Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 CLASS Обзор литератур CLASS ы 9
1.1. Предпосылки исследования распределения йода в биогеоценозах сенокосов 9
1.2. Роль йода в биологических и физиологических процессах 17
1.3. Геохимический цикл йода и обоснование исследования распределения йода в почве 20
Глава 2 Объекты, методика и условия проведения исследований 24
2.1. Климатические условия 24
2.2. Почвы и земельный фонд области 29
2.3. Особенности сенокосного травостоя 36
2.4. Методика и условия проведения исследований 41
2.5. Условия проведения модельного опыта 48
Глава 3 Мониторинг содержания валового йода в черноземах и почвах серого лесного типа 51
3.1. Оценка обеспеченности йодом почв Курской области 51
3.2. Зависимость содержания йода в почве от ее агрохимических свойств 53
3.3. Оценка зависимости содержания йода в верхнем гумусовом слое почв с химическим составом выпадаемых осадков 59
Глава 4 Содержание йода в растениях и его трансформация в системе почва - растения 67
4.1. Содержание йода в растениях исследуемых районов Курской области 67
4.2. Оценка зависимости содержания йода в растениях от содержания йода в почве 73
4.3. Оценка биологического поглощения йода растениями 77
4.4. Зависимость между содержанием йода, гумуса в почве и коэффициентом биологического поглощения йода растениями сенокосов 78
4.5. Результаты токсической активности почв обогащенных йодом на прорастание семян (биотестирование) 82
Глава 5 Картирование и экономическая эффективность мониторинга 88
5.1. Картирование содержания йода в чернозёмах и почвах серого лесного типа Курской области 88
5.2. Рекомендуемые дозы внесения йодида калия на запланированную продуктивность сенокосов 91
5.3. Экономическая эффективность мониторинга 93
Выводы 95
Предложения производству 97
Список используемой литературы 98
Приложения 119
Список сокращений, используемых в тексте
ИТ - индекс токсичности
Как - кларковая аккумуляция йода
КБП - коэффициент биологического поглощения
КУ - коэффициент увлажнения
МУК — методические указания
НД - нормативные документы
СПК - сельскохозяйственная продуктивность климата
ЦЧР - Центральный Черноземный регион
Э - эффективность
- Предпосылки исследования распределения йода в биогеоценозах сенокосов
- Методика и условия проведения исследований
- Зависимость содержания йода в почве от ее агрохимических свойств
- Содержание йода в растениях исследуемых районов Курской области
Введение к работе
Актуальность темы. Жизнь растений и животных зависит от экологического состояния окружающей среды. Экологические факторы влияют на состояние биогеоценозов. Одним из лимитирующих факторов биогеоценозов является дефицит поступления микроэлемента йода. Недостаток его влияет на размножение, развитие и распространение растительных и животных организмов.
Недостаток или избыток йода в почве приводит к снижению урожайности растений, ухудшению качества сельскохозяйственной продукции, а в некоторых случаях является причиной эндемических заболеваний растений, животных и человека. Поступление йода в живые организмы осуществляется посредством пищевого трофического фактора (по происхождению абиотического и биотического, по степени влияния - лимитирующего) в трофической цепи почва - растения - животные — человек. Основным источником поступления йода в организм животных и человека является, прежде всего растительная пища. Поступления же йода в растения и содержание его в продуктах растениеводства в свою очередь зависят от содержания этого элемента в почве, от биологических особенностей растений, от свойств применяемых удобрений.
В связи с этим актуальной и закономерной является необходимость организации не только экологического мониторинга количественного содержания валового йода в почве, изучения зависимости его количественного содержания от абиотических показателей ЦЧ региона. Важное значение приобретает физико-химический анализ почв, позволяющий установить коэффициенты биологического поглощения йода в биогеоценозе, миграционные параметры его, доступность растениям, перераспределение в экологических цепях и улучшения качества растений биогеоценозов сельскохозяйственных сенокосов.
Связь работы с научными программами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с плановыми научными исследованиями Курской государственной сельскохозяйственной академии в рамках научного направления по теме 10, раздел 10.4 «Гетерогенное распределение ионов йода и тяжёлых металлов в природных средах» на 2000 -2005гг. (Решение научно-технического Совета академии, Протокол № 1 от 26.02.2001 г.).
Цель и задачи исследований. Целью диссертации является проведение анализа состояния йода в биогеоценозах сенокосов Центрального Черноземья и разработка практических рекомендаций для оптимизации его содержания, а так же расчет коэффициентов биологического поглощения (КБП) йода из почвенных систем пяти районов Курской области и норм внесения йодосодержащего микроудобрения для улучшения качества растительных культур биогеоценозов сельскохозяйственных сенокосов.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
Провести мониторинг содержания валового йода в чернозёмах и почвах серого лесного типа и дать оценку зависимости содержания йода от свойств почвыи химического состава выпадаемых осадков.
Провести экологический мониторинг содержания йода в растениях сельскохозяйственных сенокосов.
Изучить трансформацию йода в системе почва - растение и провести картирование.
Разработать дозы внесения йодида калия на запланированную продуктивность сенокосов для оптимизации содержания йода в почвах и повышения качества продукции.
Научная новизна работы. В работе впервые в условиях Центрального Черноземья проведен экологический мониторинг йода в биогеоценозах сенокосов, разработан новый методический подход к комплексной оценке КБП йода в зависимости от рН и валового содержания его в почве, а так же приведен прогноз внесения конкретных доз микроудобрения йодида калия для повышения содержания йода в биогеоценозах.
Практическая значимость. Результаты работы позволяют расширить научную базу в области экологического мониторинга. Предложена модернизированная система биогеохимического районирования йода в сенокосных биогеоценозах Центрального Черноземья. Установленные корреляционные зависимости позволяют прогнозировать количество йода в почвах, а, следовательно, регулировать доступность его растениям. Разработанные элементы научной базы
формируют основу дифференцированной системы агротехнических мероприятий, а также могут быть использованы для производства йодированной продукции в ЗАО «Курскхлеб» и в улучшении качества кормов сельскохозяйственных животных. Материалы диссертационной работы могут быть использованы в педагогической практике по экологии и других учебных дисциплин агротехно-логического профиля.
Личный вклад автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальных исследований, проведены необходимые расчеты, обработка результатов и их анализ, сформулированы общие положения, выносимые на защиту, выводы и рекомендации.
Основные положения, выносимые на защиту:
Влияние климатических условий на содержание йода в процессе почвообразования.
Интенсивность биологического поглощения йода в зависимости от его валового содержания в почве и территориального расположения исследуемых сельскохозяйственных земель районов Курской области.
Экологический мониторинг йода в биогеоценозах сельскохозяйственных сенокосов.
Зависимость между содержанием йода, гумуса в почве и коэффициентами биологического поглощения йода растениями и конкретные дозы внесения микроудобрения калия йодида для улучшения качества биогеоценозов сенокосов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития сельского хозяйства Центрального Черноземья» (Курск, 2002г.), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития сельского хозяйства Центрального Черноземья» (Курск, 2005г.), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития аграрного сектора региона» (Курск, 2007г.).
Объект исследований: объектом исследований закономерности распределения йода являлись почвы и растения биогеоценозов сенокосов Центрального
Черноземья (Беловского, Касторенского, Мантуровского, Железногорского и Курского районов Курской области).
Методы исследования и контроля: в работе применен метод определения валового содержания йода - объемное определение йода по Драгомировой, в модификации Глущенко и Миненковой методом титрования йода из йодидов раствором тиосульфата, метод определения массовой концентрации йода в пищевых продуктах, продовольственном сырье, пищевых и биологически активных добавках вольтамперометрическим методом МУК № 4.1.1481 - 03, который использовался для определения йода в растительном сырье, известные методики физических и химических анализов почвы, химических анализов природных вод (дождевых и талых). По общепринятым формулам рассчитаны коэффициенты корреляции (г), стандартная ошибка коэффициента корреляции (Sr).
Обработка экспериментальных данных, расчеты, построение функциональных графических моделей, позволяющих оценить изменения в концентрациях ионов йода под воздействием ряда физико-химичеких факторов почв, химического состава природных вод (дождевых и талых) выполнены с помощью программного обеспечения Excel 2000, StatSoft Statistica v 6.0 и Mathcad 2001 і Professional.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь работ, в том числе две в журналах, находящихся в списке изданий, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 118 страницах основного текста и 10 страницах приложения, состоит из 5 глав, содержит 27 рисунков, 24 таблицы, список литературы включает 230 источников в том числе 14 зарубежных наименования.
Предпосылки исследования распределения йода в биогеоценозах сенокосов
При проведении экологического мониторинга йода в биогеоценозах сенокосов Центрального Черноземья для повышения качества сельскохозяйственной продукции мы исходили из следующих предпосылок.
На любом участке сенокосов, как правило, совместно произрастает большое количество растений, образующих растительные сообщества. Организмы, входящие в состав биоценозов, тесно связаны со средой, образуя сложные природные комплексы - биогеоценозы.
На территории Центрального Черноземья особенно актуален аспект меди-ко-йодобиогеохимической эндемии.
Анализ современного состояния экологии, изучающей взаимоотношения организмов с окружающей средой, имеет важное значение для сельского хозяйства, здравоохранения и народного хозяйства в целом и привлекает в последнее время огромное внимание исследователей.
Накопление знаний о биологической роли микроэлементов по мере развития биохимических исследований представляет научную основу для изучения влияния геохимической среды на организм и использования микроэлементов в медицинской практике и сельском хозяйстве.
Специфическое экобиологическое действие йода неизменно велико, так как йод является абсолютно необходимым элементом, незаменимым в процессах жизнедеятельности организмов.
При недостатке йода в кормах у животных нарушается обмен веществ, что сильно сказывается на их плодовитости и продуктивности; в таких случаях появляются перегулы и яловость. При появлении эндемического заболевания молодые животные теряют жизнеспособность и погибают. У овец недостаток йода ухудшает рост и качество шерсти, а у коров резко снижает удои. Пороговая концентрация йода в корме (мг/кг сухого вещества): нижняя граница - до 0,07; верхняя граница от 0,8 до 2,0. Норма для животных от 0,07 мг/кг до 1,2 мг/кг сухого вещества [10, 193, 199, 201, 203].
Поступая в организм с пищей, водой и вдыхаемым воздухом, йод в пищеварительном тракте человека и животных всасывается в отделе тонкого кишечника и поступает в кровь [9, 87, 178, 217, 222]. Быстро всасываются соединения йода с жиром, неорганические соединения элемента и медленнее - белковые. Реакция на недостаток йода у людей проявляется сильнее и чаще, чем у животных. Суточная потребность взрослого человека в йоде составляет приблизительно 150 мкг и зависит от возраста и физиологического состояния организма. Некоторые исследователи оценивают потребность в йоде величиной 200 мкг/сутки [138, 165, 177, 208, 229].
В то же время этиология эндемических заболеваний полностью невыясне-на, вопрос осложняется наличием множества дополнительных факторов: пищевых, санитарно-гигиенических, нейрогуморальных, генетических [181, 182, 218, 220]. Не последнее место среди них занимают геохимические факторы среды, которые оказывают влияние на функциональную активность щитовидной железы и специфику йодного обмена (табл. 1).
Йодная профилактика эндемического зоба в нашей стране проводится с начала 30-х. годов XX века. В районах, где пищевые рационы бедны йодом, в поваренную соль добавляют йодистый калий (10 г на 1 т соли) в присутствии стабилизаторов (тиосульфат натрия и другие вещества), препятствующих окислению йодид-ионов и таким образом повышающих устойчивость йодированной соли. Дети получают таблетки антиструмина. В ряде мест применяется йодированный хлеб, чай, йодная подкормка животных и обогащение йодом почвы.
Поступление йода в достаточном количестве в живой организм - это только одна сторона вопроса. Не менее важным для проявления физиологического действия йода является его нормальное включение в процессы метаболизма, то есть усвоение элемента [62, 69, 108, 193, 219, 221]. Обмен йода в организме животных и человека представляет собой цепочку сложных ферментативных процессов, в осуществлении которых принимают участие такие микроэлементы, как медь, кобальт, возможно, железо и другие химические элементы. Реакция организма на экогеохимические условия окружающей среды зависит от комплексного действия разных (эндогенных и экзогенных) факторов, одним из которых является содержание и соотношение микроэлементов в природной среде [192, 194, 224, 225].
Эндемический зоб человека и животных широко распространен на земном шаре, практически во всех высокогорных странах материков, равнинные очаги в Евразии и США расположены в виде полосы, вытянутой в широтном направлении, в пределах нечерноземной зоны. По данным Всемирной организации здравоохранения, общее число больных эндемическим зобом составляет около 200 млн. человек.
По данным Н.А.Протасовой, почвы можно разбить на группы по обеспеченности йодом. По содержанию валового йода почвы ЦЧР подразделяют на шесть следующих биогеохимических групп [194]. I группа - почвы с содержанием йода 0,8 мг/кг. Данная группа включает светло-серые и серые лесные почвы северо-западной части ЦЧР, а также лес ные светло-серые почвы легкого гранулометрического состава надпойменных террас рек Дон, Воронеж, Хопер, Битюг и др. Это самые бедные йодом почвы. II группа - почвы с содержанием йода 2,0 мг/кг. Эта группа объединяет лесные темно-серые и серые лесные почвы с пятнами оподзоленных чернозё мов, залегающие в западной части ЦЧР. III группа - почвы с содержанием йода 3,0 - 4,0 мг/кг. Сюда входят выщелоченные чернозёмы с пятнами оподзоленных и типичных чернозёмов и серых лесных почв. Эти почвы занимают всю северную и северо-восточную части ЦЧР. Эта же группа включает обыкновенные чернозёмы южной части региона. IV группа - почвы с содержанием йода 4,0 - 5,0 мг/кг. Данная группа объединяет выщелоченные чернозёмы, залегающие в юго-западной и центральной части ЦЧР. V группа - почвы с содержанием йода 5,0 - 6,0 мг/кг. Группа объединяет обыкновенные чернозёмы Окско-Донской равнины и Среднерусской возвы шенности и южные черноземы на крайнем юго-востоке ЦЧР. VI группа - почвы с содержанием йода 6,0 — 8,0 мг/кг. Группа объединяет ти пичные черноземы с пятнами выщелоченных черноземов, залегающие на плоских пространствах Окско-Донской равнины. Это самые богатые йодом почвы ЦЧР. По обеспеченности подвижным йодом в ЦЧР выделяют две биогеохимические группы почв [193]. I группа - почвы с содержанием подвижного йода 0,03 - 0,06 мг/кг. В неё входят серые лесные почвы, оподзоленные и выщелоченные чернозёмы, слабо обеспеченные подвижным йодом. II группа - почвы с содержанием подвижного йода 0,07 - 0,09 мг/кг. В данной группе объединены типичные, обыкновенные и южные чернозёмы, средне обеспеченные подвижным йодом. Иодом пронизаны горные породы, почвы, растения, животные и человек, воздух, проточные, морские воды. Даже самые чистые кристаллы прозрачного горного хрусталя или исландского шпата содержат примеси йода [79, 91, 130, 185,186,187,188,226].
Методика и условия проведения исследований
Распространение йода в компонентах биогеоценозов Курской области систематически изучалось нами, начиная с 2002 г. При этом ставились широкие научные и прикладные задачи, связанные с изучением закономерностей распределения йода в различных подтипах серой и темно-серой лесных и черноземных почв.
Нами исследовались следующие компоненты природной среды: биогеоценозы сельскохозяйственных сенокосов пяти административных районов Курской области. Объектами исследования являлись почвы и растения, предметом изучения - содержание йода.
При детальном обследовании почвы отбор проб почвы производится по 8 румбам на расстоянии 1, 2, 5, 10, 15 и 30 км от границы промышленной зоны.
Пробы почв отбирали по равномерной сетке согласно ГОСТ 17.4.3.01. При рекогносцировочном обследовании отбор проб почвы производили по разреженной сетке с целью уменьшения общего числа обрабатываемых проб, однако при сохранении принципа достаточно равномерного охвата всей территории обследуемого района [20, 21, 22, 23, 47, 107].
В пункте отбора выбирали наиболее типичный по ландшафту участок луга размером 100 х 100 м. Пробы почвы на лугах отбирали в слое 0-20 см. Из отобранных проб удаляли корни, камни и другие посторонние включения. Средняя проба почвы складывалась из 9 индивидуальных образцов массой 0,5 кг, отобранных по диагоналям площадки 100 х 100 м. Средний образец массой 1 кг отбирали методом квартования.
Пробы почвенных разрезов были отобраны в период 2002 - 2008 гг., пункты (точки) отбора проб отмечены на карте-схеме в приложении. Они довольно равномерно покрывают территорию изучаемого региона и позволяют по полу 42
ченным данным составить карты распределения йода. При отборе проб учитывали также санитарно-гигиенические условия в местах отбора для последующей оценки природного фона йода в регионе и влияния антропогенных факторов на его величину [145, 150, 170, 213].
Частота встречаемости и степень тяжести заболевания зобной эндемией на обследованной территории неравномерные, что обусловлено неодинаковостью природных условий, прежде всего неоднородностью почвенного покрова [19, 25, 108, 148]. В исследованиях использовали сравнительно-географический метод, позволяющий увязать содержание йода в почвах с их местоположением и свойствами [2, 24, 49, 67, 74, 76]. Исследованиями охвачена достаточно равномерно вся территория Беловского, Курского, Мантуровского, Железногорского и Касторенского районов Курской области Центрального Черноземья. Образцы сразу же упаковывали в полиэтиленовую пленку, после просушки и подготовки к анализу их хранили в пакетах из той же пленки.
При отборе растительных проб в естественных угодьях необходимо, чтобы средняя проба наиболее полно отражала химический состав всей совокупности растений, на каждом участке выделяли 10 типичных делянок площадью 1 м2 каждая, равномерно расположенных на участке.
Растения скашивали в сухую погоду, как правило, серпом или косой на высоте 3-5 см.
После тщательного перемешивания на ровной площадке из объединенной пробы отбирали средний образец массой 1 - 1,5 кг. В помещении пробу взвешивали и замеряли отдельные органы растений.
Поступающие на химический анализ растительные образцы должны находиться либо в естественном состоянии, либо быть хорошо высушенными [7]. Для предупреждения потерь части листьев, особенно у клевера и др., при высушивании, растения помещали в марлевые мешочки или заворачивали в бумагу. У высокостебельных культур для составления объединенной пробы в 5 - 10 местах поля или делянки отбирали по 10-20 растений средней величины, перемешивали и отбирали средний образец для анализа. Крупные растения из мельчали до величины 3 - 5 см и помещали для высушивания в марлевые мешки или бумажные пакеты.
Работы по изучению наличия йода в снежном покрове проводили в период максимальных снежных запасов [53, 155, 157, 159], в почвенном покрове — в теплый период года, а в растительности — в период вегетации.
Общие требования к отбору проб атмосферных осадков определены ГОСТ 17.1.5.05. Мокрые выпадения отбирали специальными пробоотборниками. После выпадения осадков пробы переливали в полиэтиленовые бутылки и консервировали. На этикетках отмечали количество осадков, площадь емкости и объем пробы.
Зависимость содержания йода в почве от ее агрохимических свойств
Статистической называют зависимость, при которой изменение одной из величин влечет изменение распределения другой. В частности, статистическая зависимость проявляется в том, что при изменении одной из величин изменяется среднее значение другой; в этом случае статистическую зависимость называют корреляционной.
Задачи теории корреляции:
- установить форму корреляционной связи;
- оценить тесноту (силу) форму корреляционной связи. С учетом законов распределения количественных данных различных геохимических характеристик почв проводился корреляционный анализ полученного цифрового материала. Из исследуемых показателей достоверная статистическая связь обнаружена между содержанием в почве йода и органического вещества, коэффициент корреляции равен - 0,8 и изменяется до 0,8 максимум по районам области. Это вполне согласуется с известным фактом, что количество йода в почве контролируется содержанием в ней органического вещества и степенью дисперсности почвенных агрегатов.
Низкая обеспеченность йодом серых лесных почв связана с их небольшой гумусностью, кислой средой, высокой подвижностью гуминовых соединений. Все эти факторы в условиях периодически промывного режима и лесной растительности способствуют выносу йода из почвенной толщи.
В черноземных почвах дерновый процесс развит сильнее, и вследствие этого в гумусовом горизонте в абсолютном количестве аккумулируется больше йода, чем в серых лесных почвах. В этих почвах йод может концентрироваться не только в гумусовом слое, но и в породе, если она карбонатная. Как известно, карбонаты ограничивают подвижность йода и способствуют его фиксации.
Максимальное содержание йода отмечается в поверхностном слое почвы из-за его биологической аккумуляции. Распределение йода по профилю аналогично распределению рН и частично - распределению гумуса и обменных катионов.
Рядом исследователей Виноградов, 1957; Каталымов, 1965; Имади, 1966 установлена прямая зависимость между содержанием органического вещества и йода в профиле почв внутриконтинентальных областей. Это обусловлено тем, что стабильные гумусовые вещества энергично сорбируют йод. Кроме того, йод связывается крахмалом и некоторыми другими углеводами разлагающихся остатков растений и микроорганизмов [56, 61, 92, 96].
Для почв ЦЧР выявлена очень слабая положительная корреляция между содержанием йода, гумуса и обменных катионов (г = 0,3 - 0,4). Не обнаружено достоверной коррелятивной зависимости между содержанием йода и илистых частиц в пределах профиля серых лесных почв. Уровень концентрации йода в почвообразующих породах зависит от их гранулометрического состава. Между содержанием йода и физической глины в породах ЦЧР обнаружена прямая коррелятивная связь средней силы (г = 0,64).
Итак, содержание йода в почвах и характер его распределения по профилю определяются специфическими условиями формирования этих почв.
Со многими агрохимическими свойствами почв - подвижным фосфором, обменным калием, содержанием нитратного азота, кислотностью - достоверных связей не обнаружено.
Содержание йода в растениях исследуемых районов Курской области
В современных исследованиях в области обеспечения растений необходимыми элементами питания большое внимание уделяют не только валовому содержанию элементов в почвах, но и тому, находятся ли они в доступной для растений форме. Н. Г. Зырин (1970) отмечал, что весьма распространенный в литературе по микроэлементам термин «подвижные формы» не всегда имеет одно и то же значение и во многих случаях не является синонимом термина «доступные растению соединения микроэлементов». Обнаруженные нами различия в усвояемости растениями различных форм соединений йода подтверждают необходимость учитывать это положение. В последнее время «подвижными формами йода» часто называют его соединения, переходящие в сложную водно-кислотно-щелочную вытяжку из почв. Такое группирование форм соединений йода способствует изучению закономерностей миграции этого элемента в ландшафте или профиле почв, но мало дает в смысле оценки усвояемости почвенного йода растениями. Вместе с низкомолекулярными формами соединений йода подобные вытяжки экстрагируют из почв йод, связанный гумусовыми веществами, во много раз менее доступный для растений по сравнению с его ионной формой [68, 127, 143, 214].
В числе причин обеднения верхних горизонтов некоторых типов почв йодом часть исследователей называет возможную отдачу образующегося в результате окислительных процессов молекулярного йода в надпочвенный слой воздуха. Основанием для подобного утверждения является химическая нестабильность йодистоводородной кислоты и ее солей — йодидов. Как известно, йод выделяется в свободном состоянии из растворов йодидов даже при действии слабых окислителей, например, солей Fe (III) и Си (II). Однако анализ литературных данных показывает, что молекулярная форма йода во много раз более реакционноспособна по сравнению с его ионной формой и интенсивно по глощается минеральными и органическими компонентами почвы [88, 89, 90].
Экспериментальный подход к изучению механизмов поведения йода в почвах позволил дать не только чисто феноменологическую оценку роли отдельных факторов в процессах фиксации и мобилизации этого элемента в почвах, но и внести ряд поправок и добавлений, необходимых для правильного объяснения закономерностей в его поведении, выявленных сравнительно-географическими исследованиями. Кроме того, значение этих факторов имеет и практическое значение. Так, зависимость подвижности ионов йода в почвах от их концентрации должна учитываться при определении доз йодидов, применяемых при подкормке растений йодными удобрениями. Результаты исследования подвижности йода в системе «раствор — почва» при различных значениях рН позволили вскрыть противоречивый характер влияния кислой среды на накопление йода в почвах. Весьма важен тот факт, что часть йода вымывается из почв в составе высокомолекулярных органических соединений. Не исключена возможность выноса таких форм йода в реки и подземные воды [147, 204]. Анализ литературных данных и результатов собственных исследований позволил дать оценку роли органических компонентов почвы в аккумуляции йода. Весь экспериментальный, материал, полученный при изучении поглощения йода гумусовыми веществами, а также свойств йодно-гумусовых образований, наглядно подтверждает ту роль, которую отводят гумусовым веществам почвы, как резерву элементов, необходимых для питания растений. Гумусовые вещества способны связывать йод и таким образом превращать его в труднодоступные для растений формы, а затем, под влиянием различных факторов отдавать в низкомолекулярной форме в раствор. Учет установленных в настоящей работе закономерностей необходим при разработке конкретных практических мероприятий по обеспечению растений необходимыми количествами йода.
Кислые органические продукты первичного разложения растительного спада значительно увеличивают подвижность йода в системе «раствор - почва». Кратковременное взаимодействие образцов почв с растительными экстрактами приводит к заметной потере йода из почв, причем часть его вымывается в составе высокомолекулярных соединений. В условиях кислой среды растительные экстракты также снижают поглощение ионов йода почвами из растворов [68, 127, 143, 214]. Щелочно-растворимая фракция гумусовых веществ обладает свойством переводить ионы йода в связанное состояние. Количества связываемого йода зависят от времени взаимодействия гумусовых веществ с йодидами, а также от концентрация последних в растворе. Ионная форма йода связывается гумусовыми веществами значительно менее активно, чем его молекулярная форма. Аллювиальный песок, глинные минералы, окись алюминия по поглотительной способности в от ношении ионов йода уступают гумусовым веществам и образцу почв в целом. Однако процент поглощения ими ионов йода увеличивается с повышением концентрации водородных ионов. Поэтому в кислых малогумусных почвах минеральные сорбенты могут играть существенную роль в аккумуляции йода.
Щелочные вытяжки из почв содержат как высокомолекулярные, так и низкомолекулярные формы соединений йода.
При термическом воздействии происходит частичная диссоциация йодно-гумусовых комплексов. Количества отщепившегося йода зависят от температуры нагревания и увеличиваются с ее повышением. Часть йода связана гумусовыми веществами настолько прочно, что остается в составе йодно-гумусовых комплексов даже при двухчасовом нагревании при 150 С. Предварительная термическая обработка гумусовых веществ при 150 С не влияет на последующее поглощение ими ионов йода [214, 215].
Из растворов, содержащих ионную форму йода, этот элемент усваивается растениями во много раз легче, чем из растворов, в которых он находится в форме йодно-гумусовых комплексов.
При добавлении в почвы йодидов в концентрациях, не превышающих значительно-естественное содержание йода в почвах, даже при наличии сильных окислительных условий не обнаружено заметной потери йода в атмосферу. При добавлении йодидов в концентрациях, намного превышающих естественное содержание йода в почвах, происходит потеря части образовавшейся молекулярной формы йода в атмосферу в результате более или менее полного насыщения компонентов почв этим элементом [85, 86].
Необходимость йода для жизни растений еще не установлена. И по этому вопросу нет единого мнения. Оказалось, что йод способствует повышению сахаристости корнеплодов сахарной свеклы, крахмалистости картофеля, содержания хлорофилла в листьях, масла в семенах подсолнечника, аскорбиновой кислоты в овощах. Он стимулирующе действует на рост растений [57, 93, 97, 98].
Данных о токсичности йода для растений в условиях техногенного загрязнения немного. Внесение в почву больших количеств золы бурых водорослей (используемой в качестве удобрения в некоторых прибрежных морских районах) может вызывать симптомы йодовой токсичности, которые сходны с таковыми при избытке брома: краевой хлороз взрослых листьев и изменение окраски (до темно-зеленой) у молодых листьев [50, 52, 75, 94, 140].
Полученные результаты позволяют точнее интерпретировать поведение йода в почвах и биогеоценозах и разработать более эффективные приемы применения этого элемента в практике [147, 184, 202, 204, 216].
Первичные данные по содержанию йода в растениях представительных участков обследованных районов Курской области приведены в таблице (табл. 16). Там же указаны биогеохимические группы растений по обеспеченности йодом и зональные (справедливые для данной зоны) оценки уровня обеспеченности растений йодом.