CC BY
16
УДК 631.4
ОЦЕНКА АККУМУЛЯЦИИ БИОГЕННЫХ И ТОКСИЧНЫХ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ ПАШНИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
В.И. Просянников, к.с.-х.н.
Центр агрохимической службы «Кемеровский», e-mail: agrohim_42@mail.ru
В пахотных почвах агроландшафтов Кемеровской области определено содержание микроэлементов. Для оценки аккумуляции элементов в верхнем горизонте почв рассчитаны эколого-геохимические коэффициенты. Кларки концентрации Ni, Cr, Co, Cu и Zn в почвах всех ландшафтов меньше единицы. Содержание Pb и Mn в почвах - на уровне кларка литосферы или чуть больше, Cd в 6,9-9,0 раз больше. В почвах пашни биогенно накапливаются по сравнению с почвообразующими породами все изучаемые элементы. Особенно большие коэффициенты накопления по Pb и Cd. Это связанно как с поглощением растениями, так и с техногенным поступлением. Доля подвижных (Кп) Cd и Pb во всех агроландшафтах выше чем других элементов - это может быть связанно с дополнительным их поступлением за счет загрязнения атмосферы.
Ключевые слова: микроэлементы, почва, агроландшафт, коэффициент накопления, кларк концентрации.
EVALUATING THE ACCUMULATION OF BIOGENIC AND TOXIC TRACE ELEMENTS IN THE SOILS OF THE TILLED FIELDS IN THE SOUTH-EAST OF WESTERN SIBERIA
V.I. Prosyannikov
Trace elements content in the tilled soils of the cultivated lands in Kemerovo region was evaluated. To evaluate the accumulation of trace elements in the top soil horizon the ecological and geochemical coefficients were calculated. Concentration clarkes of Ni, Cr, Co, Cu and Zn in the soils of all the cultivated lands are equal to less than one. The content of Pb and Mn in the soils is at the level of the clarke of the lithosphere or a little more, that of Cd is 6,9-9,0 times more. All the trace elements under study accumulate in the soils of the tilled fields in a biogenic way in comparison with the parent rock material. The accumulation coefficients of Pb and Cd are particularly high. It is connected both with the absorption by plants and anthropogenic intake. The share of labile (K„) Cd and Pb in all the cultivated lands is higher than that of the other trace elements - it may be connected with their additional intake due to atmospheric pollution.
Keywords: trace elements, soil, agrolandscape, accumulation coefficient, concentration clarke.
Разнообразие природных условий и техногенной нагрузки на окружающую среду определили необходимость детализации и систематизации данных по содержанию микроэлементов в почвах агроландшафтов юго-востока Западной Сибири (Кемеровская область).
Биогенные и токсичные микроэлементы, попадающие в почву за счет разных источников, претерпевают перераспределение в зависимости от минералогического и гранулометрического состава, содержания гумуса и физико-химических свойств.
Горизонтальная и вертикальная миграция микроэлементов в почве определяется нахождением водорастворимых элементов в обменно-сорбированном состоянии и их биогенной аккумуляцией [1]. Распределение химических элементов в пространстве обусловлено особенностями их миграции. Неоднородность содержания вследствие миграции химических элементов можно охарактеризовать ландшафтно-геохимическими коэффициентами [2].
Цель исследований: определить уровни содержания биогенных и токсичных микроэлементов в почвах Кемеровской области и особенности аккумуляции их по агро-ландшафтам.
Исследования проводили на зональных почвах Кемеровской области: черноземы (выщелоченные, оподзолен-ные, обыкновенные) и серые лесные почвы (темно-серые и серые), на которых расположена основная часть пашни.
Для оценки степени аккумуляции элементов использованы эколого-геохимические коэффициенты: кларк концентрации (КК) - содержание элементов по отношению к их содержанию в литосфере; коэффициент накоп-
ления (Кн) - содержание элементов по отношению к их содержанию в почвообразующей породе [3], доля подвижных форм элементов (%) по отношению к валовому их содержанию (Кп).
На основе статистической обработки результатов аг-роэкологического мониторинга, используя электронный архив показателей, установлены средневзвешенные содержания микроэлементов в почвах пашни агроланд-шафтов (табл. 1).
Пределы варьирования содержания широкие по всем микроэлементам, что связано с разнообразием почвенно-климатических условий и техногенной нагрузки на отдельные земельные участки (агротехнические мероприятия, локальные техногенные эмиссии элементов и др.). При среднем содержании валовых форм, незначительно отличающимся по агроландшафтам изменчивость содержания микроэлементов в почвах варьирует от слабой (V < 10%) до сильной (25 < V < 40%). Более низким валовым содержанием Мп, 2п и Сг отличаются почвы «Островной» лесостепи по сравнению с почвами агроланд-шафтов Кузнецкой котловины. Почвы степи Присалаир-ской депрессии содержат больше 2п, на них оказывает влияние Салаирский ГОК и работавший до 1990-х гг., а ныне закрытый, цинковый завод.
Для сравнительной оценки содержания элементов и их аккумуляции в почвах рассчитаны кларки концентрации (КК) по отношению к их содержанию в литосфере. По Мп, РЬ КК в пахотном горизонте почв близки или более единицы во всех агроландшафтах. В ряду элементов Cd имеет больший КК в пахотных почвах всех агро-
1. Валовое _ содержание микроэлементов в почвах пашни, мг/кг
А Мп Zn Си Со Сг N1 са РЬ
Б 966 ± 3,9 57,8 ± 0,22 16,7 ± 0,1 15,6 ± 0,1 26,3 ± 0,2 32,4 ± 0,2 1,16 ± 0,02 14,9 ± 0,22
113-1712 18-103 6-38 7-45 8-62 16-64 0,3-3,0 4-42
В 1004 ± 5,2 56,0 ± 0,26 18,6 ± 0,1 12,9 ± 0,1 26,5 ± 0,2 32,1 ± 0,2 1,03 ± 0,02 16,2 ± 0,27
462-1979 19-106 5-35 6-26 9-61 5-64 0,2-2,6 2-48
Г 985 ± 5,2 63,7 ± 0,5 18,5 ± 0,1 13,0 ± 0,1 24,5 ± 0,2 34,0 ± 0,2 1,03 ± 0,04 15,3 ± 0,34
404-2161 20-270 8-31 8-24 9-88 12-64 0.3-6,4 3-77
Д 811 ± 9,6 48,8 ± 0,5 17,5 ± 0,2 14,4 ± 0,2 23,1 ± 0,2 35,2 ± 0,6 0,90 ± 0,06 18,2 ± 0,89
306-1216 24-96 9-30 7-47 8-63 15-61 0,2-2.2 6-59
К 966 57,4 17,7 14,1 25,7 32,9 1,07 15,7
113-2161 18,4-269 5,0-18,6 6,0-47,0 8-88 9,7-77,2 0,18-2,98 4,4-62,0
Л 1000 83 47 18 83 58 0,13 16,0
А - агроландшафты: Б - Мариинско-Ачинская лесостепь и лесостепь предгорий, В - лесостепь Кузнецкой котловины, Г - степь Присалаирской депрессии, Д - «Островная» лесостепь; К - средневзвешенное содержание элемента; Л - кларк в литосфере [4].
ландшафтов области с варьированием 6,92-8,92 (рис. 1). Это свидетельствует о техногенном привнесении Cd в почвы пашни всех агроландшафтов области.
Почвы региона особенно обеднены Си и Сг, во всех агроландшафтах их содержание составляет 0,3-0,4 от кларка литосферы. По №, 2п и Со, КК находятся в пределах 0,5-0,8. В почвах степи Присалаирской депрессии КК по 2п выше, чем в других агроландшафтах. В этом агроландшафте распространены преимущественно черноземные почвы, которые аккумулировали и техногенное поступление 2п. На содержание кадмия в почвах огромное влияние оказывает угольная промышленность и металлургия Кузбасса.
По среднему значению КК элементов составлен ряд: для лесостепи Кузнецкой котловины, Мариинско-Ачинской лесостепи - Cd > Mn > Pb > Со > Zn > Fe > №
> Си > Сг; для степи Присалаирской депрессии - Cd > РЬ = Мп > Zn > Со > Fe > № > Си > Сг; для «Островной» лесостепи предгорий - Cd > РЬ > Мп = Со > Fe = № > Zn
> Си > Сг.
По величине коэффициента накопления (Кн) можно судить, насколько велико закрепление микроэлементов в гумусовом горизонте. Кн значительно отличается по агроландшафтам (рис. 2).
В почвах пашни лесостепи Кузнецкой котловины и степи Присалаирской депрессии идет накопление всех микроэлементов (Кн > 1) по сравнению с почвообра-зующими породами, как за счет биогенного поступления
Рис. 1. Кларки концентрации микроэлементов в почвах пашни
Рис. 2. Коэффициенты накопления микроэлементов в почвах пашни агроландшафтов
с растительными остатками, так и за счет техногенного, особенно по РЬ и Cd. Здесь сконцентрированы предприятия угледобывающей и металлургической промышленности. Почвы Мариинско-Ачинской лесостепи и «Островной» лесостепи содержат меньше Fe, Мп, 2п, Си, чем почвообразующие породы. В них отмечается накопление Со, Сг, №, РЬ и СД.
На земельных участках, имеющих один тип почв наблюдается широкое варьирование агрохимических показателей, поэтому обеспеченность подвижными формами микроэлементов может быть не одинаковой для растений. Преобладающая часть содержащихся в почве микроэлементов растениям недоступна и подвижные соединения Си, Со, Мп составляют только 10-25% общего количества [5].
На основе статистической обработки результатов аг-роэкологического мониторинга, установлены средневзвешенные содержания подвижных форм микроэлементов в почвах пашни агроландшафтов (табл. 2).
Почвы Мариинско-Ачинской лесостепи содержат больше подвижных форм Си и Сг чем почвы других аг-роландшафтов. В почвах «Островной» лесостепи больше подвижных форм Со, №, РЬ и меньше Мп. В почвах пашни степи Присалаирской депрессии более высокое содержание подвижных форм Мп, 2п, СД, РЬ, что связано с загрязнением атмосферы промышленными выбросами и большим валовым содержанием их в почвах.
2. Содержание подвижных ^ форм микроэлементов в почвах пашни, мг/кг
А Mn Zn Cu Co Cr Ni Cd Pb
Б 44,9 ± 0,23 1,19 ± 0,02 0,24 ± 0,01 0,40 ± 0,01 0,93 ± 0,01 0,81 ± 0,01 0,109 ± 0,004 1,10 ± 0,022
12-120 0,1-16,0 0,01-3,03 0,1-1,9 0,11-4,0 0,14-4,6 0,01-0,45 0,1-3,4
В 41,0 ± 0,3 0,91 ± 0,02 0,10 ± 0,001 0,28 ± 0,01 0,83 ± 0,01 0,62 ± 0,01 0,135 ± 0,004 0,98 ± 0,021
11-140 0,1-10,0 0,02-0,85 0,1-1,0 0,10-3,0 0,10-3,0 0,01-0,51 0,1-3,1
Г 46,6 ± 0,4 1,86 ± 0,15 0,19 ± 0,01 0,34 ± 0,01 0,54 ± 0,01 0,57 ± 0,01 0,172 ± 0,009 1,33 ± 0,028
12-140 0,1-147,0 0,02-1,38 0,1-2,0 0,10-3,0 0,10-2,1 0,01-2,95 0,1-6,4
Д 37,8 ± 0,6 1,19 ± 0,03 0,21 ± 0,01 0,45 ± 0,01 0,58 ± 0,02 0,96 ± 0,03 0,151 ± 0,013 1,43 ± 0,09
10-82 0,2-6,0 0,03-1,62 0,1-1,8 0,10-2,6 0,20-2,6 0,01-0,55 0,2-2,2
К 43,3 1,22 0,18 0,36 0,50 0,73 0,13 1,14
10-140 0,1-147,0 0,01-3,03 0,1-2,0 0,1-4,0 0,1-3,0 0,01-2,95 0,1-6,4
А - агроландшафты: Б - Мариинско-Ачинская лесостепь и лесостепь предгорий, В - лесостепь Кузнецкой котловины, Г - степь Присалаирской депрессии, Д - «Островная» лесостепь; К - средневзвешенное содержание элемента.
Рис. 3. Доля подвижных микроэлементов относительно их валового содержания в почвах пашни по агроландшафтам
Доля подвижных форм элементов от их валового содержания, зависит от физико-химических свойств почв. В исследованиях С.С. Трофимова [6] Кп Мп, Си, 2п в верхних горизонтах черноземных почв Кемеровской области уменьшается в ряду от оподзоленных к обыкновенным черноземам, т.е. с уменьшением кислотности, увеличением содержания гумуса и емкости катионного обмена.
По нашим данным, в почвах пашни «Островной» лесостепи Со, №, РЬ, Cd более подвижны, чем в почвах других ландшафтов их Кп в среднем составляют 3,1%, 2,7, 7,8 и 16,8% соответственно. Это может быть связано с большей долей кислых почв и меньшим содержанием гумуса в них (рис. 3).
Подвижность Cr, Mn, и Zn в почвах по агроландшафтам отличается не значительно и составляет 1,8-2,0%, 4,0-4,7% и 1,6-2,9% соответственно. Наибольшая доля подвижных форм от их валового содержания в почвах всех агроландшафтов региона отмечается по Pb и Cd до 8,7 и 16,8% соответственно.
Таким образом, в почвах пашни агроландшафтов отмечается пространственная дифференциация микроэлементов, изменчивость их содержания варьирует от слабой до сильной. Более низким валовым содержанием Mn, Zn и Cr отличаются почвы «Островной» лесостепи. Почвы степи Присалаирской депрессии содержат больше Zn, чем почвы других агро-ландшафтов, что связано с его техногенным поступлением. Определено кларковое содержание микроэлементов в почвах пашни, включающее как естественный фон, так и привнесенные микроэлементы от техногенных источников. В почвах степи Присалаирской депрессии отмечается накопление Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Cr, Ni, Pb, Cd (Кн > 1). Почвы Мариинско-Ачинской лесостепи и «Островной» лесостепи аккумулируют Co, Cr, Ni, Pb, Cd, а содержание Fe, Mn, Zn, Cu в них меньше, чем в почвообразующих породах.
Наибольшая доля подвижных форм от их валового содержания в почвах всех аг-роландшафтов региона отмечается по Pb и Cd соответственно 8,7 и 16,8%.
Литература
1. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. - М.: изд. II, 1957. - 238 с.
2. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. - М.: Астрея-2000, 1999. - 762 с.
3. Гаврилова И.П., Касимов Н.С. Практикум по геохимии ландшафта. - М.: Изд-во. МГУ, 1989. - 72 с.
4. Виноградов А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия, 1962, № 7. - С. 555-571.
5. Орлов Д.С. Микроэлементы в почвах и живых организмах // Соросовский образовательный журнал, 1998, № 1. - С. 61-68.
6. Трофимов С.С. Экология почв и почвенные ресурсы Кемеровской области. - Новосибирск: Изд-во «Наука» Сибирское отделение, 1975. - 299 с.
