, 2004. 4. Голстян А.Ш. Ферментативная активность почв Армении. - Ереван,
1974. 5. Ковальский В.В. Методы определения микроэлементов в почвах, растительности,
животных организмах. - М., Изд-во ВИЖ, 1962. 6. Лепехина А.А. Флора и растительность
Дагестана. Ботанические факторы ноосферы. - Махачкала, 2002. - 352 с. 7. Луганова С.Г. Влияние соотношения йода к фтору и йода к селену в почве и растительности на активность некоторых металлоферментов // Почвенные и биологические ресурсы южных регионов России.
- Махачкала: Изд-во ДНЦ РАН, 2004. - С. 52-56. 8. Пасхин Т.С. Определение аминокислот.
Методическое письмо института биологии и медицинской химии АМН СССР, 1990. 9. Ринкис
Г.Я. Ускоренный метод определения микроэлементов в почвах и растительности // Журнал «Биологическая наука сельскому и лесному хозяйству». - Рига: Изд-во АН ЛАТВ. СССР, 1962 - Т.4.
- С. 13-14. 10. Савич В.И. Повышение плодородия почв путем регулирования окислительно-
восстановительных процессов // Докл. ВАСХНИЛ. Т.6. 1974. - С. 43-52.
Статья поступила в редакцию 23.09.08 г.
