CC BY
24
УДК 631.416.9
Си, Zn и Ni В КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ БУРЯТИИ
Е.А. Бодеева (научный руководитель Г.Д. Чимитдоржиева, д.с.-х.н.)
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, e-mail: ioeb@biol.bscnet.ru
Изучено валовое содержание и профильное распределение микроэлементов (меди, цинка и никеля) в целинных каштановых почвах Забайкалья. Установлена зависимость их содержания от концентрации в почвообразующих породах и некоторых биогеохимических барьеров. Обнаружена биогенная аккумуляция элементов в гумусовом горизонте, а также некоторая сорбция на карбонатно-щелочном барьере. Выявлено, что валовой уровень Си, Zn и Ni не превышает фоновые значения и предельно допустимые концентрации для почв.
Ключевые слова: почвы, почвообразующие породы, валовые формы микроэлементов, биогеохимические барьеры, аккумуляция.
Си, Zn & Ni IN CHESTNUT SOIL IN BURYAT REPUBLIC E.A. Bodeeva
Gross content and profile distribution of microelements (copper, zinc and nickel) in virgin chestnut soil in Trans-Bailkalia region is researched. Dependence of microelements content from it concentration in parent rocks and some bio-geochemical barriers. Biogenic accumulation of microelements in humus horizon and sorption at carbonate-alkaline barrier are determined. Established that gross level of Си, Zn and Ni doesn't exceed background level and maximum permissible concentration.
Keywords: soil, parent rocks, gross forms of microelements, biogeochemical barriers, accumulation.
Медь, цинк и никель относятся к биофильным элементам, которые в малых количествах играют чрезвычайно важную роль в жизни живых организмов, активируя ферменты, влияющие на биохимические процессы, но при высоких концентрациях они являются опасными токсикантами. Следовательно, необходим контроль за их содержанием в объектах окружающей среды и, прежде всего, в почвенном покрове. Отсюда необходимо знание их фонового количества, служащего точкой отсчета при мониторинговых исследованиях.
С целью выявления степени накопления Си, Ъп, № в гумусе каштановых почв нами начато изучение их содержания в почвообразующей породе и распределение их по профилю почвы.
Объектами изучения были целинные каштановые почвы сухостепных формаций, где разрез 16 заложен на южном склоне отрогов хребта Улан-Бургасы на делювиальных супесях (с. Ацагат); разрез 26 - в Иволгинской котловине на пролювиальных песчаных отложениях (с. Тапхар); разрез 36 в Тугнуйской долине на пролювиаль-но делювиальных наносах (с. Тугнуй). Степные территории Бурятии существуют в виде отдельных разрозненных участков, приуроченных к крупным межгорным депрессиям, в центральных частях которых располагаются массивы сухих степей с каштановыми почвами.
Физико-химические свойства определяли общепринятыми в агрохимии методами. Валовое содержание элементов определено после разложения прокаленной почвы НР в присутствии Н2804 и перевода в солянокислый раствор методом атомно-абсорбционной спектроскопии.
Большинство почв наследует валовое количество химических элементов от породы, на которой они сформировались и определятся ее литохимическим составом, наличием определенных биогеохимических барьеров и особенностями физико-химических свойств. В процессе почвообразования происходит незначительная их миграция в почвенном профиле, связанная с биогенной аккумуляцией в гумусовом горизонте, и перераспреде-
ление их как результат почвообразовательного процесса.
Исследуемым каштановым почвам, функционирующим в условиях жесткого режима увлажнения, свойственна незначительная мощность горизонта А (0-26 см). Легкий гранулометрический состав определяет низкое содержание гумуса (1,0-2,6%) и низкую емкость катион-ного обмена. В почвенно-поглощающем комплексе доминируют катионы кальция. Для верхних горизонтов характерна реакция среды, близкая к нейтральной (рН 6,4-6,8), а в средней и нижней частях профиля - слабощелочная (щелочная) реакция почвенного раствора (табл. 1).
Среди биогеохимических барьеров в исследуемых почвах наиболее выражены биогенный (А - горизонт), карбонатный и нейтрально щелочной (Вк - горизонт), в которых наблюдается аккумуляция валовых форм микроэлементов, за исключением меди в гумусовом горизонте р. 36 (табл. 2).
В распределении ТМ в составе гранулометрических фракций прослеживается общая закономерность приуроченности элементов к илу [1]. По В.Б. Ильину [2] наблюдается большое различие в содержании ТМ между грубыми (песчаными) и тонкими породами: в песках оно в несколько раз меньше, чем в суглинках и глинах. В песках наблюдается преобладание первичных минералов над вторичными, в частности кварца, почти лишенного ТМ. А если учесть, что глинистые минералы пород служат основным источником микроэлементов, то каштановые почвы, обедненные глинистыми минералами, исходно содержат незначительные количества меди, цинка и никеля.
В пролювиально-делювиальных наносах разреза 36 количество меди составило 10,7 мг/кг, в пролювиально-песчаных отложениях - 8,6 и в элювиальных супесях -12,2 мг/кг (табл. 2), то есть во всех почвообразующих породах ее количество незначительно. Наименее обогащены медью пролювиальные отложения разреза 26 конусов выноса, состоящие из песков. В почвах в процессе почвообразования и круговорота веществ и энергии заметна биогенная аккумуляция Си, которая в разрезе 16
1. Физико-химические показатели каштановых почв
Разрез, месторасположение Генетический горизонт, глубина, см рНн20 Гумус, % Поглощенные основания Частицы размером < 0,01 мм, %
Са2+ Mg2+ Z
мг-экв/100 г почвы
Р. 16, Агацат А 0-21 6,4 2,5 15,0 4,1 19,1 27,3
В 21-36 6,7 1,4 14,5 3,9 18,4 27,8
Вк 36-82 7,3 0,2 17,5* 25,9
Ск 82-150 8,3 - 16,0* 21,7
Р. 26, Тапхар А 0-21 6,8 2,1 13,4 3,7 17,1 22,3
В 21-46 7Д 1,1 12,8 3,1 15,9 15,4
Вк 46-106 8,3 0,1 12,0* 15,2
Ск 106-148 8,4 - 12,0* 15,5
Р. 36, Тугнуй А 0-26 6,7 2,3 14,6 3,9 18,5 27,5
АВ 26-34 6,9 1,3 13,9 3,3 17,2 21,7
В 34-60 7,2 0,7 10,8 3,1 13,9 19,3
Вк 60-88 8,0 0,2 16,0* 15,5
Ск 88-150 8,4 0,1 14,0* 15,3
*емкость поглощения
достигает 19,5 мг/кг, что близко к данным по Забайкалью [3] и фоновым содержаниям меди в почвах [4], но ниже максимального уровня в таковых Новосибирской области [5] и Восточного Казахстана [6], к которым изучаемые почвы близки по генезису. Биогенное накопление элемента [7] в А1 связано с тем, что ТМ при взаимодействии с гумусовыми кислотами образуют труднорастворимые органоминеральные соединения. Однако незаметна биогенная аккумуляция меди в почвах разреза 36.
Профильное распределение валовой меди в почвах равномерное, хотя наблюдается некоторая тенденция аккумуляции металла на нейтрально-карбонатном геохимическом барьере - разрезы 16 и 26 (табл. 1). Важное значение в оценке уровня содержания меди в породах и почвах имеет также соотношение между основными компонентами их химического состава - оксидом кремния БЮ2 и суммой оксидов, а особенно полуторных (А1203, Ре203). Оно показывает долю рассеянных элементов чем выше таковое, тем выше уровень валового содержания 8Ю2, а следовательно, уровень первых невысок. Согласно данным валового химического состава почв, это соотношение составляет в разрезе 16 0,03, в разрезе 26 и 36 соответственно 0,02. Следовательно, количество Си как в гумусовом горизонте, так и в породе двух последних разрезов незначительно.
Валовый состав каштановых почв отличается от такового аналогичных почв европейской части России более низкими содержаниями А120з (13-16%), Ре20з (4,0-
6,5%), что свидетельствует о наличии большого количества первичных минералов.
Сравнение валового химического состава каштановых почв и исходной почвообразующей породы показывает их незначительное различие, свидетельствующее о слабом химическом изменении минерального состава почвенного профиля. Однако заметна биогенная аккумуляция химических элементов в верхних органогенных слоях, где отмечено высокое содержание в почвах окиси "П и К, последний элемент, возможно, связан с содержанием минерала иллита. Количество кремнезема равномерно распределено по профилю почв. Содержание гид-роксидов Бе и Мп, на которых могут накапливаться изучаемые элементы, незначительно (табл. 3).
Если учесть известную закономерность [7], что при смене среды с нейтральной на щелочную происходит закрепление большинства металлов в составе таких сорбентов как оксиды Бе, Мп, А1, то вследствие обедненности почвы последними еле заметно возрастание их на этих барьерах, следовательно, и содержание Си низкое (табл. 3).
Данные по уровню содержания цинка в материнской породе исследованных почв близки к данным [1] на почвах Иволгинской котловины и в карбонатных породах степного Алтая [5], ниже, чем в осадочных почвообра-зующих породах Забайкалья [3].
Валовое количество цинка в исследуемых почвах варьирует от 47,0 до 59,0 мг/кг, что соответствует данным по каштановым почвам Забайкалья [5], ниже макси-
2. Медь, цинк, никель и в каштановых почвах Забайкалья, мг/кг
Разрез, месторасположение Генетический горизонт, глубина, см Си Zn Ni
Р. 16, Ацагат А 0-21 19,5 59,0 21,2
В 21-36 14,7 72,0 17,8
Вк 36-82 13,3 69,3 23,9
Ск 82-150 12,2 21,7 11,7
Р. 26, Тапхар А 0-21 11,5 51,0 30,8
В 21-46 16,0 70,0 26,0
Вк 46-106 12,2 61,0 23,9
Ск 106-148 8,6 33,8 23
Р. 36, Тугнуй А 0-26 8,4 46,9 22,6
AB 26-34 9,5 33 15,0
В 34-60 6,8 25,4 15,7
Вк 60-88 10,5 39,6 21,4
Ск 88-150 10,7 37,8 20,4
36 Агрохимический вестник • № 1 - 2012
3. Cu, Zn, Ni, породах и каштановых почвах, мг/кг
Элемент Осадочные породы Забайкалья1 Каштановые почвы Забайкалья2 Фон. содер.3 Каштан, почвы Казахстана4
Пределы варьир-я Ср. сод. Пределы варьир-я Ср. сод.
Си 10,0-30,0 20,0 ± 2,3 9,0-31,0 24,0 20,0 40,0
Zn 30,0-112,0 74,0 ±4,9 51,0-145,0 55,5 54,0 80,0
Ni 13,0-36,0 27,0 ± 2,7 12,0-148,0 28,0 35,0 37,0
1 и 2 Иванов, 2007; 3 Гуляева, 2002; 4 Панин, 1999
мального уровня в аналогичных почвах Новосибирской области [8], Восточного Казахстана [6]. Это количество ниже ПДК в почвах по России, однако значительно превышает его содержание в породах.
Наблюдается биогенное накопление элемента в верхних горизонтах (А, АВ) в почвах всех трех разрезов, а также некоторая сорбция его на карбонатном барьере. Здесь казалось бы наиболее ярко должна проявиться сорбция цинка при смене среды с нейтральной на щелочную в сочетании с неблагоприятным режимом увлажнения, однако, в силу обедненности пород и почв оксидами и гидроксидами Бе, А1 и Мп, таковая заметна слабо. Самое большое количество Ъп заметно в переходном горизонте с нейтральной реакцией среды (р. 16 и р. 26), со смещением которой в сторону щелочной отмечается тенденция уменьшения. Минимальный уровень содержания 2п в почвах отмечен в разрезе 36, что вероятно связано с самым низким содержанием здесь оксида марганца, являющегося главным сорбентом цинка в почве и породе.
Доля участия оксидов Мп в закреплении Ъа. значительна [9], существуют также данные о немалой роли оксидов железа в аккумуляции 7л\ [10], хотя кларк Мп в 38 раз ниже кларка Ре. Поскольку оксиды Мп закрепляют катионогенные элементы, в том числе и цинк, то при анализе данных валового состава почв и содержания изучаемых трех микроэлементов нами обнаружена некоторая корреляция между ними. Если среднее содержание оксида марганца по профилю исследуемых почвенных разрезов располагается в ряд по убыванию: р. 16 (0,068) > р. 26 (0,058) > р. 36 (0,046), то среднее содержание Хп прямо пропорционально среднему содержанию рассматриваемого оксида, конкретно р. 16 54,5 > р. 26 49,4 > р. 36 36,5 мг/кг.
Уровень валового содержания никеля в материнской породе исследованных почв варьирует от 11,7 до 23,0 мг, что ниже кларка литосферы (табл. 3) [11]. В исследуемых почвах содержание никеля находится в пределах 11,7-30,8 мг/кг, что ниже ПДК почв в России и фонового содержания [4] и соответствует данным Г.М. Иванова [3] на каштановых почвах. В данных почвах отмечается общая тенденция аккумуляции его в гумусовом горизонте, связанная с биогенной сорбцией гумусовыми веществами. Прослеживается тенденция накопления элемента на карбонатно-щелочном барьере изучаемых почв (табл. 2), поскольку по данным Г.В. Мотузовой [12] в сухостепных ландшафтах № имеет низкую подвижность, и при рН выше 6,8 он осаждается в верхней части карбонатного горизонта.
Наибольший уровень содержания № наблюдается в почве разреза 26, где выявлено его максимальное количество в породе (23,0 мг/кг), средний в р. 36 с чуть более низким значением в Ск (20,4 мг/кг), минимальный в р. 16 (11,7 мг/кг). Четкой связи никеля с содержанием БЮг не прослеживается. Содержание № подтверждает общую закономерность приуроченности валовых форм всех изученных элементов к карбонатному горизонту.
Таким образом, каштановые почвы республики Бурятии обеднены Си, Z#t, № вследствие низкого содержания их в почвообразующих породах. Отмечена их биогенная аккумуляция в органогенном слое. Наблюдается сорбция Си, Zft, М на карбонатно-щелочном геохимическом барьере. Прослеживается зависимость их содержания от соотношения БЮ2 к оксидам Ре и А1, а также от присутствия оксидов Мп. Следует ожидать незначительные количества этих микроэлементов в связи с гумусовыми веществами.
Литература
1. Убугунов JI.JI. Содержание элементов - биофилов в илистой фракции каштановых почв Бурятской АССР // Почвоведение, 1984, №7.-С. 35-41.
2. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе «почва - растение». Новосибирск, 1991. - 149 с.
3. Иванов Г.М. Микроэлементы-биофилы в ландшафтах Забайкалья. - Улан-Удэ, 2007. - 237 с.
4. Гуляева Н.Г. Методические рекомендации по эколого-геохимической оценке территорий при проведении многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:1000000 и 1:200000. -М., 2002. - 70 с.
5. Пузанов A.B., Малыгин М.А., Горюнова Т.А., Ельчининова O.A. Микроэлементы в почвах и растениях средней части Ку-лундинской депрессии // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде // Сб. докл. I Международной научно-практической конференции. Семипалатинск, 2002. С. 134-143.
6. Панин М.С. Формы соединений тяжелых металлов в почвах средней полосы Восточного Казахстана (фоновый уровень). -Семипалатинск, 1999. - 329 с.
7. Веригина К.В. Роль микроэлементов в жизни растений и их содержание в почвах и породах. - М., 1964. - 197 с.
8. Сеничкина М.Г., Абашеева Н.Е. Микроэлементы в почвах Сибири. - Новосибирск, 1986. - 176 с.
9. Водяницкий Ю.Н. Минералогия и геохимия марганца (обзор литературы) // Почвоведение, 2009. № 10. С. 1256-1265.
10. Schuman L.M. Zinc, manganese and copper in soil fractions // Soil science, 1979, № 7. - C. 35-37.
11. Виноградов А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия, 1962, № 7. - С. 555-571.
12. Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: Системная организация, экологическое значение, мониторинг. - М., 2009. 168 с.
