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