Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Район, объекты и методы исследования 8
1.1. Район исследования 8
1.2 Объекты исследования 9
1.2.1. Морфология и основные физико-химические свойства почв альпийского и субальпийского пояса 10
1.2.2. Морфология и основные физико-химические свойства почв лесного пояса 12
1.2.3. Морфология и основные физико-химические свойства почв степного пояса уймонской котловины 15
1.3. Оценка эрозионной устойчивости пахотных почв уймонской котловины на основе их основных физико-химических свойств 20
1.4. Методы исследования 27
Глава II Физико-географические условия территории исследования 30
2.1. Геологические особенности территории 30
2.2. Климатические условия 31
2.3. Растительность 33
2.4. Геоморфология и гидрография 37
Глава III. Биогеохимия микроэлементов и радионуклидов (литературный обзор) 39
3.1. S-элементы (be, zn, sr, ва, 4к, ,37cs) 39
3.2. Р-элементы (в, ga, sn, рв, bi) 53
3.3. D-элементы (sc, v, cr, mn, co, ni, y, zr, nb, mo, la) 59
3.4. F-элементы (се, yb, 232th, 238u) 76
Глава iv. Результаты исследования 84
4.1. Валовое содержание микроэлементов в почвах уймонской котловины , 84
4.2. Пространственное распределение микроэлементов в почвах уймонской котловины 96
4.3. В почвах уймонской котловины и горного окаймления 103
4.4. Содержание микроэлементов в культурных и дикорастущих растениях уймонской котловины 117
4.5. Влияние микроудобрений на урожай сельскохозяйственных культур на черноземе обыкновенном в условиях уймонской котловины 126
4.6. Оценка эколого-биогеохимической обстановки исследуемой территории 128
Выводы: 132
Предложения производству .-.» 134
Литература 135
Приложения 149
- Морфология и основные физико-химические свойства почв альпийского и субальпийского пояса
- Геоморфология и гидрография
- D-элементы (sc, v, cr, mn, co, ni, y, zr, nb, mo, la)
- Содержание микроэлементов в культурных и дикорастущих растениях уймонской котловины
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время все большую актуальность приобретают исследования поведения химических элементов в природных и антропогенных средах, их совокупного влияния на живые организмы.
Многие редкие и рассеянные химические элементы (микроэлементы) играют значительную биологическую роль, входя в физиологически важные органические соединения у организмов - в дыхательные пигменты, ферменты,, витамины, гормоны и другие физиологически важные вещества (Виноградов, 1963; Протасова, 1998; Орлов, 1998).
Недостаток микроэлементов в почвах, как и избыток, приводит к снижению урожайности культурных растений, ухудшению качества сельскохозяйственной продукции, а в отдельных случаях является даже причиной эндемических заболеваний растений, животных и человека.
Особое место в элементном составе природных систем занимают радиоактивные элементы (естественные и искусственные), являющиеся источниками радиоактивного излучения и создающие суммарный радиационный фон.
Основную часть облучения живые организмы получают от естественной радиации, источниками которой служат природные образования (горные породы, содержащие естественные радионуклиды в повышенных концентрациях, природные воды, в том числе в районах нефтедобычи, с высоким содержанием урана, тория и продуктов их распада - радия и радона), источниками радиации являются и промышленные предприятия, ведущие добычу и глубокую переработку руд, а также ТЭЦ, работающие на углях, горючих сланцах и торфах с высоким содержанием радиоактивных элементов. Искусственная радиоактивность непосредственно связана с деятельностью человека (проведение ядерных испытаний, переработка и захоронение ядерного то-плива). Индикатором проведенных ядерных испытаний обычно служит нахождение в природной среде изотопа цезия-137.
Уймонская котловина является одной из крупных среднегорных котловин Алтая. Горным окаймлением котловины служат два крупных хребта Те-ректинский и Катунский, опоясывающих её соответственно с севера и юга.
Наиболее интенсивный характер развития земледелия в Уймонской котловине на протяжении последних 200 лет привел к возникновению ряда негативных последствий, выражающихся в проявлении эрозионных процессов, снижении плодородия, и, как результат, деградации почв.
В последнее время научный интерес к исследованию Уймонской котловины и ее горного окаймления значительно возрос, это связано, в том числе, с высоким рекреационным потенциалом данной территории, что требует глубоких научных исследований, направленных на сохранение биоразнообразия и целостности природных ландшафтов.
Цель работы: выявить закономерности миграции и аккумуляции микроэлементов, радионуклидов в почвах и растениях Уймонской котловины и её горного окаймления.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить основные физико-химические свойства почв территории,
определяющие характер внутрипрофильного распределения микроэлементов
и радионуклидов в системе генетических горизонтов исследуемых почв;
Оценить уровень содержания микроэлементов и радионуклидов в почвах Уймонской котловины и её горного окаймления;
Изучить характер пространственного распределения микроэлементов и радионуклидов в исследуемых почвах;
Оценить содержание микроэлементов в культурных и дикорастущих растениях;
5. Дать оценку эколого-биогеохимической обстановки в Уймонской
котловине.
Научная новизна. Впервые выявлены закономерности поведения широкого комплекса микроэлементов и радионуклидов в основных типах почв Уймонской котловины и горного окаймления. Охарактеризован характер
внутрипрофильного и пространственного распределения элементов* на исследуемой территории. Дана оценка содержания тяжелых металлов* в зерне злаковых культур, возделываемых в условиях Уймонской котловины на черноземах обыкновенных.
Защищаемые положения:
Характер распределения микроэлементов в почвах Уймонской котловины определяют щелочной и биогеохимический барьеры;
Группа тяжелых минералов, содержащаяся во фракции мелкого песка (0,25-0,05 мм), обусловливает повышенное содержание Zr, Мп, Ва, Sr и Zn в легкосуглинистых разновидностях почв, приуроченных к днищу Уймонской котловины и конусам выноса рек;
> Эколого-биогеохимическая ситуация в Уймонской' котловине яв
ляется'благоприятной и не вызывает опасений для стабильного функцио
нирования агро- и биогеоценозов.
Практическая-значимость. Микроэлементный»и радионуклидный*состав почв исследуемой территории является одним из важных аспектов1 оценки эколого-гёохимической ситуации и приоритетным показателем биогеохимического статуса территории. Полученные результаты могут быть полезны специалистам сельского хозяйства, здравоохранения.
Фактический материал. В основу работы положены материалы, полученные автором в период экспедиционных исследований с 2003 по 2008 г. на территории Уймонской котловины и её горного окаймления.
Апробация. Основные материалы диссертации докладывались на конференции аспирантов и научных сотрудников ИВЭП СО РАН (2004), на V международной биогеохимической школе (8-11 сентября 2005 г.) «Актуальные проблемы геохимической экологии», Семипалатинск, 2005, международной научной конференции «Геохимия биосферы», Москва, (15-18 ноября 2006 г.), IV международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде», Семипалатинск, 2006 г., на Втором Санкт-Петербургском международном экологическом форуме «Ок-
ружающая среда и здоровье человека»; на V Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (15-18 октября 2008), Семипалатинск, 2008 г.
Публикации по теме диссертации. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в сборниках научных трудов международных, российских, региональных конференций и школ. Общее число публикаций 8, в рецензируемых журналах 4, в том числе 1 в изданиях, включенных в список ВАК. Объем печатных листов составляет 30, доля автора 60%.
Объем и структура диссертации. Диссертация представляет собой рукопись объемом 161 страница. Состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы, который включает 152 отечественных и зарубежных источника, 3 приложений. Диссертация содержит 28 рисунков и 21 таблицу.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору биологических наук, профессору А.В. Пузанову за консультации и постоянную поддержку при работе над диссертацией, а также коллективу лаборатории биогеохимии ИВЭП СО РАН.
Морфология и основные физико-химические свойства почв альпийского и субальпийского пояса
В зависимости от условий почвообразования, почвенный профиль горно-луговых почв может быть представлен следующей системой генетических горизонтов: Ад (AnT)-B-BC-D. Дерновому горизонту свойственна темно-бурая, светло-бурая окраска и наличие включений щебня, дресвы, структура почв, как правило, плохо выражена, комковатая. Более подробное морфологическое описание почв приводится в приложении (приложение 3).
Исследуемые нами почвы сформировались на элювии гранита (рис. 2) и элювио-делювии кристаллических сланцев (рис. 3).
. Почва горно-луговая на элю- Рис. 3. Почва горно-луговая суглини вии гранита стая на элювио-делювии кристалличе ских сланцев
Содержание гумуса в гумусовых горизонтах почв составляет 5,0 -6,2%, в гумусово-перегнойных горизонтах содержание органического вещества в пересчете на гумус может достигать свыше 30% (приложение 1).
Емкость катионного обмена в почвах хорошо коррелирует с содержанием гумуса и в отдельных случаях может достигать 100 мг-экв/100 гр. почвы (в перегнойных горизонтах почв).
Значительное поступление в почвенный раствор оснований в результате разложения растительных остатков, выветривания почвообразующих пород способствует поддержанию реакции почвенного раствора на нейтральном уровне. Реакция почвенного раствора среднещелочная (рН 7,9-8,3) в гумусовых горизонтах и сильнощелочная в материнской породе.
В гранулометрическом составе почвы отмечается преобладание фракций мелкого песка (0,25-0,05 мм) и крупной пыли (0,05-0,01 мм). Содержание илистой фракции незначительное и составляет 5%. Гранулометрический состав почв супесчаный и суглинистый (приложение 1). 1.2.2. Морфология и основные физико-химические свойства почв лесного пояса
Под парковыми лиственничными лесами развиваются своеобразные горно-лесные черноземовидные почвы.
Своеобразие этих почв впервые было отмечено В.П. Смирновым (1910, 1911). Затем они изучались Б.Ф. Петровым (1952), Н.Д. Градобоевым (1955, 1958), Н.В. Орловским (1959), А.А. Соколовым (1962). Близкими к горнолесным черноземовидным почвам относят темноцветные почвы лиственич-ных травяных лесов Забайкалья, Тувы, Саян и Кузнецкого Алатау, О.В. Макеев (1959), В.А. Носин (1963), В.Н. Горбачев (1967) и Н.И. Ильиных (1967) относят их к горно-таежным дерновым и горным дерновым лесным неопод-золенным и слабооподзоленным почвам (Хмелев В.А., 1968).
В Уймонской котловине горнолесные черноземовидные почвы можно встретить на склонах южных экспозиций на мощных делювиальных шлейфах под формациями парковых лиственничных лесов отрогов Теректин-скиго хребта.
Характерными морфологическим признаками горно-лесных черноземо-видных почв, сближающими данные почвы с черноземами равнинных территорий, являются: наличие мощных гумусовых горизонтов (до 50 см), их зернистая структура и присутствие карбонатов кальция. Реакция почвенного раствора, как правило, нейтральная или слабощелочная в дерновых горизонтах и среднещелочная и сильнощелочная в почво-образующей породе и переходных горизонтах, что обусловлено присутствием карбонатов кальция (приложение 1).
Содержание гумуса в гумусовых горизонтах почв составляет 10-20%, постепенно снижается с глубиной до 1-2%. Аналогичная картина прослеживается в отношении поглотительной способности. Максимальная емкость поглощения характерна для дерновых горизонтов - до 50 мг-экв / 100 г. почвы, в нижних горизонтах снижается до 30 мг-экв /100 гр. почвы.
Гранулометрический состав почв, как правило, средне- и тяжелосуглинистый (приложение 1). Содержание илистых фракций составляет 10-20% от суммы всех фракций.
Бурые лесные почвы формируются в наиболее увлажняемой умеренно-холодной части лесного пояса, где выпадает примерно 700-1000 мм осадков (за счет конденсации влаги конвективных воздушных течений) и более мягкого температурного режима (инверсионное повышение зимних температур).
Растительность представлена преимущественно кедрово лиственичными лесами с примесью осины и березы с широкотравным напоч-. венным покровом. Почвообразующими породами являются продукты вывет У ривания различных горных пород — элюво-делювия кристаллических сланцев, песчаников, гранитов, известняков.
Горно-лесные бурые почвы широко распространены в лесном поясе отрогов Катунского и Теректинского хребта преимущественно на склонах западных и восточных экспозиций.
Геоморфология и гидрография
По схеме структурно-геоморфологического районирования Горного Алтая (Щукина, 1960), Уймонская депрессия относится к внутригорным эро-зионно-тектоническим и аккумулятивным впадинам.
Характерными элементами рельефа Уймонскои котловины являются следующие: конуса выноса рек, делювиальные шлейфы, речные долины, ос-танцовые возвышенности. Уймонская депрессия имеет плоское днище, которое вытянуто, как и хребты, в субширотном направлении (Хмелев, 1968).
В Уймонской котловине флювиогляциальные отложения прошлого были размыты Катунью, в результате чего образовалась серия террас различной величины (Куминова, 1960). Древние террасы, располагаются у подошвы Теректинского хребта наподобие «залавков» среднеазиатских межгорных котловин (Воскресенский, 1962).
Одной из форм во дно-ледникового рельефа, встречающегося в Уймонской котловине, являются озы. Они были отмечены еще В.А. Обручевым, однако позднее ледниковое происхождение волнистого длинного вала под-вергли сомнению. Г.А. Чернов, и его соавторы утверждают, что в котловине сохранилась целая система озов различных размеров.
По утверждению Г.А. Чернова и.его коллег, камовая терраса прослеживается у подножья Теректинского хребта, что также отмечает С.С. Воскресенский (1962), на участке между селами Теректа и Чендек. На всем протяжении терраса сложена плотным слабоокатанным неяснослоистым галечником с редкими валунами.
Отметим, что окружающие котловину склоны хребтов довольно сильно расчленены на боковые (второстепенные) водоразделы рядом параллельно текущих со снежных вершин рек. При этом, если южные степные склоны Теректинского хребта, характеризующиеся, каменистостью и терра-сированностью, резким уступом ограничивают котловину (что свидетельствует о значительном эрозионном цикле), то северные облесенные склоны Катунского хребта, где, хотя и наблюдаются одиночные скальные выступы и каменистые россыпи, в общем, более пологи.
Гидрологическая обстановка той или иной территории оказывает весьма существенное влияние на формирование почв, поскольку она в конечном счете определяет миграцию и пространственное распределение растворимых и взвешенных веществ. Большую роль в этом играют поверхностные воды, обусловливающие миграцию даже почвенных масс (Райхерт, 2004).
На территории Уймонской котловины довольно хорошо развита гидрографическая сеть, которая принадлежит бассейну р. Катуни и ее мелким притокам. Река Катунь практически на всем своем протяжении приурочена к тектоническим разломам. Основное направление ее на территории Уймонской котловины - широтное и северо-западное.
По своему режиму р. Катунь относится к высокогорно-ледниковому гидрологическому району. Реки этого района получают питание преимущественно за счет талых ледниковых и снеговых вод, а также атмосферных осадков, выпадающих в течение 3-4 летних месяцев. В остальное же время года основная масса второстепенных рек и ручьев пересыхает или промерзает. Максимальные уровни расхода воды отмечаются в июле, когда характерны и максимальные температуры воздуха Глава III. Биогеохимия микроэлементов и радионуклидов (литературный обзор) Объектами исследования данной работы являются почвы Уймонской котловины. Предметом исследования являются следующие микроэлементы и радионуклиды: Be, Zn, Sr, Ва, В, Ga, Sn, Pb, Bi, Sc, V, Cr, Mn, Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, La, Ce, Yb, 238U, 232Th, 40K. 3.1. s-элементы (Be, Zn, Sr, Ba, 40K, 137Cs) Бериллий (Be) В главных типах горных пород концентрация элемента, как правило, не превышает 10 мг/кг. Относительно высокие концентрации элемента обнаруживаются в кислых вулканических породах (риолитах, трахитах и дацитах) и метаморфических (сланцах). Образует минералы хризоберилл ВеОАЬОз и . берилл Be3Al2(Si60i8) (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Перельман; Касимов, 1999). При выветривании пород бериллий обычно сохраняется в остаточных продуктах и по своим геохимическим свойствам близок алюминию. Поведение элемента изменяется в зависимости от среды, что обусловлено малыми размерами атомов, высоким потенциалом ионизации и высокой электроотрицательности (Иванов, 1994). Бериллий присутствует в почвах преимущественно в кислородных соединениях в виде двухвалентного катиона, а также образует комплексные соединения (Перельман, Касимов, 1999). В сильнокислых водах бериллий катионогенен и представлен кислородными соединениями, в сильнощелочных ведет себя как анионогенный элемент, образуя растворимые комплексы с F", COj (например [Be (С03)2] ) Из сильнокислых растворов при повышении рН до слабокислых и нейтральных значений бериллий осаждается фосфатным ионом (Перельман, Касимов, 1999). Содержание бериллия в почвах России колеблется в пределах 1,2 -13 мг/кг, в поверхностном слое почв США 1,0-15 мг/кг, в пахотном горизонте почв Канады 0,1 - 0,89 мг/кг (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Биологическое значение бериллия еще слабо- изучено. Установлено, что в малых концентрациях (около 1 мг/л) он оказывает стимулирующее действие на некоторые живые организмы (Adriano, 1986; Кабата-Пендиас, Пент диас, 1989). Цинк (Zn) В почвах Zn широко распространен w легко подвижен (Zn" ). Однако даже в,наиболее благоприятных для его миграции кислых средах он быстро сорбируется минеральными (особенно Al, Fe и Мп) и органическими компо нентами. Его накопление обычно происходит в поверхностных горизонтах почв (А и В). Аномальные концентрации цинка в почвах, связанные с техногенным загрязнением (влияние предприятий цветной металлургии, осадка сточных., вод и т.д.), представляют серьезную экологическую опасность (Тяжелые металлы..., 1980; Минеев и др., 1984; Ильин, 1985; Алексеев, 1987; Кабата-. г Пендиас, 1989; Геохимия..., 1990; Цинк..., 1992; Лурье, 1995; Ладонина, 2000). ПДК цинка в почвах по A. Kloke (1980) - 300 мг/кг.
Растворимость и степень подвижности Zn связана обратной зависимостью с насыщенностью почв С а и Р, что может вызвать дефицит Zn для растений.
Zn может присутствовать в почвах в виде слаборастворимых компонентов - оксосульфатов карбонатов, фосфатов, силикатов, оксидов и гидро-ксидов. Термодинамически наиболее благоприятна сульфидная форма. Гид-роксиды Al, Fe, Мп, а. также органические соединения хорошо адсорбируют Zn. В системе Zn-CCVHoO свободная ионная форма [Zn(H20)6] должна преобладать при рН 7,7; ZnOH доминирует при рН от 7,7 до 9,1; Zn(OH) или [Zn(OH)4] " - при рН 9,1. Органические комплексные соединения могут со ставлять от 28 до 99% от растворимых соединений Zn в почвенных растворах с его содержанием 0,2 мг/л. Растворимость Zn повышается-в кислых условиях, а так же при значительном количестве низкомолекулярных органических лигандов. Среди них, кроме фульвокислот, повышенной устойчивостью обладают комплексы Zn с глицином (Добровольский, 1998). Установлен антагонизм в почвах между Zn-Cu, Zn-Fe, Zn-As, Zn-P с подавлением одного элемента другим (Кабата-Пендиас, 1989). Отмечена также конкуренция Zn-Mg, Zn-Co за обменные позиции в почве (Иванов, 1994).
Органическое вещество почв способно связывать Zn в устойчивые формы, вследствие чего наблюдается накопление Zn в органических горизонтах почв и в торфе. Однако константы устойчивости Zn-органических соединений в почвах относительно низкие (Иванов, 1994; Dabkowska, 2003).
Наиболее важными факторами, контролирующими растворимость Zn в почвах, являются содержание глинистых минералов и водных оксидов и л. величина рН, тогда- как образование органических комплексов и осаждение Zn в виде гидроксидов, карбонатов и сульфидов, по-видимому, не имеют. большого значения. Zn может входить также в кристаллическую структуру некоторых слоистых силикатов (например, монтмориллонита), при этом он і становится малоподвижным.
Цинк наиболее подвижен и биологически доступен в кислых легких минеральных почвах. Кислотное выщелачивание особенно действенно для мобилизации Zn, поэтому наблюдается потеря этого металла определенными горизонтами, в частности в подзолах и бурых кислых почвах, развитых на песках. На высокую подвижность цинка в верхнем горизонте почв с кислой реакцией среды указывают многие исследователи (Ковальский, Андрианова, 1970; Прохоров, 1971; Громова, 1973; Пейве, 1980; Бансал и др., 1982; Кабата-Пендиас, 1989).
D-элементы (sc, v, cr, mn, co, ni, y, zr, nb, mo, la)
Содержание бора в магматических породах возрастает с их кислотностью. Высокие значения характерны для гранитов и гнейсов - 10-30 мг/кг. Также повышенное содержание элемента обнаруживается в метаморфических осадочных породах (сланцы, глины) - 120 —130 мг/кг. Наиболее распространенные собственные минералы бора - бораты и гидробораты, силикаты, фториды, гидрохлориды, гидрофосфаты и-сульфаты (Adriano, 1986; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Содержание бора в почвах мира колеблется в пределах 5,4 — 33 мг/кг, достигая 39 мг/кг в почвах районов борной минерализации. В почвах России содержание бора 9,6-36 мг/кг (Kabata-Pendias, Pendias, 1979).
Кроме минеральных форм, он содержится в почвах в виде недиссоции-рованной Н3ВОз и В(ОН)4, а при рН 7 в растворе вероятно присутствие Н2ВО иВ40 .
Бор является- наиболее подвижным элементом почв. Миграция бора сходна с подвижными анионогенными элементами - CI, Br, S.
Миграционная способность бора в почвах зависит от рН, содержания гумуса, подвижных оснований, механического состава.
Кларк в живом веществе (растительность суши), составляет 10 мг/кг.-Наиболее сильно поглощают бор солянки, полынь, астрагалы, тростники из засоленных районов (Перельман, Касимов, 1999).
Основные биохимические функции бора в растениях связаны с метаболизмом углеводов и переносом Сахаров через мембраны, синтезом нуклеино-. вых кислот (ДНК и РНК) и фитогормонов (Школьник, 1974; Гоготов, Зорин, 1999).
Дефицит бора у растений проявляется на бедных этим микроэлементом почвах, при концентрации 0,1-0,7 мг/кг водорастворимой формы. Наиболее чувствительны к недостатку бора сахарная и кормовая свекла, подсолнечник, бобовые, томат, сельдерей и яблоня.
Избыток бора в растениях возникает на засоленных территориях. При концентрации в 1 мг/л элемент угнетающе действует на чувствительные к элементу растения. Концентрация в 10-20 мг/л токсична даже для толерантных культур (Школьник, 1974; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, 2001). Галлий (Ga)
Галлий - типичный рассеянный элемент. В природе он встречается в исключительно малых количествах (0,002% и меньше), обычно это - бокситы, нефелины, сфалериты, каменные угли, некоторые железные руды. Основная часть галлия заключена в минералах с алюминием, меньше — с железом, цинком, медью и другими металлами. Дело в том, что галлий, практически не имеет как собственных месторождений, так и "персональных" минералов. Лишь сравнительно недавно в юго-восточной части Африки был обнаружен первый галлиевый минерал, который и получил название гал лит - CuGaS2- В нем-содержится почти 37% галлия. До этого самым богатым галлием минералом — был германит из Тсумба в Юго-Восточной Африке. В нём содержится 0,6-0,7% галлия. Как выяснилось, сравнительно-богата галлием зола каменных углей. Английские ученые подсчитали, что каждая тонна угля, добытого на Британских островах, содержит в среднем 5 граммов галлия (Эмсли, 1993;Перельман, Касимов, 1999).1
В главных типах пород галлий распределен относительно однородно. Содержание элемента в магматических и метаморфических породах составляет 5-25 мг/кг и 3 мг/кг в ультраосновных и известковистых породах (Каба-та-Пендиас, Пендиас, 1989).
В биосфере Ga мигрирует слабо, примерно так же, как А1 — его содержание в живом веществе и гидросфере низкое. Все же водная миграция этого металла несколько интенсивнее, чем у А1. Для почв характерны околоклар-ковые содержания Ga (1,5- 1,7-10" %) (Перельман, Касимов, 1999).
При выветривании галлий ведет себя так же, как алюминий, и обычно тесно связан с минералами алюминия. Поэтому в почвах галлий отмечается положительная корреляция с глинистыми фракциями.
Состояние галлия в почвах детально не изучалось. По данным Ведепо-ля содержание элемента для почв разных стран колеблется в пределах 1,0-70 мг/кг. Для разных почв России 6-17 мг/кг (Иванов, 1997). Галлий содержится во всех типах почв и тесно коррелируется в них с алюминием. Наименее галлиеносны болотные и торфяные почвы, а также почвы, образующиеся по обедненным этим элементом породам (серпентиниты, карбонаты, песчаники); наибольшие концентрации Ga в почвах, образующихся на щелочных породах (до 100 г/т). Богаты Ga, по А.П. Виноградову (1950) и А. Кабата-Пендиас, Иендиас (1989), тяжелые глинистые почвы. Близкий.интервал содержаний для почв бывш. СССР приводит И.Ф. Грибов-ская и др. (1968) - 6-17 мг/кг.
В живом веществе галлий встречается постоянно, имеет один из са-мых высоких кларков биосферы среди редких элементов - 1,7x10" %. Однако его биологическая роль не выяснена, хотя и указывалось на возможность благоприятного воздействия элемента на жизнедеятельность (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). А. Кабата-Пендиас, основываясь на. более высоком отношении. Ga/Al в наземной растительности по сравнению с почвами, счи- » тает, что этот элемент обладает повышенной биофильностью; по А.И.Пе-рельману, он является элементом среднего биологического захвата (Кабата- Пендиас, Пендиас, 1989; Иванов, 1997; Перельман, Касимов, 1999).
Пределы содержаний Ga в золе растений следующие: 3-30 МГ/KR:/ (США), а в сухой массе, по И.Ф. Грибовской и др. (1968 г.), - 0,02-5,5 мг/кг (СССР). Самые высокие концентрации установлены для лишайников (2,2-60 мг/кг) и мхов (2,7-30 мг/кг) (Иванов, 1997).
Олово (Sn)
Повышенные концентрации олова обнаруживаются в глинистых отложениях (6-10 мг/кг) и понижены в ультраосновных и известковистых породах (0,35-0,50 мг/кг) (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989, Перельман, Касимов, 1999).
Миграция Sn в почвах зависит от рН, оно образует комплексные анионы с кислородом и гидроксилом. По своему поведению в ландшафтах Sn сходно с Fe и А1, но активнее участвует в биогенной аккумуляции. Среднее содержание Sn в почвах ОД - 1,1 мг/кг. Фоновые содержания в золе растений слабо дифференцированы и в различных регионах колеблются от 1 до 2-10-3%, что определяет коэффициент биологического поглощения более 1 (Пе-рельман, Касимов, 1999).
По Ивашову П.В1, в гумидных ландшафтах концентраторами Sn являются сосна, ива, брусника, папоротники, рябина, спирея, малина и особенно осоки и зеленые мхи (0,03 — 0,1% в золе). Концентрация возрастает в ряду: кустарники — деревья — травы — мхи, а по органам деревьев: листья (хвоя) — ветви - древесина - кора (Иванов, 1994).
В аридных ландшафтах Sn накапливают саксаул, биюргун, боялыч и другие маревые, рдесты, осоки, а также лугово-болотные растения, в золе которых, по Сотниковой С. И., до 0,03 - 0,08% олова, т.е. Ах (коэффициент биологического поглощения) = 10п - 100п (Иванов, 1994);
Содержание микроэлементов в культурных и дикорастущих растениях уймонской котловины
Элементный химический состав растений (в том числе содержание тяжелых металлов) определяется как систематическим положением растительных организмов, так и геохимическим условиями среды обитания (Виноградов, 1932; Ильин, 1985).
Известно, что многие виды способны концентрировать определенные химические элементы в своих тканях, например, степные ковыли, овсяница овечья, овсец пустынный — никель, полынь холодная - вольфрам (Горшини-на, 1979), гармала обыкновенная - ртуть (Ермаков и др., 1991). По А.П. Виноградову (Виноградов, 1932), растения концентраторы делятся на два типа: 1) растения, концентрирующие элементы в массовом масштабе, и 2) растения с селективным видовым концентрированием. Растения первого типа обогащаются химическими элементами, если последние содержатся в почве в повышенном количестве. Растениям второго типа свойственно постоянно высокое количество того или иного химического элемента независимо от его содержания в среде. Оно обусловлено генетически закрепленной потребностью. Н.С. Петрунина по степени накопления химических элементов выделяет следующие группы растений:
1) Неадаптированные растения, у которых может возникать морфологическая изменчивость, сопровождаемая угнетением роста, развития, либо нарушением генеративной функции;
2) Адаптированные растения более приспособлены к резкому изменению концентрации, химических элементов в среде. Среди них выделяются растения, концентрирующие химические элементы, и растения, не концентрирующие химические элементы. Последние слабо накапливают металлы в надземных органах, несмотря на избыток металлов в почве.
Растения, концентрирующие химические элементы, могут быть привычными концентраторами и непривычными концентраторами. В первом случае растения всегда извлекают большие количества определенных элементов даже из необогащенной почвы.
Каждый из химических элементов, поглощаемых растениями, выполняет в физиологических процессах живых организмов определенные функции. По количественному признаку все элементы делятся на макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Если для биогенных элементов (N, Р, К, Са, Mg, Мп и др.) диапазон приемлемых концентраций в среде обитания- растений очень широк, то для микро- и ультрамикроэлементов (Си, Zn, Go, Cd, Pb, Hg), относящихся преимущественно к группе тяжелых металлов, оптимальный, или безвредный, интервал концентрации очень узок.
Основную часть степного пояса Уймонской котловины занимают аг-рофитоценозы, которые представлены в основном посевами многолетних трав и зерновых культур (яровая пшеница, овес, овес+ячмень). Естественная растительность в пределах котловины сохранилась на незначительных участках, например, вблизи останцев, вдоль русел рек. Дикорастущие виды растений беспрепятственно осваивают залежные площади (ежа сборная, погремок, горошек мышиный, лапчатка золотоцветковая, полынь холодная, чина луговая и др.), дикорастущие виды растений представлены также в виде сорной растительности на посевных площадях.
В таблице 17, 18 представлено содержание микроэлементов в некоторых дикорастущих и культурных растениях Уймонской котловины.
Медь. В зависимости от природных условий среднее содержание меди в растениях колеблется от 6,3 до 8,7 мг/кг сухого вещества (Школьник, 1974). В дикорастущих растениях Уймонской котловины пределы содержания элемента составляют 0,7-7,2 мг/кг. Высоким содержанием отличаются разнотравные и бобовые растения, за исключением мышиного горошка (табл. 17). Подобную тенденцию отмечали и другие исследователи (Мальгин, Ельчини-нова, Рождественская, 1995). отношении таких элементов, как медь, марганец и молибден (Ягодин, 2004). Содержание меди в зерне яровой пшеницы и овса, возделываемых в различных хозяйствах Уймонскои котловины, отличается незначительно. Наименьшим содержанием элемента характеризуется хозяйство «ООО Тихонькое» с. Тихонькое.
Содержание меди в зерне злаков может достигать следующих величин: яровой пшеницы - 4-130 мг/кг; овса - 4-13,9 мг/кг (Агрохимия, 2004). Временно-допустимые уровни содержания элемента в зерне злаковых составляют 10 мг/кг. Таким образом, содержание элемента в зерне яровой пшеницы и овса, возделываемых в хозяйствах Уймонской котловины, находится в пределах нормы.
Марганец. Марганец способствует избирательному поглощению ионов из внешней среды; при его исключении содержание ряда элементов повышается1 (Агрохимия, 2004).
По данным Ельчининовой О.А., (Ельчининова,1998), содержание марганца в исследованных дикорастущих растениях Алтая варьирует в довольно широких пределах: от нескольких десятков (сем. Paeoniaceae, GrossuJaceae) до тысячи и более миллиграммов на 1 кг (сем. Ericaceae, Vacciniaceae), то есть минимальные концентрации отличаются от максимальных почти в 50 раз.
Критический уровень марганцевой недостаточности для, большинства растений находится в пределах 15-25 мг/кг сухой1 массы, тогда как уровень токсичной концентрации более изменчив и зависит как от природы растений, так и от почвенных факторов.
Глобальные уровни содержания марганца изменяются от 17 до 334 мг/кг в травах и от 25 до 119 мг/кг в клевере. Относительно слабая вариация характерна для зерновых, в которых содержание марганца по данным для мира в целом изменяется в пределах 15-80 мг/кг (Кабата-Пендиас, 1989). По другим данным (Агрохимия, 2004) в зерне яровой пшеницы и овса содержание марганца может варьировать в более широких пределах, соответственно: 11-120 мг/кг, 10-120 мг/кг. Содержание марганца в зерне полевых культур Уймонской котловины составляет 8-12 мг/кг. Содержание элемента в зерне яровой пшеницы и овса, выращенных в различных хозяйствах Уймонской котловины, различается несущественно. Цинк. Биохимические функции цинка в растительном организме многообразны и связаны с метаболизмом углеводов, протеинов и фосфатов, а также с образованием ауксина ДНК, рибосом. Цинк входит в состав разнооб 120 разных энзимов, влияет на проницаемость мембран и стабилизирует клеточ ные компоненты и системы. . . В луговых;травах может накапливаться цинка до 211,6 мг/кг, в моркови - до 144, капусте - до 196, ячмене - до 152, латуке - до 398 и петрушке - до 703 мг/кг. Нормальным считается содержание цинка в; растениях 15-150 а предположительно максимальным 300 мг/кг воздушно-сухой массы (Ильин, 1989).
