Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Биологическая роль и основные закономерности аккумуляции тяжелых металлов в почвах (обзор литературы)
1.1. Биологическая роль тяжелых металлов и их фитотоксичность 8
1.2. Тяжелые металлы в почвах 16
Глава 2. Эколого-географические условия почвообразования в дельте р. Селенги, объекты и методы исследований
2.1. Географическое положение и ландшафтная характеристика дельты р. Селенги 35
2.2. Геология 38
2.3. Почвообразующие породы 39
2.4. Климатические условия 40
2.5. Гидрология 42
2.6. Растительность 44
2.7. Тяжелые металлы в природных средах дельты р. Селенги 47
2.8. Объекты и методы исследований 50
Глава 3. Почвы дельты р. Селенги и их основные свойства 53
3.1. Пространственные закономерности почвообразования 54
3.2. Морфологическая характеристика и основные свойства почв ..55
3.3. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам 78
Глава 4. Валовое содержание тяжелых металлов в почвах дельты р. Селенги
4.1. Тяжелые металлы в почвообразующих породах 82
4.2. Содержание тяжелых металлов в почвах 85
4.3 Внутрипрофильное распределение тяжелых металлов 107
Глава 5. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах дельты р. Селенги
5.1. Подвижные формы тяжелых металлов 125
5.2. Внутрипрофильное распространение подвижных форм тяжелых металлов 155
Выводы 171
Список использованной литературы 173
- Биологическая роль тяжелых металлов и их фитотоксичность
- Географическое положение и ландшафтная характеристика дельты р. Селенги
- Морфологическая характеристика и основные свойства почв
- Внутрипрофильное распределение тяжелых металлов
Введение к работе
Актуальность темы. Река Селенга - основной приток оз. Байкал. В месте впадения в озеро река образует дельту (S=l 120 км), которая представляет весьма важный участок территории для всей экосистемы оз. Байкал,, и в то же время служит индикатором экологического состояния бассейна р. Селенги в целом. Это определяется тем, что: 1) через нее проходит около 50 % среднего годового стока речных вод и 60 % стока терригенных наносов в оз. Байкал; 2) экосистемы дельты являются своеобразным "биологическим фильтром", способствующим очистке воды от различных примесей (Экология растительности..., 1981). Важное место в процессах фильтрации и седиментации отводится почвенному покрову, поскольку именно здесь протекают различные процессы разрушения органо-минеральных комплексов до простых соединений, их осаждение и аккумуляция.
В соответствии с законом «Об охране озера Байкал» дельта р. Селенги относится к центральной экологической зоне - зоне особого режима природопользования. Тем не менее, экосистемы дельты интенсивно используются в сельскохозяйственном производстве, а также подвергаются воздействию, как атмосферных выбросов, так и водных стоков промышленных предприятий Республики Бурятия. Среди этих выбросов и стоков - различные токсические вещества, в том числе и тяжелые металлы (ТМ). ТМ являются, с одной стороны, необходимым условием научно- технического прогресса, с другой стороны, повышенная концентрация их в окружающей среде оказывает негативное воздействие на биоту. Поэтому ТМ в последние годы в большой группе загрязняющих природу веществ заняли одно из первых мест.
Поскольку ТМ поступают в организм человека и травоядных животных в основном с растительной пищей, а обогащение ее ТМ происходит главным образом из почвы, почвенно-агрохимические исследования приобретают огромное значение, особенно на территориях, испытывающих антропогенный пресс.
Наряду с довольно хорошей изученностью содержания ТМ в почвах буферной экологической зоны Байкальской природной территории (Сеничкина, Абашеева, 1986; Кашин, Иванов, 1995-2002) исследований особенностей их накопления и распределения в почвах центральной экологической зоны практически не проводилось. Вследствие этого, изучение содержания ТМ в почвах дельты р. Селенги, являющейся важнейшим участком для экосистемы оз. Байкал, входящим в центральную экологическую зону, представляет актуальную научную задачу, отвечающую практическим запросам природопользования и охраны окружающей среды.
Цель и задачи исследований. Цель работы - изучение особенностей пространственного и внутрипрофильного распределения тяжелых металлов в почвах дельты реки Селенги и оценка уровня их содержания с санитарно-гигиенических позиций.
Для достижения цели были определены следующие задачи:
Изучить основные свойства почв дельты р. Селенги.
Определить уровни валового содержания и подвижных форм тяжелых металлов в почвах.
Выявить внутрипрофильную специфику аккумуляции тяжелых металлов в различных типах почв.
Изучить пространственную дифференциацию тяжелых металлов в почвенном покрове дельты р. Селенги.
Оценить уровень концентрации тяжелых металлов в почвах с санитарно- гигиенических позиций.
Научная новизна. Изучены разнообразие почвенного покрова дельты р. Селенги, физико-химические свойства и плодородие почв, проведена оценка их устойчивости к загрязнению ТМ. Впервые определены уровни валового содержания ТМ (Мп, Си, Со, Zn, Ni, Pb, Сг) и их подвижных соединений (водорастворимая, обменная и кислоторастворимая формы) в почвах дельты р. Селенги. Выявлены особенности пространственного и внутрипрофильного распределения валового содержания ТМ и их подвижных форм в почвах.
Защищаемые положения: 1. В дельте р. Селенги формируются почвы как гидроморфного, так и автоморфногр ряда почвообразования, обладающие различной буферной способностью по отношению к тяжелым металлам: от низкой (серые лесные, боровые пески) до очень высокой (аллювиальные торфяно- глеевые).
2.Пространственное распределение валового содержания тяжелых металлов в почвах зависит от литолого-морфологических и ландшафтно-геохимических особенностей почвообразования, физико-химических свойств почв и почвообразующих пород.
3. Профильное распределение валового содержания и их подвижных форм тяжелых металлов в почвах зависит от генезиса и физико-химических свойств почв, геохимических особенностей почвообразующих пород.
Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволили дать агроэкологическую оценку почвенного покрова дельты р. Селенги. Сведения о валовом содержании и концентрации подвижных форм ТМ и их распределении по почвенному профилю имеют значимость в связи с сельскохозяйственным использованием почв дельты р. Селенги: для прогноза качества растительной продукции, получаемой на этих почвах и оценки степени экологического риска, размера и скорости увеличения количества поллютанта в почве. Полученные данные могут использоваться в дальнейшем природоохранными и санитарно-гигиеническими службами для почвенно-геохимического мониторинга состояния дельты р. Селенги.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: Международной конференции «Экологические проблемы бассейнов крупных рек-3» (Тольятти, 2003); III Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004); VI съезде Докучаевского общества почвоведов «Почвы: национальное достояние России» (Новосибирск, 2004); Международной конференции «Научные основы сохранения водосборных бассейнов: междисциплинарные подходы к управлению природными ресурсами» (Улан-Удэ, 2004); XI Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2004» (Москва, 2004); II Международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в XXI веке» (Оренбург, 2004).
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 192 страницах основного машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, выводов, содержит 35 таблиц, 24 рисунка и 3 приложения. Список использованной литературы включает 197 наименований.
Личный вклад. Маршрутно-полевые исследования по закладке, морфологическом описании почвенных разрезов, отбору почвенных проб проведены автором в составе почвенно-географического отряда Института общей и экспериментальной биологии СО РАН в рамках проекта РФФИ 2001-2003 г г. (№ 01-04-97207) « Биогеохимия тяжелых металлов в степных и луговых ландшафта Забайкалья» и интеграционного проекта СО РАН № 99 «Анализ и моделирование механизма трансформации вещества в системе река Селенга - дельта - озеро Байкал». Автором выполнены химико-аналитические работы в лаборатории экологии и географии почв ИОЭБ СО РАН, систематизация, интерпретация и обобщение экспериментальных материалов, сформулированы основные положения и выводы.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.б.н. В.К. Кашину за организацию научно-практических и полевых исследований, постоянное содействие в работе, консультации и критические замечания при подготовке диссертации и чл.-корр. РАН В.М. Корсунову за постоянное содействие и поддержку в работе. Автор также благодарен сотрудникам аналитической группы ИОЭБ СО РАН за помощь и практические советы в проведении анализов почв.
Биологическая роль тяжелых металлов и их фитотоксичность
В последние несколько десятилетий антропогенная деятельность стала одним из ведущих по значимости и масштабу экологическим фактором. Вовлечение огромного количества разнообразных, в том числе токсичных веществ в производство, а вместе с этим и в окружающую-среду, приводит к нарушению биогеохимических циклов, ухудшению состояния почв и качества получаемой продукции растениеводства. Одними из таких весьма токсичных веществ являются ТМ.
Изучению содержания химических веществ, в том числе ТМ, в природных объектах в настоящее время придается большое внимание, поскольку оно помогает понять многие процессы биогеохимического и экологического плана и, если они негативные, разработать приемы их устранения или смягчения.
К ТМ относятся химические элементы- металлы с атомным (порядковым) номером в периодической системе элементов более 23 или с массой более 50 а.е. м. Почти все они токсичны в повышенных концентрациях (Алексеев, 1987; Охрана..., 2003).
Согласно классификации Дж. Вуда (Wood, 1974- цит. по: Ильин, 1991), к очень токсичным отнесены следующие химические элементы (большинство из них ТМ): Be, Со, Ni, Си, Zn, Sn, As, Se, Те, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt, Mn, Mo. Может показаться странным, что в эту группу отнесены Mn, Zn, Си, Со, Мо, широко известные под названием микроэлементы. Все дело в концентрации химического элемента в среде обитания: при нормальном его содержании в живых организмах он рассматривается как микроэлемент, при избытке - как тяжелый металл. Микроэлементы - это элементы, содержание которых в растениях выражается от 10" % до 10 %. Микроэлементы, принимающие активное участие в процессах обмена веществ в растениях, называются биофильными. Микроэлементы в основном являются функциональными элементами, так как входят в состав ферментов, витаминов и других биологически активных веществ. Они катализируют процессы синтеза органических соединений и, как все катализаторы, удовлетворяют потребности организма, поступая в него в малых концентрациях. Недостаток того или иного -необходимого для растения микроэлемента в почве вызывает серьезные нарушения обмена веществ и приводит к заметному снижению урожая и качества продукции. Растения от недостатка функциональных элементов часто страдают различными болезнями.
В общих чертах основа токсического действия повышенных концентраций ТМ заключается в том, что они легко реагируют с биомолекулами, особенно с белковыми макромолекулами, в связи с тем что ионы металлов высокореакционноспособны, а в белковых макромолекулах имеются многочисленные функциональные группы. Негативный эффект взаимодействия ТМ с биологически активными макромолекулами связан со следующими процессами (Некоторые..., 1993): вытеснением необходимых элементов из их активных мест связывания токсичным металлом; связыванием части макромолекулы, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма; сшиванием- с образованием биологических агрегатов вредных для организма; деполимеризацией биологически важных макромолекул; неправильным спариванием оснований нуклеотидов и ошибками в белковых синтезах. Таким образом, следует отметить, что влияние ТМ на живые организмы весьма разнообразно. Это обусловлено, во-первых, химическими особенностями металлов, во-вторых, отношением к ним организмов и, в -третьих, условиями окружающей среды. Ниже приводим краткую характеристику биологической роли и влияния на живые организмы изученных нами ТМ. Марганец является одним из наиболее значимых микроэлементов поскольку необходим для жизнедеятельности всех организмов. Он входит в состав трех истинных металлоферментов — супероксиддисмутазы, аргиназы, пируваткарбоксилазы, под действием которых происходит обмен углеводов, расщепление аргинина и, что особенно важно, инактивация оксидантов и предохранение клеточных мембран от их разрушающего действия (Авцын и др., 1991; Школьник, 1974). Марганец принимает активное участие в окислительно-восстановительных реакциях, в процессах фотосинтеза, дыхания, усвоения молекулярного и нитратного азота, в синтезе хлорофилла. Марганец активизирует деятельность ферментов гидроксиламинредуктазы, гипонитритредуктазы. Он способствует образованию аскорбиновой кислоты и сахара в корнях сахарной свеклы, крахмала и белков в зерне (Абашеева и др., 2002). При дефиците марганца снижается устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды (в частности, к низкой температуре), отмечается ослабление роста и потеря тургора клетками. Избыток марганца также опасен для растений. Нарушения наступают при его концентрации в сухой фитомассе свыше 200-500 мг/кг и проявляется в виде бурых пятен на листьях (Ильин, Сысо, 2001). Количества микроэлемента в рационе питания человека должно составлять не менее 2-3 и не более 10 мг/сут (Авцын и др., 1991; Скальный и др., 1997; Lebensmittel, 1989), в кормах животных - 1000 мг/кг сухого вещества. Медь входит в состав целого ряда ферментов - оксидаз -цитохромоксидазы, церулоплазмина, супероксиддисмутазы, уратоксидазы и других, усиливает дыхательные процессы, активизирует углеводный, белковый и фосфорный обмены и продуктивность фотосинтеза (Школьник, 1974; Авцын и др., 1991). Медь также принимает участие в восстановлении и фиксации азота, влияет на проницаемость сосудов ксилемы для воды и таким образом контролирует баланс влаги. Медь контролирует образование ДНК и РНК. При дефиците микроэлемента нарушается водный обмен, снижается тургор клеток. Животным организмам медь необходима для синтеза гемоглобина и участия во многих биологических процессах, аналогичных вышеописанным для растений. У животных и человека дефицит меди приводит к анемии, нарушению деятельности центральной нервной системы снижению интенсивности роста, потере живой массы, при острой нехватке металла (менее 2-3 мг /сут.) возможно возникновение ревматического артрита и эндемического зоба. (Ильин, Сысо, 2001). Клинические признаки недостатка меди: анемия, остеопороз, депигментация волос и кожи, нарушение деятельности центральной нервной системы (Кондрахин,1989). Повышенные концентрации меди оказывают токсическое воздействие на живые организмы. У человека они вызывают органические изменения в тканях, распад костной ткани, гепатит (Бабьева, Зенова, 1989). Симптомы избытка меди у растений проявляются в виде хлороза и образования многочисленных окрашенных в коричневый цвет боковых корней.
Географическое положение и ландшафтная характеристика дельты р. Селенги
Река Селенга - главнейший приток оз. Байкал. Начало она берет на территории Мошилии, где образуется при слиянии рек Идэр и Мурлі. Длина Сел ппт 1-ю0 ivM, на территории России 400 км. Водосборная шюшапь ее бассейна равна 447 000 км2, что составляет 82% от всего водосбора оз. Байкал. Водный сток -28,27 км /год (Экосистемы..., 2005). Вблизи устьевой части Селенга ограничена отрогами крупных хребтов Хамар-Дабан и Улан-Бургасы. В месте впадения в Байкал река образует большую дельту (Богоявленский, 1974).
Дельта р. Селенги располагается в центральной зоне юго-восточного побережья оз. Байкал, занимая площадь 1120 км, из них 600 км приходится на современную ни/кпюю дельту и имеет форму треугольники с вепппшимп сел Истомино, Дубииино н Фофаново (Шоибонов, Гармаев, 2002; рис.1). По морфологии она относится к многорукавному, выдвинутому типу (Коротаев, 1991). Селенгинская депрессия представляет собой самую обширную (ширина до 90 км) окраинную равнину на границе Южно - и Среднебайкальской котловин. Нижняя часть дельты сильно заболочена, изрезана густой сетью проток, а средний и предгорный участки занимают две озерно-речные террасы, на которых расположены населенные пункты (Нагорья..., 1974).
Обширная авандельта Селенги (Селенгинское мелководье) является широкой мелководной зоной, где развиты различные формы мезо- и микрорельефа. Особенно четко выражена продольная возвышенность -"грива", протягивающаяся с юго-запада на северо-восток. На южном конце се расположена Посольская банка, а с северной стороны аналогичная "грива" прослеживается на расстоянии 25-30 км в центральную котловину (Голдырев ,1982).
С северо-востока дельта ограничена озерной террасой, бровка которой тянется от с.Фофанова до с.Кудара. Уступ крутой, местами обрывистый. Высота уступа около 20 м. Терраса сложена толщей галечных отложений, перекрытых сверху песками и супесями; слабо волнистая поверхность ее покрыта степной растительностью, местами смешанным лесом, отдельные участки используются под сельскохозяйственные угодья. Вторая, более высокая озерная терраса, ограничивает дельту с юго-запад.»; наибольшая ее высота достигает 35 м. Терраса представляет собой пологую возвышенность со слабо волнистой поверхностью, покрытую смешанным лесом и кустарником.
Между озерными террасами распложена наиболее возвышенная юго-восточная часть дельты, характеризуемая наличием нескольких террас, расположенных вдоль берегов рукавов и проток. Поверхность террас сложена песчано-галечными озерно-речными отложениями и покрыта луговой растительностью. Эта часть представляет наиболее ценные сельскохозяйственные угодья, используемые под пашни, сенокосы и пастбища. Пониженные участки сложены илистыми отложениями с типичной влаголюбивой растительностью.
Ниже с. Шигаево дельта понижается. Здесь между многочисленными рукавами и протоками располагаются обширные заболоченные участки с большим количеством озер, находящихся на разной стадии развития. Эта часть дельты затопляется при прохождении даже невысоких дождевых паводков. Между селами Кабанск, Закалтус и берегом Байкала расположен болотистый массив с отдельными суходольными гривами и множеством мелких озер (Шойбоноо, Гармпев, 2002). Условии развития сложившихся геозкосисіем дельты р.Селенги были нарушены подъемом уровня оз. Байкал примерно на 1 м при заполнении водохранилища Иркутской ГЭС (Шойбонов, Гармаев, 2002 ). Дельта реки представляет собой единую геоэкологическую систему, отдельные элементы которой генетически, морфологически и гидрологически взаимосвязаны. 2.2 Геология
Дельта реки Селенги развивается в Усть-Селенгинском тектоническом прогибе, углубленном в юго-восточный берег Байкальской впадины. Котловина заполнена мощной толщей третичных и четвертичных отложений, которые накопились одновременно с прогибанием земной коры. Мощность осадочных толщ у краевой части достигает 5000 м.
Кристаллический фундамент котловины имеет блоковидную структуру, отдельные блоки которого близко подходят к дневной поверхности, как под Березовыми холмами, так и Твороговским возвышением (Шойбонов, Гармаев, 2002 г.).
Фундамент котловины сложнодислоцирован и состоит из метаморфических и изверженных пород докембрия и палеозоя; последние местами преобразованы в кору выветривания. На кристаллическом фундаменте залегает толща рыхлых отложений палеоген-неогенового возраста. Угленосная свита мощностью более 1800 м состоит из переслаивания разноокрашенных глин, алевролитов, полимиктовых и аркозовых песчаников и песков. Среди этих пород на различных уровнях разреза встречаются редкие пласты и линзы хемогенных и органогенных отложений- мергелей, диатомовых глин, бурых углей и лигнитов.
Толща палеоген-неогеновых рыхлых отложений перекрыта слоем плейстоценовых песков мощностью 400-500 м. В подавляющей массе пески разнозернисты, иногда отсортированы; встречаются линзы мелкого галечника и гравия. Повсеместно пески обладают однородной светлой желтовато-серой окраской.
Отложения голоцена в Байкальской впадине представлены аллювиальными отложениями мощностью до 30 м. В тесном парагенезисе с аллювием находятся озерные и болотные фации. Эти отложения представлены илами, песками и торфяниками (Геология..., 1964; Иметхенов,1987).
Морфологическая характеристика и основные свойства почв
В качестве объекта исследований послужили аллювиальные (болотные, лугово-болотные, луговые, дерновые) и серые лесные почвы, боровой песок дельты р. Селенги. Маршрутно-полевые исследования проводились на территории Кабанского района Республики Бурятия в 2001-2003 гг. Камеральная обработка полученных данных выполнена в лаборатории экологии и географии почв ИОЭБ СО РАН.
Всего в дельте р. Селенги было заложено 22 почвенных разреза на наиболее типичных участках дельты с морфологическим описанием и отбором проб по всем генетическим горизонтам согласно существующим общепринятым методам (Агрохимические..., 1975). Отобранные образцы после пробоподготовки были подвергнуты соответствующей химико-аналитической обработке общепринятыми в почвенно-агрохимической практике методами (Агрохимические методы..., 1975). Определение содержания общего гумуса проводилось по методу Тюрина в модификации Никитина, группового состава гумуса - по схеме Тюрина в модификации Пономаревой- Плотниковой, общего азота - по методу Къельдаля, подвижного фосфора и калия - по методу Мачигина в модификации ЦИНАО, обменных оснований (Са +Mg ) - трилонометрическим методом, емкости поглощения - по методу Бабко и Аскинази. Содержание карбонатов определялось по методу Голубевой, подвижного железа и алюминия в вытяжке Тамма трилонометрическим методом. Определение рН проводилось потенциометрическим методом, гранулометрического состава - по методу Качинского (пирофосфатный). Валовое содержание тяжелых металлов (Mn, Zn, Си, Ni, Со, РЬ,Сг) после разложения прокаленной почвы плавиковой кислотой в присутствии серной кислоты (уд. вес. 1,84) и перевода осадка в солянокислый раствор, а также подвижные формы ТМ - экстракцией бидистиллированной водой (водорастворимая), ацетатно-аммонийным буфером с рН 4,8 (обменная) и 1 н. НС1 (кислоторастворимая) в соотношении почва - экстрагент 1:10 определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на приборе AAS «SOLAAR М» в Байкальском институте природопользования СО РАН. Всего было проанализировано на содержание ТМ 83 образца почвы из 15 разрезов.
При составлении картосхемы пространственного распределения валового содержания ТМ в почвах исследуемого района мы руководствовались принципами, изложенными в работе А.В.Гедымина (1969), методическими рекомендациями по эколого-геохимической оценке территорий (Гуляева, 2002), а также использованы данные по валовому содержанию ТМ в почвах дельты р. Селенги, предоставленные с.н.с. лаборатории экологии и географии почв ИОЭБ СО РАН Гыниновой А.Б.
Классификация почв произведена в соответствии с «Классификацией и диагностикой почв СССР» (1977). Для выявления особенностей распределения ТМ в почвах исследуемого района были вычислены коэффициенты дифференциации (Кд), относительноцй концентрации (Кф), элювиально-аккумулятивный (Кэа) и кларк концентрации (Кк) Кд представляет собой отношение средневзвешенного содержания элемента в почвах конкретного генетического типа к таковому в почвах исследуемой территории (Семенова, 2002). В соответствии с этими расчетами составлены ландшафтно-геохимические формулы для основных типов почв, где в числителе показаны накапливающиеся элементы с Кд 1,25, в знаменателе - рассевающиеся элементы с Кд 0,75, а после дроби-элементы, коэффициент которых близок к единице. Коэффициент концентрации относительно регионального фона (Кф) -отношение содержания элемента в исследуемой почве к среднему содержанию этого элемента в данном регионе. Элювиально-аккумулятивный коэффициент (Кэа)-отнощение содержания элемента в том или ином почвенном горизонте к его содержанию в почвообразующей породе. На основании полученных коэффициентов были составлены ряды аккумуляции ТМ, а также геохимическая формула специализации почв. Под кларком концентрации (Кк) элемента понимают отношение содержания элемента в исследуемом объекте к среднему содержанию этого элемента в земной коре (Виноградов, 1962; Вернадский, 1987). Если значение кларка концентрации больше 1, то мы имеем дело с накоплением (концентрированием) элемента в исследуемом объекте. Если значение меньше 1, то в этом случае можно говорить о рассеивании (уменьшении содержания элемента в исследуемом объекте по сравнению с земной корой в целом). При расчете буферной способности почв по отношению к ТМ использована шкала буферное, разработанная В.Б. Ильиным (1995) для пахотного горизонта почв, которая учитывает такие показатели как содержание гумуса, физической глины, полуторных оксидов, карбонатов и реакция почвенной среды. Группировка почв по содержанию ТМ произведена: валовое содержание Mn, Со, Zn, Си согласно группировке почв для районов Сибири и Дальнего Востока (Макеев, 1973), обменная форма по Методическим рекомендациям...(1989) для групп растений повышенного выноса (корнеплоды, овощи, травы, лен, плодовые и ягодные). Статистическая обработка данных выполнена по Б.А. Доспехову (1979) с использованием программы Microsoft Excel. Глава 3. Почвы дельты р. Селенги и их основные свойства
Речные долины и их поймы - это природные дрены, осуществляющие перенос огромного количества твердых и жидких стоков (в том числе биогенных макро- и микроэлементов) с суши в моря и океаны. Это обстоятельство создает в них особые условия почвообразования, резко отличные от таковых на водоразделах. В то же время поймы рек и их почвы теснейшим образом связаны через аллювий, поверхностные и грунтовые воды с природными условиями придолинных районов и всей площадью бассейна.
Поймы рек являются молодыми и динамичными участками земной суши. Они представляют собой тип ландшафта, подверженный сильному воздействию геологических и биологических факторов и находящихся в состоянии ярко выраженного развития и преобразования. Поэтому почвенный покров речных пойм отличается исключительной пестротой в пространстве и динамичностью во времени (Ковда, 1946; Добровольский, 1968).
Основные закономерности формирования и развития почв речных пойм отмечены в работах В.Р. Вильямса (1947), В.А. Ковды (1946), И.И. Плюснина (1961), Д.Г. Виленского (1965), В.Г. Добровольского (1958, 1968, 1984), В.А. Кузнецова (1986), П.Н. Балабко (1990), А.И. Шепелева (1999) и др.
Внутрипрофильное распределение тяжелых металлов
При почвенно-геохимических исследованиях основная доля информации получается за счет валовых содержаний ТМ в почвах. Это связано с тем, что в большинстве своем современные оценки биогеохимических и эколого-геохимических ситуаций опираются пока на этот показатель как легко получаемый и широко апробированный на практике. Валовое содержание ТМ в почвах колеблется в широких пределах и зависит главным образом от минералогического и гранулометрического состава конкретной породы, поскольку отдельные элементы концентрируются в составе определенных почвообразующих минералов.
М.Г. Сеничкина, Н.Е. Абашеева (1986) приводят следующие данные по содержанию ТМ в разных почвообразующих породах Забайкалья (табл.4). Средне фоновые содержания ТМ в почвообразующих породах различных природных зон Забайкалья составляют следующие величины (мг/кг): РЬ -33,7; Zn - 71,2; Си - 21,1; Ni - 25,7; Сг - 50,2 (Убугунов, Кашин, 2004).
Полученные нами данные в дельте р. Селенги (табл.5) показывают, что более высокое содержание Ni выявлено в аллювиальных суглинистых отложениях, подстилающих аллювиальные луговые почвы, Mn, Си, Zn аллювиальных суглинистых отложениях под аллювиальными болотными, рыхлых супесчаных отложениях под аллювиальными дерновыми, Со, Сг в аллювиальных песчаных отложениях под серыми лесными почвами. Самым низким количеством изученных ТМ характеризуется боровой песок. По содержанию ТМ почвообразующие породы дельты р. Селенги можно расположить в следующий ряд по убыванию: аллювиальные суглинистые аллювиальные рыхлые супесчаные аллювиальные рыхлые песчаные отложения боровой песок. Анализ пространственного распределения ТМ в почвообразующих породах дельты р. Селенги показывает, что правобережная часть дельты характеризуется относительно высоким содержанием Ni, Zn, Mn, Со и низким - Си, РЬ. Низкое содержание Мп, Си, Сг выявлено в рыхлых песчаных почвообразующих породах Истоко - Твороговского поднятия. Следует отметить, что наблюдается повышенная аккумуляция ТМ в почвообразующих породах северо-западного сектора дельты, что связано с более тяжелым гранулометрическим составом пород. В целом, накопление ТМ в почвообразующих породах зависит от гранулометрического состава. Оно ниже в породах легкого гранулометрического состава - супесях и песках - и существенно выше в суглинистых отложениях. Это определяется тем, что, как уже отмечалось в главе 1, частицы меньшего размера адсорбируют больше элементов, чем крупные, т.к. обладают большей удельной поверхностью. Из приведенных в таблицах 4 и 5 данных следует, что в почвообразующих породах дельты р. Селенги концентрация ТМ ниже, чем в почвообразующих породах региона в целом (юго-западное Забайкалье) и кларка литосферы (Требование..., 2002). Особенно низкое содержание ТМ в почвообразующих породах региона отмечается в аллювиальных и рыхлых осадочных отложениях. Это обусловлено тем, что преобладающими коренными породами в регионе являются кислые граниты и гранитоиды, в минералогическом составе которых 30-50 % приходится на калиевые полевые шпаты. В.Л. Убугунов, В.К. Кашин (2004) отмечают пониженное по сравнению со степными и лесостепными ландшафтами содержание Pb, Ni и Сг в почвообразующих породах Прибайкальского и Кабанского районов. Так, содержание РЬ в песчаных отложениях Кабанского района 21 мг/кг, Ni изменяется от 8 до 23 мг/кг. Как отмечено в главе 2, почвообразующие породы дельты р. Селенги представлены в основном аллювиальными и рыхлыми осадочными отложениями четвертичного периода (делювий, песок, супесь). Их минералогический состав сформирован главным образом кварцем, полевыми шпатами, роговой обманкой, минералами группы эпидота, желтовато-зеленой слюдой (Князева, 1954; Голдырев,1982), характеризующимся в целом низким содержанием рассеянных элементов. 4.2. Содержание тяжелых металлов в почвах Обедненность почвообразующих пород ТМ определяет и низкие содержания их в почвах. При этом валовое содержание и количество подвижных форм ТМ в почвах дельты р. Селенги существенно изменяется в зависимости от рельефа, гидрологических условий, химического состава аллювиальных отложений, физико-химических свойств почв и почвообразующих пород, направленности почвообразовательных процессов. Концентрация ТМ в аллювиальных болотных почвах зависит от химического и гранулометрического состава почвообразующих пород, местоположения почвы в рельефе, количества элементов в почвах, окружающих болотные массивы, гидрологических условий и развития мерзлоты. Их совместное влияние приводит к вымыванию или аккумуляции ТМ в почвах.
По валовому содержанию ТМ аллювиальные болотные и лугово-болотные почвы характеризуются широкой вариабельностью. Так, среднее содержание Мп колеблется в пределах 725-892; Си -10,0-21,1; Zn - 48-96; Со -6,1-17,3; Ni - 7,7-18,3; Pb - 8,4-12,6; Cr - 36,5-159 мг/кг (табл.6). Следует отметить значительную вариабельность (55-67%) в содержании Мп, Со, Сг по сравнению с Си, Zn, Ni, Pb (табл.6), обусловленную их свойствами и содержанием в почвообразующих породах. Низкая вариабельность валового содержания характерна для Pb - 29 %, что связано с его химическими свойствами (инертностью).
Аллювиальные болотные и лугово - болотные почвы в отличие от других типов почв исследуемого района, в целом, характеризуются более высоким содержанием ТМ, которые поступают в них в составе аллювиальных наносов. Высоким валовым содержанием ТМ среди почв изученного типа характеризуются аллювиальная торфянисто-глееватая острова Шаманка (р.20) и аллювиальная торфянисто-глеевая почвы острова Семеновский (р.21), расположенные в северо - западном секторе дельты р. Селенги. Аллювиальная торфянисто-глеевая почва (р.9) низкой поймы характеризуется низким содержанием Zn, Со, РЬ и Мп среди изученных почв болотного и лугово-болотного почвообразования.
