Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности проблемы 8
1.1. Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в почвах 8
1.2. Микроэлементы и тяжелые металлы в растениях 14
1.3. Баланс микроэлементов и тяжелых металлов в почвах 18
1.4. Фтор в почвах 21
1.5. Влияние удобрений на продуктивность и качество урожая полевых культур 24
1.6. Удобрения и окружающая среда 30
2. Краткая характеристика природных условий и методические основы проведения исследований 34
2.1. Условия почвообразования 34
2.2. Методы исследований 43
3. Распределение микроэлементов в почвах 50
3.1. Марганец 50
3.2. Медь 65
3.3. Цинк 79
3.4. Кобальт 93
3.5. Свинец 106
3.6. Ртуть 119
3.7. Хром 133
3.8. Никель 145
3.9. Кадмий 158
3.10. Мышьяк 170
4. Баланс микроэлементов в земледелии 178
5. Содержание микроэлементов в сельскохозяйственных культурах 186
6. Аккумуляция кадмия и свинца в почвах и растениях 209
7. Содержание водорастворимого фтора в почвах и растениях агроценозов 218
8. Эффективность минеральных удобрений при выращивании картофеля и кормовых трав 235
8.1. Картофель 235
8.2. Многолетние и однолетние травы 249
Выводы 271
Предложения производству 274
Список литературы 275
Приложения 316
- Микроэлементы и тяжелые металлы в растениях
- Влияние удобрений на продуктивность и качество урожая полевых культур
- Медь
- Никель
Введение к работе
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Промышленные предприятия, автотранспорт, интенсификация растениеводства, увеличение объемов применения средств химизации в земледелии являются основными источниками техногенного поступления микроэлементов в почвы сельскохозяйственных угодий.
Микроэлементы в высоких концентрациях относятся к числу наиболее опасных химических загрязняющих веществ, что обусловлено физиолого-биохимическими особенностями этих элементов. Обогащение биосферы токсикантами способствует возникновению геохимических аномалий, увеличивает количество загрязненных земель, что вызывает необходимость в проведении регулярного агрохимического контроля за содержанием их в почвах и растениях.
При мониторинговых наблюдениях необходимо изучение фонового содержания микроэлементов, их трансформации и миграционной способности в почвенном покрове, пространственного и профильного распределения в зональных почвах.
Применение удобрений без учета эффективного плодородия почв, биологических особенностей сельскохозяйственных культур приводит к снижению их продуктивности и ухудшению качества растениеводческой продукции. Использование жидких аммиачных удобрений, получаемых из отходов промышленности, является одним из резервов повышения плодородия почв и улучшения экологической ситуации в регионе. Недостаточная изученность этой проблемы в условиях Средней Сибири и определяет актуальность проведенных исследований.
Работа выполнялась в соответствии с государственными программами исследований КрасГАУ, ЦИНАО и по заданию управления сельского хозяйства администрации края.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - выявить агрохимические и экологические закономерности содержания и распределения микро элементов в системе почва - растение и разработать приемы эффективного применения микро и макроудобрений под картофель, многолетние и однолетние травы.
Задачи исследований: -Изучить фоновое содержание, пространственное и профильное распределение микроэлементов в пахотных почвах.
-Дать агрохимическую и экологическую оценку обеспеченности почв и растений микроэлементами.
- Определить аккумуляцию и баланс микроэлементов в агроценозах и влияние микроудобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур. -Разработать приемы эффективного применения макро и микроудобрений при внесении под картофель, многолетние и однолетние травы.
Научная новизна. В условиях Средней Сибири детально изучены особенности пространственного и профильного распределения микроэлементов в естественных и техногеннозагрязненных почвах. Обобщены и систематизированы материалы агрохимического картографирования по микроэлементам для создания базового и проведения периодического мониторинга почв. Установлено фоновое содержание и особенности аккумуляции микроэлементов в почвах. Определено влияние средств химизации на баланс микроэлементов. Получены новые данные о содержании микроэлементов в растениях, влиянии кадмия и свинца на продуктивность сельскохозяйственных культур и качество растениеводческой продукции.
Исследована эффективность минеральных удобрений при возделывании картофеля и кормовых трав. Доказана возможность использования в кормопроизводстве жидких аммиачных удобрений. На защиту выносятся следующие положения: -закономерности содержания и распределения микроэлементов в почвах и растениях южной части Средней Сибири;
-баланс микроэлементов в агроценозах при различной насыщенности их средствами химизации;
-экологическая оценка содержания микроэлементов в системе почва - растение;
-приемы оптимизации питания макро и микроэлементами картофеля, многолетних и однолетних трав.
Практическое значение. Количественные параметры содержания и распределения микроэлементов в почвах и растениях являются основой для проведения периодического мониторинга, используются при рациональном землепользовании и охране почв от деградации, информационном обеспечении земельного кадастра, оценке и прогнозе экологического состояния сельскохозяйственных земель, улучшении качества и сертификации растениеводческой продукции. Элементы системы применения удобрений картофеля, многолетних и однолетних трав нашли реализацию в агрохимической службе при планировании ассортимента и разработке рекомендаций по рациональному использованию удобрений в лесостепной зоне Средней Сибири.
Апробация работы. Материалы исследований доложены на региональных научно-практических конференциях (Волгоград, 1988; Красноярск, 1995, 1997), научной конференции Красноярского аграрного университета (1993), Всероссийской научно-практической конференции «Роль минерально-сырьевой базы Сибири в устойчивом функционировании плодородия почв» (Красноярск, 2001), Всероссийской научно-практической конференции «Химико-лесной комплекс - проблемы и решения» (Красноярск, 2001), НТС агрохимической службы.
Личный вклад соискателя. Соискателем разработана программа и методика проведения исследований. Он принимал личное участие в закладке полевых опытов, проведении исследований, обработке и обобщении экспериментальных данных.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 26 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и приложения, изложена на 319 страницах компьютерного текста, содержит 129 таблиц. Список литературы включает 476 наименований, в том числе 29 на иностранных языках.
Автор выражает благодарность за помощь и консультации при выполнении работы академику РАСХН Гамзикову Г.П., при организации исследований директору ФГУ ГЦАС «Красноярский», доктору с.-х. наук Танделову Ю.П., при проведении исследований и аналитических работ Ерышовой О.В., Кузнецовой Л.М., Безиковой О.А., Василенко А.А., Штундюк В.В., Крупкину П.И. и другим сотрудникам агрохимцентра. Автор также выражает признательность директорам ФГУ САС «Солянская» и «Минусинская» Крыжанов-ской Н.Н. и Островскому Л.Д. за содействие при обобщении материалов агрохимического картографирования по восточной и южной зонам края.
Микроэлементы и тяжелые металлы в растениях
Поступление микроэлементов и тяжелых металлов в растения происходит через корневую систему и листовую поверхность. Основной путь поступления тяжелых металлов в растения - это абсорбция корнями. По скорости проникновения в растения тяжелые металлы распределяются следующим образом: Cd Pb Zn Си Mn Fe [Ю.В. Алексеев, 1987]. На поступление микроэлементов и тяжелых металлов в растения оказывает влияние свойства почв, динамика почвенных процессов, химические свойства металлов, состояние и трансформация их соединений, физиологические особенности растений [Н.А. Черных, Н.З. Милащенко, В.Ф. Ладонин, 1999]. К почвенным факторам, влияющим на доступность микроэлементов и тяжелых металлов растениям относят: реакцию почвенного раствора, гранулометрический состав почв, содержание органического вещества и катионно-анионную способность [К. Реуце, С. Кырстя, 1986]. На почвах с высоким содержанием гумуса и глинистым гранулометрическим составом тяжелые металлы менее доступны растениям [Химия тяжелых металлов ..., 1985]. Между концентрацией тяжелых металлов в почвенных растворах и их поглощением корнями растений существует линейная зависимость. Это положение свидетельствует о том, что не запас тяжелых металлов в почве, а их водорастворимые и подвижные формы определяют доступность элементов для растений [А.А. Большаков, Н.М. Краснова, Т.И. Борисочкина и др., 1993;
Тяжелые металлы ..., 1997]. По степени накопления тяжелые металлы подразделяются на несколько групп: 1. Cd, Cs, Rb - поглощаются легко; 2. Zn, Mo, Си, Pb, Ag, As, Co -средняя степень поглощения; 3. Mn, Ni, Li, Cr, Be, Sb - слабо поглощаются; 4. Se, Fe, Ba, Те - труднодоступны растениям [Тяжелые металлы ..., 1997]. По абсолютному содержанию в растениях тяжелые металлы подразделяются на следующие группы: 1. элементы повышенной концентрации - Sr, Mn, Zn; 2. элементы средней концентрации - Си, Ni, Pb, Cr; 3. элементы НИЗКОЙ концентрации - Mo, Cd, Se, Со, Sn; 4. элементы очень низкой концентрации - Hg [В.Ф. Мальцев, В.Е. Нориков, З.Н. Маркина и др., 1999]. На содержание тяжелых металлов влияют видовые и сортовые особенности, фаза развития растений. Тяжелые металлы по органам растений распределяются неравномерно. В большом количестве они накапливаются в корнях, стеблях, листьях и меньше в органах запасания ассимилянтов [В.Б. Ильин, 19916]. Видовая специфика накопления тяжелых металлов неодинаковая для разных видов растений, произрастающих в одном фитоценозе. Растения одного вида, но растущие на разных типах почв, содержат неодинаковые количества тяжелых металлов. Запасы тяжелых металлов в корневой массе изученных растительных сообществ многократно превышали их накопление в надземной фитомассе [М.Г. Меркушева, В.Л. Убугунов, И.Н. Лаврентьева, 2001]. Отдельные сельскохозяйственные культуры (овес) обладают способностью к преимущественному накоплению никеля в генеративных органах.
Это связано с биологическими особенностями этой культуры и с высокой подвижностью этого элемента в растениях [И.В. Андреева, В.В. Говорина, Б.А. Ягодин и др., 2000]. По данным некоторых авторов, аналогичной способностью к концентрированию никеля в генеративных органах обладают также бобовые культуры [И.В. Андреева, В.В. Говорина, Б.А. Ягодин, 2001]. При изменении факторов окружающей среды: температуры и влажности воздуха, интенсивности освещения концентрация тяжелых металлов в течение вегетационного периода растений уменьшается или увеличивается [Н.А. Черных, 1991]. В природных условиях концентрация микроэлементов в растениях изменяется в широких пределах [A. Cottenie, A. Dhaese, R. Camerlynck, 1976; Т. Juszkiewicz, Т. Szprengier, 1976; W. Bergmann, A. Cumarov, 1977; H.T. Shacklette, J.A. Erdman, T.R Harms, 1978; Б.А. Скуковский, 1978; H.T. Shaklette, 1980; А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас, 1989]. Более высоким содержанием микроэлементов характеризуются растения произрастающие на почвах геохимических аномалий [В.Б. Ильин, 19916]. Пределы колебаний нормальных концентраций микроэлементов для большинства растений могут изменяться в 10 и более раз [В.Г. Минеев, 1990а]. По данным I. Thornton [1986], В.Б. Ильина [1991в], Н.Л. Байдиной [1995], В.Б. Ильина, А.И. Сысо, Г.А. Канарбаевой и др. [19976], В.А. Жидеевой, И.И. Васенева, А.П. Щербакова и др. [2000], В.Б. Ильина, Н.Л. Байдиной, Г.Н. Канарбаевой и др. [2000] выращивание растений на загрязненных землях способствует накоплению тяжелых металлов в продуктивной части урожая разных культур. Возможности в ограничении поступления тяжелых металлов в органы запасания ассимилятов у огородных культур неодинаковые: наиболее высокие они у томата и капусты, самые низкие у свеклы и картофеля. Кадмий обладает повышенной способностью накапливаться в органах запасания ассимилятов, что делает его наиболее опасным из изученных тяжелых металлов [В.Б. Ильин, 1991а]. Поэтому, сельскохозяйственное производство на почвах, загрязненных кадмием, возможно только в рамках адаптивных систем земледелия, основой которых является подбор культур наиболее толерантных к загрязнению этим металлом [СВ. Лукин, В.Е. Явтушенко, И.Е. Солдат, 2000]. При искусственном загрязнении почв кобальтом снижается всхожесть семян растений, наблюдается отставание в росте, проявляется межжилкост-ной хлороз [И.О. Плеханова, В.А. Савельева, 1997]. Выращивание сельскохозяйственных культур на загрязненных территориях может ухудшить качество растительной продукции [Н.Н. Kowalewski, Н. Vetter, 1982]. Свинец в растения поступает через корни и при прямом поглощении листьями, но основное место его накопления — корни. Ограничение поступления свинца в надземную массу свидетельствует о наличии защитных механизмов в растениях [В .Г. Минеев, 1988]. Высокие концентрации Zn, Pb и Cd снижают поступление в растения Са и Р, что приводит к дефициту этих элементов в питании растений [Н.А. Черных, 1991]. Существует тесная положительная корреляция между содержанием элемента в растении и его подвижностью в почве. По степени уменьшения коэффициентов накопления элементы образуют следующий ряд: Cd Zn Си Cr Со Ni.
Значение коэффициентов накопления для различных сельскохозяйственных культур существенно варьирует, что связано с почвенными условиями и биологическими особенностями культур. Максимальным накоплением тяжелых металлов характеризуются листья бобовых, листовые овощи, вегетативная масса трав и солома зерновых культур [В.Ф. Мальцев, В.Е. Ториков, З.Н. Маркина и др., 1999]. Длительное применение минеральных удобрений, особенно азотно-калийных, на дерново-подзолистой почве способствовало мобилизации никеля и повышенному накоплению этого элемента в растениях [Н.Ф. Гомоно-ва, 2000]. В опытах СМ. Крамарева, Л.Н. Скрипника, В.Е. Коваленко и др. [2000] длительное применение минеральных удобрений увеличивает подвижность микроэлементов, тяжелых металлов и усиливает их поступление в растения. В то же время Б.А. Ягодин, В.В. Кидин, Э.А. Цвирко и др. [1996] считают, что длительное применение минеральных и органических удобрений
Влияние удобрений на продуктивность и качество урожая полевых культур
Эффективность минеральных удобрений при выращивании сельскохозяйственных культур зависит от плодородия почвы, климатических условий, биологических особенностей растений и уровня применения туков. Рациональные дозы минеральных и органических удобрений способствуют повышению продуктивности полевых культур и улучшению качества растениеводческой продукции. Картофель. Удобрения являются одним из важнейших факторов в повышении урожайности картофеля [С.Н. Карманов, А.В. Коршунов, 1982; Н.Е. Власенко, 1988]. Потребление элементов питания в разные фазы развития растений происходит неодинаково. Наиболее интенсивное поглощение азота, фосфора и калия происходит в фазу бутонизации растений. Ко времени цветения растения потребляют до 50% азота, 40% фосфора и 80% калия от общей потребности. К концу вегетации усвоение питательных веществ растениями ослабевает [И.С. Шатилов, М.Ф. Павлова, 1967; Б.А. Писарев, М.В. Владимиров, 1973; И.А. Кух, 1976]. Для формирования урожая в 10 т клубней усваивается 50-60 кг азота, 20 кг фосфора и 80-100 кг калия [А.И. Тамман, 1963]. При урожае 30-35 т/га потребность в питательных веществах у картофеля возрастает в несколько раз [В. Логинов, 1976].
Эффективность минеральных удобрений при выращивании картофеля зависит от типа почв, обеспеченности их питательными веществами, сорта, предшественника и условий увлажнения растений [S. Gericke, С. Barmann, 1963; K.N. Birkrrann, Е. Zehler, 1975; Т.Н. Кулаковская, Т.В. Поздняк, О.М. Ладушкевич, 1972; П.Г. Куделя, А.В. Коршунов, 1975; Н.И. Арнаутова, 1981; Н.М. Майборода, 1982; Л.М. Державин, 1992; P.P. Галеев, Н.М. Точилкин, 1999]. Внесение микроудобрений на фоне минеральных удобрений увеличивает продуктивность картофеля на 20-25% [Л.П. Убугунов, М.Г. Меркушева, И.Н. Лаврентьева и др., 2000]. Важнейший показатель качества клубней картофеля - содержание крахмала. В научной литературе отсутствует единое мнение о влиянии азота удобрений на крахмалистость клубней. Одни исследователи считают, что азотные удобрения снижают содержание крахмала [А.П. Белокурова, 1965; И.А. Кух, Г.Е. Процюк, 1988; Н.М. Майборода и др., 1988]. В опытах других азот не оказывает заметного влияния на содержание крахмала [Н.Н. Балашев, 1945; Н.И. Тихонов, 1970]. В то же время Л.М. Державин [1992] считает, что снижение крахмалистости наблюдается на фоне повышенных доз азотных удобрений. Фосфорные удобрения оказывают положительное влияние на накопление крахмала [Ф.М. Вушняков, 1970; И.К. Тавровский, 1970; Б.А. Писарев, 1972; W Hunnius, К. Muller, С. Winner, 1979; В.П. Толстоусов, 1987] и ослабляют отрицательное влияние высоких доз других элементов питания растений. Калийные удобрения при правильном применении повышают содержание крахмала в клубнях картофеля [Е. Klapp, 1967; В.П. Толстоусов, 1987; В.Г. Минеев, 1999; В.В. Прокошев, И.П. Дерюгин, 2000]. Сбалансированное минеральное питание растений оказывает положительное влияние на содержание сухого вещества, углеводов и витаминов [С.Н. Карманов, В.П. Кирюхин, А.В. Коршунов, 1988]. Содержание нитратов в растениеводческой продукции зависит от типа почв, доз и сроков внесения удобрений, биологических особенностей полевых культур, условий освещения, климата и времени уборки урожая [W. Schufan, 1961; MX Achtzehn, 1970; P.D. Fritz, 1977; В. Gever, 1978; Н.Г. Pa-кипов, 1979; B.A. Агаев, B.M. Семенов, O.A. Соколов, 1989; Я. Пругар, A. Пругарова, 1990]. Высокие дозы азотных удобрений способствуют накоплению нитратов в продуктивной части урожая сельскохозяйственных культур [А.С. Зенкевич, 1978; А.П. Пешков, В.М. Назарюк, Г.И. Ткаченко и др., 1991].
Интенсивность этих процессов проявляется при несбалансированном питании, при недостаточной обеспеченности растений фосфором и калием [В.В. Церлинг, 1979], что необходимо учитывать при планировании системы удобрений картофеля в севооборотах. Кострец безостый. Удобрения повышают продуктивность и долголетие костреца [Н.Г. Андреев, В.А. Савицкая, 1988]. Эффективность удобрений при выращивании этой культуры зависит от условий увлажнения и обеспеченности почв питательными веществами [П.И. Ромашов, 1969]. Одним из основных элементов питания растений, усиливающим их рост, является азот [П.С. Макаренко, 1990; В.И. Лещенко, Н.М. Солоненко, 1991; Н.Б. Макаров, В.И. Шмаков, 1992; Л.С. Трофимова, 1996]. Рациональное использование азотных удобрений под многолетние травы дает эффект на всех типах почв [Д.А. Филимонов, 1985; В.Ф. Костина, 1987]. Из форм азотных удобрений более высокая продуктивность растений наблюдается при внесении аммиачной селитры и мочевины [В .Г. Игловиков, В.А. Кулаков, 1974]. В орошаемых условиях эффективность азотных удобрений повышается [Б.И. Коротков, И.Н. Гречишников, 1990]. Совместное внесение минеральных и органических удобрений увеличивает продуктивность растений [В.А. Петрук, 2001а]. Качество урожая трав зависит от фазы вегетации растений, уровня и соотношения применяемых удобрений, плодородия почвы и погодных условий [Д.У. Кук, 1975; Н.Г. Андреев, В.А. Тюльдюков, 1976; В.А. Тюльдюков, 1988; В.А. Тюльдюков, А.Д. Прудников, 1998]. Азотные удобрения, вносимые под лугопастбищные травы, изменяют не только содержание протеина, но и других органических соединений в растениях. С увеличением доз азотных удобрений снижается содержание сухого вещества, растворимых углеводов [Н.М. Ахламова, 1969; Т.А. Работ-нов,1973]. Сбалансированное минеральное питание растений улучшает биохимические показатели кормовых растений [В.Ф. Костина, 1987].
Медь
Медь является одним из важнейших элементов в жизнедеятельности растений и животных. Она входит в состав окислительно-восстановительных ферментов, участвует в регулировании процесса фотосинтеза, углеводного, белкового, минерального и витаминного обменов. Недостаточное поступление меди в растения вызывает «болезнь обработки» у зерновых культур. У растений задерживается формирование генеративных органов, листья на концах становятся белыми, скручиваются, образуется небольшое количество колосков, в которых частично или полностью отсутствуют семена [М.Я. Школьник, 1974].
Дефицит меди в кормах вызывает заболевания животных, сопровождающиеся нарушением гемопоэза (анемия), дистрофическими изменениями в центральной нервной системе (атаксия), изменением цвета и качества волосяного покрова [И.П. Кондрахин, 1989]. Сбалансированность минерального состава кормов по меди является одним из условий повышения продуктивно сти сельскохозяйственных животных.Медь является одним из приоритетных загрязнителей окружающей среды и относится ко второму классу опасности. Основными источниками техногенного загрязнения почв медью являются предприятия цветной металлургии, машиностроения, металлообрабатывающей и химической промышленности, орошение загрязненными водами, использование в качестве удобрений твердых бытовых отходов и осадков сточных вод [Гигиеническая оценка ..., 1999]. Агротехногенное загрязнение почв медью происходит в садовых агроценозах при многолетнем использовании медьсодержащих фунгицидов [А.С. Иванова, 1987; Т.Я. Брагинский, Н.Ф. Мырлян, 1990; В.А. Жи-деева, И.И. Васенов, А.П. Щербаков, 1999]. При повышенной концентрации меди в растениях снижается интенсивность дыхания, образование хлорофилла и активность ферментов [К. Реуце, С. Кырстя, 1986]. Высокие концентрации меди в окружающей среде оказывают токсическое влияние на здоровье человека и животных [Н.И. Лебедев, 1990; Профессиональные заболевания, 1996].
Кларк меди в земной коре равен 47 мг/кг и почвах мира - 20 мг/кг [А.П. Виноградов, 1957]. Почвы характеризуются неодинаковым валовым содержанием меди. Среднее содержание меди в незагрязненных почвах колеблется от 6 до 60 мг/кг [А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас, 1989]. Наибольшее количество меди обнаруживается в почвах, сформированных на основных породах и наименьшее на карбонатных. В разных регионах России пределы колебаний меди в дерново-подзолистых почвах составляют 15-60 мг/кг, аллювиальных - 10-36, гидроморфных 8-20, серых лесных 6-28 и черноземах 20-35 [М.Ф Кузнецов, М.А. Исаев, 1988; Е.В. Агафонов, 1991; А.И. Обухов, А.А. Попова, 1992а; Л.М. Дмитраков, Б.П. Стрекозов, О.А. Соколов, 1994; Н.А. Протасова и др., 1995, 1996, 2000; В.П. Учватов, Б.Н. Золотарева, 1996; Г.М. Иванов, В.К. Кашин, 1998; В.Д. Муха и др., 1998; Б.П. Ахтырцев, А.Б. Ахтырцев, Л.А. Яблоньских, 1999; Л.А. Изерская, Т.Е. Воробьева, 2000; О.А. Самонова, Н.С. Касимов, Н.Е. Кошелева, 2000]. Различия в содержании меди в верхнем горизонте этих почв связаны с разнообразием условий почвообразования. Фоновое содержание меди в почвах составляет 8-38 мг/кг [Г.П. Беспамятное, Ю.А. Кротов, 1985; Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.Л. Янин и др., 1990; Порядок определения ущерба ..., 1993; В.Е. Закруткин, Д.Ю. Шишкина, 19966; В.Б. Ильин, 1997а; Тяжелые металлы ..., 1997].
По данным Н.А. Протасовой, А.П. Щербакова, М.Т. Копаевой [1992] медь является элементом биогенной аккумуляции. Высокое содержание органического вещества и карбонатов, щелочная реакция почвенного раствора, а также наличие значительного количества глинистых минералов способствует концентрации меди в почвах.Биологическая аккумуляция меди хорошо выражена в высокогумуси-рованных почвах - черноземах и каштановых [А.П. Виноградов, 1957]. В подзолистых почвах, где наряду с биологическим накоплением идет вынос элементов из верхней части почвенного профиля, происходит обеднение медью элювиально-аккумулятивного и элювиального горизонтов [Н.Г. Зырин, 1968].
Медь характеризуется большой изменчивостью в почвах одного генетического типа и в пределах исследуемого региона [В.В. Ковальский, Г.А. Андрианова, 1970; В.Б. Ильин, 1973; Г.М. Иванов, В.К. Кашин, 1998]. По величине варьирования в почвах медь располагается после марганца и бора. В отдельных горизонтах почв вариабельность меди может достигать 80%.
Исследованиями установлено, что черноземы в лесостепной и подтаежной зонах Средней Сибири различаются по валовому содержанию меди в почвах (табл. 11). Концентрация меди в пределах одного подтипа черноземов обладает высокой природной вариабельностью, обусловленной микропестротой почвенного покрова, географическими и геохимическими условиями формирования почв. Разница между минимальным и максимальным содержанием меди в разных подтипах черноземов центральной и западной зон
Никель
Никель в соответствии с ГОСТ 17.4.1.02-83 относится ко второму классу опасности. Этот элемент является одним из приоритетных загрязнителей окружающей среды. Загрязнение почвенного покрова никелем происходит в результате выбросов предприятий цветной металлургии, машиностроения и металлообработки, стройматериалов, химических производств, а также при сжигании угля и мазута на тепловых электростанциях [Ю.А. Сает, Б.А. Ре-вич, Е.П. Янин и др., 1990]. Одним из источников поступления никеля в почвы сельскохозяйственных угодий является систематическое внесение фосфорных удобрений [А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас, 1989]. Повышенные концентрации никеля оказывают токсическое воздействие на живые орга низмы и являются канцерогенными для здоровья человека и животных [Б.А. Ягодин, В.В. Говорина, СБ. Виноградова, 1991]. Валовое содержание никеля в почвах мира колеблется от 1 до 100 мг/кг при среднем значении 20 мг/кг [А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас, 1989]. В природных условиях встречаются естественные биогеохимические провинции с более высоким содержанием никеля в почвах. Примером такой провинции является Актюбинская область Казахстана.
В почвах этой провинции, сформированных на горных породах - серпентинитах, обнаружено от 133 до 2400 мг/кг никеля, что в 12-52 раза выше по сравнению с эталонной черноземной почвой [Г.И. Сидоренко, А.И. Щукова, 1980]. Кларк никеля в литосфере равняется 58 мг/кг [Г.В. Войткевич, А.В. Кокин, А.Е. Мирошников, 1990] и в почвах мира - 40 мг/кг [А.П. Виноградов, 1957]. Содержание никеля в почвенном покрове определяется многими факторами природной среды, среди которых важнейшим является литологиче-ский состав почвообразующих пород. Различия в содержании никеля в верхних горизонтах почв связаны с биоклиматическими условиями их почвообразования. Больше всего никеля содержится в глинистых и тяжелосуглинистых почвах, при облегчении гранулометрического состава концентрация элемента обычно уменьшается [В.П. Оголева, Л.И. Чердакова, 1980; К. Реуце, С. Кыр-стя, 1986; М.А. Глазовская, 1988]. Причина этого явления заключается в том, что с утяжелением гранулометрического состава и увеличением поверхности частиц усиливается сорбция рассеянных элементов на их поверхности за счет электростатических сил, а также их включения в межпакетное пространство [В.В. Добровольский, 1983]. В поверхностном слое почв пределы колебаний содержания никеля составляют (мг/кг): для подзолистых 5-60, серых лесных 18-33, каштановых 20-46, луговых 27-75, черноземов 26-72 [В.П. Оголева, Л.Н. Чердакова, 1980; А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас, 1989; Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др., 1990; В.К. Кашин, Г.М. Иванов, 1995; Н.А. Протасова, М.Т. Копаева, 1995; Н.А. Протасова, И.М. Голубев, Н.И. Коробейников, 1996; В.Д. Жуков, А.Я. Ачканов, 1996; В.В. Никонов, В.П. Горяинова, Н.В. Лукина, 1996; Н.А. Черных, Н.З. Милащенко, В.Ф. Ладонин, 1999]. Фоновое содержание никеля в почвах разных регионов России неодинаковое. Для черноземов целинных участков заповедных территорий Центрально-Черноземной зоны фоновое содержание никеля колеблется от 31 до 39 мг/кг [Н.А. Протасова, А.Б. Беляев, 2000], предгорной и степной зон Краснодарского края - 56 [В.Д. Жуков, А.Я. Ачканов, 1996], Волгоградской области - 24 [В.П. Оголева, Л.Н. Чердакова, 1980], Забайкалья -28 [В.К. Кашин, Г.М. Иванов, 1995]. Аналогичная зависимость в изменении концентрации никеля прослеживается и в других типах почв сельскохозяйственных угодий. Для Западной Сибири фоновое содержание никеля равно 25,9 мг/кг [В.Б. Ильин, 1997а] и для стран СНГ 12-58 мг/кг [Тяжелые металлы ..., 1997]. Максимальное количество никеля обнаруживается в верхнем горизонте почв. Накопление никеля в гумусовых горизонтах свидетельствует о его биогенной аккумуляции [Б.К. Шакури, 1978].
Дифференциация никеля по профилю различных почв неодинаковая и является функцией их генетических свойств. Основные факторы, влияющие на распространение никеля по почвенному профилю, являются содержание глинистой фракции и величина рН, которые обуславливают процессы сорбции-десорбции элемента в почвах [В.К. Кашин, Г.М. Иванов, 1995]. Содержание никеля в почвах Красноярского края исследовано недостаточно полно [Н.А. Токовой, Н.М. Майборода, 1975] В опубликованных работах приводятся данные о том, что в Норильском промышленном районе [Х.А. Кутыев, О.М. Терешенков, В.М. Игамебердиев и др., 1996] и в зоне про-мвыбросов тепловой электростанции [В.Г. Волкова, Н.Д. Давыдова, 1987] происходит загрязнение почв этим элементом. Для почв Средней Сибири характерна неоднородность в распределении никеля в верхнем горизонте (табл. 55). В черноземах Красноярской, Ачинско-Боготольской, Назаровской, Чулымо-Енисейской лесостепи и подтаежной зо не содержание никеля колеблется от 9,0 до 64,8 мг/кг. Отмеченные различия обусловлены физико-географическим положением регионов, неодинаковой континентальностью климата и минералогического состава почвообразую-щих пород. Среднее содержание никеля в черноземе выщелоченном Красноярской лесостепи составляет 25,8 мг/кг, Ачинско-Боготольской лесостепи - 27,0, На-заровской лесостепи - 31,6, Чулымо-Енисейской лесостепи - 28,2. Близкие результаты по концентрации никеля в верхнем горизонте почв получены у черноземов оподзоленных и обыкновенных. Наиболее низкое количество никеля (20,3-23,6 мг/кг) характерно для черноземов карбонатных. Содержание никеля в черноземах располагается в следующий ряд (мг/кг): обыкновенный - 28,9, выщелоченный - 27,8; оподзоленный - 27,5; карбонатный - 21,9. Среднее содержание никеля в черноземах равно 27,4 мг/кг, что несколько выше, чем в почвах Западной Сибири [В.Б. Ильин, 1997а]. Серые лесные оподзоленные почвы в лесостепной и подтаежной зонах края расположены на северных и восточных склонах и характеризуются лучшими условиями увлажнения. В пашне эти почвы чередуются с черноземами. Содержание гумуса у серых лесных почв изменяется от 1,0 до 8,7%, реакция среды слабокислая и близкая к нейтральной (рНксі 5,1-5,8). Содержание никеля в этих почвах колеблется от 9,7 до 40,0 мг/кг (табл. 56). Среднее содержание никеля в серых лесных почвах Красноярской лесостепи составляет 23,4 мг/кг, Назаровской лесостепи - 30,4, Чулымо-Енисейской лесостепи - 25,4 и зоне подтайги - 26,1. Из разных подтипов почв более высокой концентрацией никеля выделяются темно-серые лесные и наименьшей -светло-серые. Серые лесные почвы занимают промежуточное положение. По концентрации никеля эти почвы распределяются: темно-серые -26,7 мг/кг, серые - 25,5, светло-серые - 19,5, что составляет 0,5-0,7 кларка.
Среднее содержание никеля в серых лесных почвах лесостепной и подтаежной зон края равно - 25,7 мг/кг. Анализ полученных данных показывает, что концентрация никеля в серых лесных почвах Средней Сибири ниже, чем в черноземах, что связано с более благоприятным их водным режимом и возможным выщелачиванием этого элемента. В дерново-подзолистых почвах подтаежной зоны содержание никеля ниже, чем в серых лесных почвах и составляет 25,6 мг/кг. Более низкое содержание никеля в этих почвах связано с пониженной концентрацией элемента в составе почвообразующих пород. Лугово-черноземные почвы в пахотных массивах располагаются по пониженным элементам рельефа и встречаются в комплексе с черноземами. Содержание гумуса в этих почвах варьирует от 6,9 до 9,7%, реакция среды слабокислая, близкая к нейтральной и нейтральная (табл. 57). Колебания никеля в разных подтипах лугово-черноземной почвы находится в пределах 15,9-55,4 мг/кг. Среднее содержание никеля в лугово-черноземных почвах Красноярской лесостепи равняется 28,7 мг/кг, Назаров-ской - 31,2, Чулымо-Енисейской - 27,4. Содержание никеля у разных подтипов лугово-черноземной почвы составляет: оподзоленной - 31,2 мг/кг, обыкновенной - 28,1, выщелоченной -27,8. Среднее содержание никеля в лугово-черноземных почвах на обследованной территории равно 28,5 мг/кг. Отличительной особенностью этих почв является несколько повышенное содержание в них никеля. Это объясняется миграцией никеля с повышенных элементов рельефа в пониженные, в которых происходит формирование лугово-черноземных почв. В других типах интразональных почв содержание никеля колеблется от 15,2 до 38,0 мг/кг. Более высокой концентрацией никеля характеризуется темно-бурая оподзоленная почва, низкой - луговая карбонатная. Среднее содержание никеля в луговых, темно-бурых, темно-цветных и аллювиально-луговых почвах ниже, чем в лугово-черноземных. Различия в содержании никеля среди интразональных почв происходят из-за неодинаковых условий их почвообразования.
