МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ И РАСТЕНИЙ ЛАНДШАФТОВ ИШИМ – ИРТЫШСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ
УДК:550.4.
МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ И РАСТЕНИЙ ЛАНДШАФТОВ
ИШИМ – ИРТЫШСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ.
Лиходумова И.Н., Мацакова О.В.
(Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева)
Обсуждение вопросов геохимии окружающей среды, миграции химических элементов в природных и природно-антропогенных системах занимает одну из центральных позиций в планах многих международных, национальных и региональных проектов. Изучение микроэлементного состава почвенно-растительного покрова Ишим - Иртышского междуречья как одного из основных земледельческих регионов Северо-Казахстанской области (СКО) представляет особый интерес, так как содержание микроэлементов в почвах и растениях является важным показателем нормальной или анормальной жизнедеятельности организмов в биогенной пищевой цепи порода-почва-живые организмы.
В задачи исследования входило изучение содержания, выявление закономерностей распределения микроэлементов в компонентах ландшафтов. В основу исследования положен сравнительно-географический метод. Изучение содержания микроэлементов проводилось в сравнении со средними показателями содержания микроэлементов в почвах и растениях СКО для выявления преобладания или недостатка микроэлементов в почвах, растениях, а также различий в показателях коэффициента биологического поглощения.
Полевые исследования проводили на 5 репрезентативных ключевых участках. Во время маршрутных поездок взято и проанализировано 25 образцов почв, 25 образцов культурной и естественной растительности. Почвенные разрезы закладывали на типичных в природном отношении участках, образцы отбирали в пахотном горизонте. В месте разреза собирали надземную массу растительности, что целесообразно для отслеживания миграции химических элементов из почвы в растения. На основании изучения литературы из микро- и макроэлементов, оказывающих особо значительное влияние на биохимические процессы в организме человека, были отобраны: цинк, медь, никель, ванадий, марганец, кобальт, свинец.
Содержание элементов определено количественно методом атомно-эмиссионного (спектрального) анализа. Анализы проведены в лаборатории физических методов исследований ЗАО «Центргеоланалит» (г. Караганда).
Территорию Ишим – Иртышского междуречья можно разделить на 3 района с относительно однотипной структурой почвенного покрова и однородным характером литолого-геоморфологических факторов [1], [2] .
1. Слабоволнистые плакорные равнины на черноземах обыкновенных и лугово-черноземных почвах. Поверхность плоскоравнинная с большим количеством западин. Почвообразующие породы представлены лессовидными глинистыми желтовато-бурыми четвертичными отложениями значительной мощности (до 6 м). Плоский рельеф с отдельными невысокими поднятиями и западинами, засушливость климата, слабопроточный характер грунтовых вод, засоленность материнских пород, определяют региональные особенности почв: маломощность гумусового горизонта, языковатость, наличие признаков солонцеватости и реликтовой гидроморфности. Занимающие водораздельные элювиальные позиции черноземы обыкновенные имеют нейтральную реакцию, преимущественно суглинистый механический состав. Среднее содержание гумуса 4,1-6 % .
2. Слабоволнистые котловинные и западинно-котловинные равнины черноземах обыкновенных, лугово-черноземных почвах. Район представляет собой плоскую равнину с широким развитием западин, которые, как правило, имеют пологие склоны и незначительную глубину. Крупные западины имеют либо округлую, либо сложную извилистую форму. В поперечнике западины составляют от 20-50 до 300-1000 м, при относительной глубине 0,5 - 0,8 м. Склоны западин пологие или слабовогнутые. В почвенном покрове большое распространение получили черноземы обыкновенные, а также комплексы черноземов с лугово-черноземными почвами, морфологическими особенностями которых являются более темная окраска гумусового горизонта и наличие следов оглеения в нижней части профиля .
3. Котловинно-увалистые равнины на черноземах обыкновенных карбонатных и лугово-черноземных почвах. Район имеет плоскую монотонную поверхность, осложненную многочисленными и разнообразными по величине и в плане плоскодонными котловинами и западинами, пологими неправильной формы увалами. В западинах нет колочных лесов, что объясняется повышенной карбонатностью почвенного покрова вследствие неглубокого залегания неогеновых отложений. Территория сложена с поверхности четвертичными и неогеновыми песчано-глинистыми отложениями. Почвенный покров довольно однороден. Здесь господствуют черноземы обыкновенные карбонатные, которые занимают обширные слабоприподнятые участки, сложенные глинами. Механический состав легко-, и среднеглинистый отличается высоким содержанием илистой фракции. По западинам формируются лугово-черноземные почвы.
Обобщенное содержание микроэлементов в различных типах ландшафтов Ишим – Иртышского междуречья по сравнению с региональными фоновыми для юга Западной Сибири представлено в табл. 1.
Таблица 1
Содержание микроэлементов в почвах Ишим – Иртышского междуречья ландшафтно-геохимических районов СКО (северный регион) по отношению к региональному фоновому, мг/кг.
|
Ландшафты
|
Mn
|
Pb
|
Ni
|
V
|
Cu
|
Zn
|
Co
|
|
Плоские и слабоволнистые плакорные равнины
|
700
|
10
|
42
|
74
|
40
|
62
|
21
|
|
Слабоволнистые котловинные и западинно -котловинные
|
850
|
12,1
|
39,4
|
73,8
|
42,5
|
62,5
|
18,8
|
|
Котловинно-увалистые
|
775
|
11,7
|
37,1
|
73,3
|
41,6
|
60,8
|
17,25
|
|
региональные фоновые
|
720 *
|
16,4 * *
|
25,9 * *
|
нет данных
|
30,6 *
|
85,5 * *
|
15,6 * *
|
* региональные фоновые показатели даны по В.Б. Ильину [3]
* * региональные фоновые показатели даны по В.Б. Ильину [4]
Также нами было изучено среднее содержание микроэлементов для исследуемой территории Ишим – Иртышского междуречья по сравнению с показателями СКО. Полученные данные представлены на рис. 1.
Рис. 1
Среднее содержание микроэлементов Ишим – Иртышского междуречья в сравнении с показателями СКО.
Сопоставление средних содержаний микроэлементов в почвах показывает, что почвы исследуемой территории в целом, по сравнению с почвами СКО, богаче медью и кобальтом, но при этом содержится меньшее количество свинца, марганца, никеля, ванадия. Содержание цинка практически совпадают. Внутрирегиональные различия прослеживаются по геохимическим районам следующим образом:
1. Почвы плакорных равнин характеризуются несколько повышенным содержанием в почвах никеля, меди, кобальта, пониженным – цинка, свинца, марганца.
2. Для почвенного покрова западинно-котловинных равнин характерно высокое содержание марганца, меди, никеля, ванадия, повышенное – кобальта, самое низкое из исследуемых ландшафтов – цинка.
3. В почвах котловинно-увалистых равнин содержание свинца, цинка заметно ниже, чем в других районах, показатели содержания марганца, никеля, меди, кобальта выше средних.
Таким образом, содержание микроэлементов в почвах рассматриваемых районов складывается под воздействием ряда факторов, среди которых определяющими, по всей видимости, являются почвообразовательные процессы и литологические условия. Почвообразующая порода служит одним из основных источников микроэлементов в почвах, кроме того, уровень содержания микроэлементов в почвах находится, как известно, в прямой зависимости от их механического состава, обычно унаследованного от почвообразующей породы [2].
Особенности химического состава почв в значительной степени определяют химический состав растений, при этом не повторяет его. Действие химических элементов на живые организмы определяется концентрацией, при которой возможна нормальная реакция обменных процессов, обусловленная адаптационными возможностями организмов и живого вещества (Ильницкий [5]). Благодаря сложившемуся типу обмена веществ растения избирательно поглощают преимущественно необходимые им элементы в количествах, соответствующих их биохимическим и физиологическим потребностям.
Среднее содержание микроэлементов в растениях Ишим – Иртышского междуречья по отношению к показателям СКО, представлено на рис. 2.
Рис.2
Среднее содержание микроэлементов в растениях Ишим – Иртышского
междуречья в сравнении с показателями СКО.
Сопоставление средних значений концентраций отдельных элементов в растениях Ишим – Иртышского междуречья с фоновыми концентрациями тех же элементов в СКО, позволяет констатировать, что в растениях изучаемого региона наблюдается избыток свинца. В то же время среднее содержание в растениях Ишим–Иртышского междуречья марганца, никеля, цинка, кобальта значительно ниже среднего по СКО. Показатели по ванадию и меди практически совпадают. Содержание цинка в 2,3 раза меньше чем в растениях СКО [7].
Б.Б. Полынов предложил характеризовать интенсивность биологического поглощения химического элемента как отношение его содержания в золе к содержанию в горных породах или почве. Это частное А.И. Перельман предложил назвать коэффициентом биологического поглощения, которое часто обозначают символом Кб. В наших исследованиях Кб получали делением содержания химического элемента в золе растения на количество его в почве [6]. Величины данного коэффициента в сравнении показателей Ишим - Иртышского междуречья и СКО представлены на рис. 3
Рис. 3
Коэффициент биологического поглощения растений Ишим – Иртышского
междуречья в сравнении с показателями СКО.
Результаты изучения микроэлементов позволяют выделить некоторые особенности их биологического поглощения растениями Ишим – Иртышского междуречья:
1. Относительно резкий контраст интенсивности биологического поглощения МЭ. По данному показателю МЭ условно можно разбить на 2 группы:
Первая группа объединяет элементы со значительной интенсивностью биологического поглощения, имеющие Кб в пределах 1 – 10 (цинк, марганец, медь).
Вторая группа состоит из элементов, имеющих низкую интенсивность биологического поглощения, у которых Кб менее 1 (свинец, никель, ванадий, кобальт). Особенно активно растения захватывает цинк, величина его Кб составляет 4,27, но в сравнении этот показатель ниже, чем в СКО - 8,67. Ограниченно поглощаются ванадий, никель и особенно кобальт, имеющий Кб всего соответственно 0,11, 0,16 и 0,08.
2. Кб растений Ишим – Иртышского междуречья немногим отличается от значений Кб растений СКО [5]. На рис.3 видно, что в целом растения исследуемой территории по сравнению с растениями СКО, меньше поглощают все микроэлементы, за исключением свинца и меди (данные по свинцу и меди практически совпадают). Черты сходства и различия избирательного поглощения растениями металлов из почвы сравнительно легко просматриваются также при анализе рядов, построенных по мере уменьшения величины Кб
Ряд МЭ, в растениях Ишим – Иртышского междуречья: Zn > Cu > Mn > Pb > Ni >V > Co.
Ряд МЭ в растениях СКО: Zn > Mn > Cu > Pb > Ni > V > Co.
Рассматривая эти ряды, можно заметить почти одинаковую последовательность химических элементов. Это значит, что все растения Ишим – Иртышского междуречья, как и растения СКО, энергично поглощают цинк, марганец, медь. В то же время, растения исследуемой территории поглощают меньше кобальта, никеля и ванадия.
Выводы:
1. Среднее содержание микроэлементов в почвах Ишим – Иртышского междуречья свинца и цинка близко к среднему показателю по СКО, количество никеля, ванадия почти в 2 раза ниже средних величин, незначительно превосходит содержание меди, кобальта. Однако содержание микроэлементов в основных зональных почвах находится в пределах для нормальной регуляции функций организмов.
2. Особенностью микроэлементного состава растений Ишим – Иртышского междуречья является высокое содержание Mn и Zn, что обусловлено энергичным поглощением данных элементов из почв региона.
Литература:
- Пузанов А.В., Волкодав И.Н., Липчанская М.А. Ландшафтно-географические особенности территории как фактор риска в возникновении заболеваемости злокачественных новообразований на примере Северо-Казахстанской области// Образование и наука – непрерывный инновационный процесс: проблемы и перспективы: Материалы Международной научно-практической конференции. – Петропавловск: СКГУ, 2007. – Т. 2. – С. 202-206.
2. Лиходумова И.Н. Особенности микроэлементного состава почвенного покрова Петропавловского Приишимья // Проблемы региональной экологии. – 2008. - № 6. – С. 93-95.
3. Ильин В.Б. Биохимия и агрохимия микроэлементов (марганец, медь, молибден, бор) в южной части Западной Сибири – Новосибирск: Наука, 1973. – 282 с.
4. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва – растение / - Новосибирск: Наука, 1991. -151 с.
5. Ильницкий
6. Перельман А.И. Геохимия ландшафта – М.: Высшая школа, 1975.-342 с.
7. Белецкая Н.П., Водопьянова С.Г., Волкодав И.Н. Особенности накопления тяжелых металлов в растениях равнин юга Западной Сибири // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Доклады IV Международной научно-практической конференции. – Семипалатинск, 2006. – Т. 1. – С. 110-113.
МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ И РАСТЕНИЙ ЛАНДШАФТОВ ИШИМ – ИРТЫШСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ