Глава
3. ФОНОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В
ПОЧВАХ
И РАСТЕНИЯХ ЮГО-ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ
Изучение фонового содержания химических
элементов в компонентах окружающей среды в различных регионах биосферы необходимо,
во первых, для комплексного эколого-биогеохимического картирования и
районирования территории и определения обеспеченности их жизненно необходимыми
элементами и, во-вторых, для оценки степени загрязнения ТМ локальных участков
территорий, подверженных техногенному воздействию, прогноза изменения ее состояния
и разработки природоохранных мероприятий. В последние десятилетия в связи с все
возрастающими темпами развития технического прогресса и увеличивающимися
объемами вредных отходов производства фоновые уровни химических элементов
главным образом используются для определения степени загрязнения окружающей
среды.
Интенсивность
загрязнения территории рассчитывается по отношению к геохимическому фону
(наряду с ПДК), который является важной «реперной» или базисной характеристикой
при количественной оценке техногенной или природной аномалии. Это – один из
важнейших методологических подходов при определении состояния и уровня техногенного
загрязнения абиотических компонентов и биоты. В эколого-геохимическом отношении
фоновые территории считаются наиболее благоприятными для жизнедеятельности
человека, хотя и на них отмечаются чаще всего обширные биогеохимические
провинции с дефицитом некоторых жизненно важных элементов, в частности йода и
селена.
Геохимический
фон элемента или соединения в общем случае представляет собой оценку среднего
содержания и показателей варьирования этого элемента, рассчитанную для
участков, находящихся за пределами пространства природной или техногенной концентрации
элемента (Сает и др., 1990; Сорокина и др. 2001). Следовательно, геохимический
фон – это система количественных показателей содержания химических элементов,
находящихся в состоянии рассеяния.
Региональный
геохимический фон элементов рассчитывается для тех компонентов природной среды,
химический состав которых обладает относительной устойчивостью во времени и
пространстве. Исходя из этого, определяют геохимический фон почвообразующей
породы, почвенного покрова, растительности, природных вод и донных отложений.
Забайкалье в
целом – горный регион с чередованием горных хребтов различной высоты, межгорных
котловин и речных долин. Удаленность от океанов, сложность рельефа и
геологического строения, резкая континентальность климата, короткий безморозный
период, вертикальная поясность обусловливают специфику формирования здесь почвенного
и растительного покровов, а также особенности биогеохимии и биологического
круговорота химических элементов.
Наши
исследования по определению фонового содержания ТМ проводились методом
эталонных (ключевых) площадок в почвах и растениях эллювиальных, трансэлювиальных
и супераквальных ландшафтов степей, лугов и культурных посевов различных природных
зон, расположенных вокруг г. Улан-Удэ на расстоянии от 50 до 200 км, в наиболее
населенных районах Бурятии (Селенгинское среднегорье). На этой территории
сосредоточена преобладающая часть сельскохозяйственного производства
республики. На карте региона исследований отмечены места отбора проб (рис. 3).
Основу данной главы представляет собой обобщение экспериментальных материалов
следующих публикаций (Кашин, Иванов, 1995; 1998; 1999; 2002а; 2002б; Сеничкина,
Абашеева, 1986; Меркушева и др., 2001).
3.1. Тяжелые металлы в
почвах
Содержание ТМ в
почвах зависит прежде всего от минералогического состава коренных и почвообразующих
пород. Горные породы существенно различаются по содержанию рассеянных
элементов, так как отдельные элементы концентрируются в составе определенных
почвообразующих минералов. Поэтому особенности геохимии ТМ в земной коре
проявляются в разли-
Рис. 3. Район исследований и места отбора проб в ландшафтах Западного Забайкалья:
1 – район исследований; ландшафты: 2 – сухостепные; 3 – степные; 4 – лесостепные;
5 – таежные; 6 – ключевые площадки мест пробоотбора.
чиях их распределения в
разных типах магматических и осадочных горных пород (табл. 3.1), отличающихся
по соотношению составляющих их минералов.
Геология
Забайкалья весьма неоднородна по своей минералогической основе. В нее входят
разновозрастные структурные комплексы, глубоко отличные по составу, морфологии
и геологической истории. Здесь развиты осадочные, метаморфические и изверженные
образования докембрия, палеозоя, мезозоя и кайнозоя. Наиболее широко распространены
разновозрастные гранитоиды, слагающие крупные массивы, среди которых встречаются
участки ультраосновных, основных и средних пород. По содержанию ТМ они существенно
различаются, что можно отметить на примере соответственно цинка и меди
(Канищев, Менакер, 1972): гранитоды – 34,7 и 19,1; диориты – 63,8 и 25,6;
габбро – 65,0 и 24,9, кислые эффузивы – 22,0 и 15,6; основные эффузивы – 35,2 и
24,6; базальты – 70,0 и 29,0, осадочные 63,6 и 34,7, карбонатные –
Таблица 3.1
Содержание ТМ в различных
типах горных пород, мг/кг
(Кабата-Пендиас, 1987)
|
Типы горных пород |
Pb |
Cd |
Zn |
Cu |
Ni |
Cr |
|
Магматические породы |
||||||
|
Ультраосновные (дуниты, перидотиты, пироксениты) |
0,1-1,0 |
0,03-0,05 |
40-60 |
10-40 |
1400-2000 |
1600-3400 |
|
Основные (базальты, габбро) |
3-8 |
0,13-0,22 |
80-120 |
60-120 |
130-160 |
170-200 |
|
Средние (диориты, сиениты) |
12-15 |
0,13 |
40-100 |
15-80 |
5-55 |
15-50 |
|
Кислые (граниты, гнейсы) |
15-24 |
0,09-0,20 |
40-60 |
10-30 |
5-15 |
4-25 |
|
Кислые вулканические (риолиты, трахиты, дациты) |
10-20 |
0,05-0,20 |
40-100 |
5-20 |
20 |
4-16 |
|
Осадочные породы |
||||||
|
Глинистые осадки |
20-40 |
0,30 |
80-120 |
40-60 |
40-90 |
80-120 |
|
Сланцы |
18-25 |
0,22-0,30 |
80-120 |
40 |
50-70 |
60-100 |
|
Песчаники |
5-10 |
0,05 |
15-30 |
5-30 |
5-20 |
20-40 |
|
Известняки, доломиты |
3-10 |
0,035 |
10-25 |
2-10 |
7-20 |
5-16 |
11,4 и 8,4. Это
обусловливает значительную неоднородность распределения ТМ в почвообразующих
породах и почвах Забайкалья.
Тяжелые
металлы в почвообразующих породах. Продукты выветривания горных пород являются основным
мелкоземлистым материалом почвообразующих пород, выполняющих межгорные
депрессии, склоны гор, долины рек. Эти рыхлые отложения довольно разнообразны
по генезису – элювиально-делювиальные, пролювиально-делювиальные, аллювиальные,
эоловые, древнеозерные и представлены преимущественно песками, супесями, галечниками,
гравием, реже суглинками, лессовидными супесями и содержат мало глинистого
материала. На большей части исследованной территории почвообразующими породами
являются элювиально-делювиальные продукты выветривания горных пород. Характерная
особенность большинства почвообразующих пород – легкий гранулометрический
состав: содержание в них средне- и крупнозернистого песка достигает 70%. Глинистые
и тяжелые суглинистые фракции содержатся в незначительных количествах.
Химический
состав почвообразующих пород представлен химическим составом исходных горных
пород, подверженных процессам гипергенного
преобразования. В криоаридных условиях Забайкалья в связи с коротким
безморозным периодом химическое и биологическое выветривание горных пород
ограничено, поэтому главную роль играет физическое выветривание. В связи с этим
глубоких изменений химического состава почвообразующих пород по сравнению с
исходными коренными происходить не должно.
Важное значение
в оценке уровня содержания ТМ в породах и почвах имеет соотношение между
основными компонентами их химического состава – оксидом кремния и суммой
оксидов других элементов. Чем выше содержание SiO2, тем меньше количество
рассеянных элементов (Добровольский, 1983). Содержание SiO2 в почвообразующих породах
Забайкалья высокое и колеблется от 61 до 73%, а доля оксидов других элементов –
от 27 до 39% (Ногина, 1964).
Свинец. Фоновое содержание свинца в
почвообразующих породах региона изменялось от 15 до 61 мг/кг (табл. 3.2) при
незначительно величине коэффициента вариации –
17-24%. Наиболее часто встречающиеся концентрации свинца в породах
находились в пределах 30-40 мг/кг (75% от всего количества определений).
Среднее содержание свинца во всей совокупности почвообразующих пород (n = 170)
равно 33,7±1,4 мг/кг, что в 2,1 раза превышает его кларк в
горных породах. Это обусловлено тем, что преобладающими коренными породами в
изучаемом регионе являются кислые граниты и гранитоиды, в минералогическом
составе которых значительная доля приходится на калиевые полевые шпаты –
30-50%.
Калиевые же
полевые шпаты по сравнению с другими минералами концентрируют свинец в более
высоких количествах. Так, свинец в гранитоидах распределялся по породообразующим
минералам следующим образом (в мг/кг): кварц – 7,4, биотит – 13,0, роговая
обманка – 15,7, калиевый полевой шпат – 40,6 (Ляхович, 1972). Это связано со способностью
ионов свинца замещать по законам изоморфизма позиции калия в кристаллической
решетке минералов вследствие близости их ионных радиусов: Pb2+ - 0,126 нм, К+ -
0,146 нм. Поэтому содержание свинца максимально в основных породах. По данным
(Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989) содержание свинца в кислых породах в 3 раза
превышало его количество в основных породах (см. табл. 3.1).
Таблица 3.2
Вариационно-статистические
показатели содержания Pb в
почвообразующих породах
природных зон Юго-Западного Забайкалья
|
Природная зона |
n |
Свинец, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к кларку |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Таежная |
18 |
19,8±1,5 |
15,0-25,0 |
16,1-23,6 |
18 |
1,2 |
|
Лесостепная |
41 |
33,8±1,9 |
26,0-47,0 |
28,3-39,3 |
17 |
2,1 |
|
Степная |
59 |
38,7±2,0 |
30,0-61,0 |
32,7-44,6 |
18 |
2,4 |
|
Сухостепная |
52 |
35,9±2,2 |
24,0-49,0 |
29,4-42,4 |
20 |
2,2 |
|
Среднее |
170 (сумма) |
33,7±1,4 |
15,0-61,0 |
30,9-36,6 |
24 |
2,1 |
Примечание: кларк Pb в литосфере 16 мг/кг (Виноградов, 1962)
в графе среднее n здесь и в следующих табл. сумма.
Анализ пространственного
распределения свинца в почвообразующих породах и почвах степных, луговых и культурных
ландшафтов 12 центральных и южных районов Бурятии выявил в основном довольно
равномерное содержание его на этой территории. В 75% определений колебания средних
содержаний свинца достигали всего 1,3 раза (30-40 мг/кг) кг и лишь в остальных
25% они были более значительны – 3 раза (17-50 мг/кг). Это, по-видимому, можно
объяснить относительной химической инертностью элемента. В этом отношении
поведение свинца существенно отличается от географического распределения в
изученном регионе таких химически более активных элементов, как цинк, медь,
никель и хром, для которых установлено четкое различие их содержания в породах
и почвах южных степных ландшафтов по сравнению с северными лесостепными.
Следует отметить
лишь пониженное по сравнению со степными и лесостепными ландшафтами содержание
свинца в почвообразующих породах Прибайкальского и Кабанского районов,
непосредственно прилегающих к озеру Байкал и относящихся к таежной зоне (17-21
мг/кг), что близко его кларку в литосфере. В этих районах количество осадков
(500-700 мм в год) существенно отличается от районов, удаленных от оз. Байкал
(250-350 мм), что способствует выщелачиванию химических элементов, и в
частности свинца, из ландшафтов.
Цинк. Содержание цинка в
почвообразующих породах изменяется от 30 до 150 мг/кг (табл. 3.3) при средней
степени вариации (V=41%). Наиболее часто встречающиеся концентрации
цинка – 45-100 мг/кг (70% от всего количества определений). Среднее содержание
цинка во всей совокупности пород (n=44) равно 71 мг/кг, что
близко его кларку в литосфере (83 мг/кг) (Виноградов, 1962).
Таблица 3.3
Вариационно-статистические
показатели содержания Zn в
почвообразующих породах
природных зон Юго-Западного Забайкалья
|
Природная зона |
n |
Цинк, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к кларку |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Таежная |
15 |
41,3±2,4 |
38,0-46,09 |
31,0-51,7 |
10 |
0,5 |
|
Лесостепная |
50 |
39,9±2,8 |
30,0-60,0 |
31,4-48,4 |
22 |
0,5 |
|
Степная |
55 |
81,8±3,9 |
55,0-98,0 |
70,2-93,4 |
16 |
1,0 |
|
Сухостепная |
50 |
96,5±6,6 |
73,0-140,0 |
76,6-116,4 |
22 |
1,2 |
|
Среднее |
170 |
71,2±4,9 |
30,0-140,0 |
61,1-81,2 |
40 |
0,9 |
Примечание: кларк цинка в
литосфере 83 мг/кг (Виноградов, 1962).
Анализ
пространственного распределения цинка в почвообразующих породах и почвах
позволил выявить общую закономерность: содержание цинка заметно увеличивается с
северо-востока на юго-запад. Содержание его в почвообразующих породах северной
части (таежные и лесостепные ландшафты) в среднем равно 40 мг/кг (колебания
30-60 мг/кг), а в южной (степные и сухостепные ландшафты) – 89 мг/кг (колебания
55-140 мг/кг).
Различное
содержание цинка в почвообразующих породах обусловлено прежде всего характером
коренных горных пород: на севере доминируют кислые и средние породы с
содержанием цинка с содержанием цинка 23-55 мг/кг (среднее 38 мг/кг), а в южной
встречаются и основные, в которых его количество составляет 64-136 мг/кг
(среднее 85 мг/кг), т.е. в 2,2 раза больше. Это соответствует показателям,
отмеченным нами для почвообразующих пород.
Содержание цинка
в значительной степени зависит от гранулометрического состава почвообразующих
пород. Оно ниже в породах легкого гранулометрического состава – супесях и
песках – и существенно выше в суглинистых отложениях. Причина заключается в
том, что с утяжелением гранулометрического состава и увеличением суммарной
удельной поверхности частиц усиливается сорбция рассеянных элементов за счет
электростатических сил и включения их в межпакетное пространство
(Добровольский, 1983). Содержание глинистой фракции (<0,01 мм) в
почвообразующих породах региона изменяется от 5 до 15 % (Ногина, 1964).
Медь. Содержание меди в
почвообразующих породах варьирует в пределах 10-50 мг/кг (табл. 3.4). Наиболее
часто встречаются ее концентрации 15-30 мг/кг (в 70% от общего числа
определений). Самое низкое содержание меди – 10-20 мг/кг отмечается в почвообразующих
породах таежной и лесостепной зон северной части территорий.
Таблица 3.4
Вариационно-статистические
показатели содержания Cu в
почвообразующих породах
природных зон Юго-Западного Забайкалья
|
Природная зона |
n |
Медь, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к кларку |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Таежная |
20 |
12,7±2,7 |
10,0-18,0 |
12,0-17,1 |
36 |
0,3 |
|
Лесостепная |
42 |
14,6±1,7 |
10,0-20,0 |
10,6-18,6 |
32 |
0,3 |
|
Степная |
54 |
23,8±1,9 |
13,0-31,0 |
18,2-29,4 |
26 |
0,5 |
|
Сухостепная |
50 |
30,4±5,3 |
20,0-50,0 |
15,6-45,2 |
39 |
0,6 |
|
Среднее |
166 |
21,1±1,8 |
10,0-50,0 |
17,4-24,7 |
44 |
0,4 |
Примечание: кларк меди в литосфере 47 мг/кг (Виноградов, 1962).
Содержание меди в почвообразующих породах южной части, находящейся в степной и сухостепной зонах, изменяется от 13 до 50 мг/кг. Таким образом, содержание элемента в почвообразующих породах южной части территории в среднем в 2 раза выше, чем в северной. В основе этих различий, как уже отмечалось выше, лежат геологические, ландшафтно-геохимические и климатические факторы. Коэффициенты вариации меди в почвообразующих породах колеблется от 22 до 44%, что в целом означает незначительное варьирование элемента.
Средневзвешенное
содержание меди в почвообразующих породах Забайкалья равно 21,1±1,8 мг/кг, что
в 2,3 раза ниже ее кларка в литосфере. Пониженное количество меди в
почвообразующих породах Забайкалья по сравнению с кларком является региональной
геохимической особенностью и обусловлено преобладанием в качестве коренных пород
кислых – гранитоидов, содержание металла в которых в 4-6 раз ниже, чем в
основных породах (см. табл. 3.1).
Никель. Содержание никеля в
почвообразующих породах южной части территории, находящейся в степной и сухостепной
зонах, колеблется от 20 до 47 мг/кг, т.е. в 2,0-2,5 раза выше, чем в северной.
В основе этих различий лежат геологические, ландшафтно-геохимические и
климатические факторы. В северной части изученного региона это слабокислая реакция,
присущая почвообразующим породам и почвам, достаточно высокая увлажненность
(300-400 мм осадков в год), в южной – слабощелочная среда и недостаточная
увлаженность (200-250 мм осадков в год). В первом случае геохимические условия
усиливают миграцию никеля и способствуют выщелачиванию его из ландшафтов, а во
втором, напротив, благоприятствуют в некоторой степени к его закреплению.
Концентрация
никеля в различных типах почвообразующих пород неодинакова. Она наиболее
низкая, как правило, в породах легкого гранулометрического состава – супесях и
песках и значительно выше в суглинистых отложениях. Важное значение в оценке
уровня содержания никеля в породах и почвах также имеет соотношение между
основными компонентами их химического состава – оксидом кремния (SiO2) и суммой оксидов других
элементов. Чем выше содержание SiO2, тем меньше количество
рассеянных элементов (Добровольский, 1983). Содержание SiO2 в почвообразующих породах
Забайкалья колеблется от 61 до 73%, а доля оксидов других элементов – от 27 до
39% (Ногина, 1964; Кузьмин, 1994). Поэтому изменение содержания глинистых
частиц и соотношения между SiO2 и оксидами других элементов
существенно влияет на концентрацию его пространственного распределения.
Среднее
содержание никеля в почвообразующих породах Забайкалья равно 26±3 мг/кг (табл.
3.5) при его кларке в литосфере 58 мг/кг (Виноградов,
Таблица 3.5
Вариационно-статистические
показатели содержания Ni в
почвообразующих породах
природных зон Юго-Западного Забайкалья
|
Природная зона |
n |
Никель, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к кларку |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Таежная |
20 |
9,8±0,6 |
8,0-11,0 |
7,7-11,8 |
13 |
0,2 |
|
Лесостепная |
45 |
17,4±1,6 |
10,0-23,0 |
13,8-21,1 |
27 |
0,3 |
|
Степная |
60 |
32,3±1,8 |
22,0-40,0 |
28,3-36,2 |
19 |
0,6 |
|
Сухостепная |
50 |
31,6±2,5 |
20,0-47,0 |
25,9-37,3 |
25 |
0,5 |
|
Среднее |
175 |
25,7±1,8 |
8,0-47,0 |
22,1-29,3 |
40 |
0,4 |
Примечание: кларк никеля в литосфере 58 мг/кг (Виноградов, 1962).
1962), т.е. в 2,2 раза ниже
кларка. Пониженное содержание никеля в почвообразующих породах Забайкалья
объясняется тем, что они представлены продуктами выветривания, из которых этот элемент
выщелочен. Почвообразующие породы состоят главным образом из кварца (70-75%),
который характеризуется наименьшей концентрацией рассеянных элементов, в том
числе и никеля (Добровольский, 1983). Выщелачиванию элемента из ландшафтов
способствует горный характер рельефа местности: исследуемые почвообразующие
породы и почвы находятся на высоте 600-1500 м над ур. м.
Хром. Содержание хрома в
почвообразующих породах региона изменяется от 17 до 100 мг/кг (табл. 3.6).
Самое низкое содержание элемента (17-25 мг/кг) отмечается в аллювиальных
отложениях Прибайкальского и Хоринского районов, а самое высокое (84-100 мг/кг)
– в делювиальных отложениях Тарбагатайского района. Наиболее части встречающиеся
концентрации хрома – 25-65 мг/кг (76% от всего количества определений, n=176).
Среднее содержание хрома во всей совокупности почвообразующих пород равно 50
мг/кг, что в 1,7 раза ниже кларка литосферы, это свидетельствует о рассеянии
хрома в почвообразующих породах изучаемого региона по отношению к кларку
литосферы.
Таблица 3.6
Вариационно-статистические
показатели содержания Cr в
почвообразующих породах
природных зон Юго-Западного Забайкалья
|
Природная зона |
n |
Хром, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к кларку |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Таежная |
18 |
26,±3,2 |
20,0-30,0 |
12,7-40,0 |
21 |
0,3 |
|
Лесостепная |
42 |
31,0±2,1 |
21,90-40,0 |
26,1-35,9 |
19 |
0,4 |
|
Степная |
54 |
57,4±4,7 |
40,0-92,0 |
43,3-71,5 |
27 |
0,7 |
|
Сухостепная |
58 |
63,5±4,9 |
40,0-90,0 |
48,7-78,2 |
26 |
0,8 |
|
Среднее |
172 |
50,2±3,4 |
20,0-92,0 |
43,2-57,2 |
39 |
0,6 |
Примечание: кларк хрома в
литосфере 83 мг/кг (Виноградов, 1962).
Причиной пониженного
по сравнению с кларком содержания хрома в почвообразующих породах Забайкалья является
то, что преобладающими коренными горными породами здесь являются кислые породы
– гранитоиды и средние – диориты, габбро и др., - концентрация хрома в которых на
1-2 порядка меньше, чем в основных. В частности, в щелочных базальтах
(Джидинский р-н), которые имеют незначительное распространение на изучаемой
территории, содержание хрома достигало 80-380 мг/кг, в среднем 187 мг/кг (Герасимовский,
Банных, Седых, 1980), т.е. в них наблюдается концентрирование элемента по
отношению к кларку литосферы.
Анализ
пространственного распределения хрома в почвообразующих породах позволил
выявить общую закономерность: содержание хрома заметно увеличивается с
северо-востока на юго-запад. Количество хрома в почвообразующих породах
северной части (таежные и лесостепные ландшафты) в среднем равно 30 мг/кг
(колебания 17-46 мг/кг), а в южной (степные и сухостепные ландшафты) – 61
(колебания 34-100 мг/кг).
Содержание хрома
в значительной степени зависит от гранулометрического состава почвообразующих
пород. Оно ниже в породах легкого гранулометрического состава – супесях и
песках и существенно выше (в 1,3-1,5 раза) в суглинистых отложениях. Это
связано с тем, что хром, как и многие другие рассеянные элементы,
концентрируется во фракциях <0,01 мм с максимумом во фракции <0,001 мм
(Добровольский, 1983). Содержание глинистых фракций в почвообразующих породах
Забайкалья изменяется от 5 до 15% (Ногина, 1964), что может служить одним из
важных факторов гетерогенности распределения хрома в почвах.
Таким образом,
фоновые содержания ТМ в почвообразующих породах Забайкалья составляют следующие
величины (мг/кг): свинец – 33,7, цинк 71,2, медь 21,1, никель 25,7, хром –
50,2.
Общей
региональной особенностью фонового содержания изученных ТМ в почвообразующих
породах Забайкалья является повышенное в 2,1 раза содержание свинца по
сравнению с его кларком в литосфере, около кларка содержание цинка, пониженное
в 0,4-0,6 раза хрома, никеля и меди. Формула геохимической специализации этих
элементов (по отношению среднего содержания элемента к его кларку) таковы Pb2,1, Zn0,9, Cr0,6, Ni0,4, Cu0,4.
Количество ТМ
зависит от минералогического состава коренных горных пород, химических свойств
элементов, эколого-геохимических условий, определяющих их подвижность. Все эти
факторы обусловливают региональную специфику накопления и поведения элементов в
почвообразующих породах и других компонентах ландшафтов. Локальной же
закономерностью является повышенное содержание ТМ в почвообразующих породах южной
части (степные и сухостепные ландшафты) по сравнению с северной (таежные и лесостепные
ландшафты), обусловленное различиями экологических и геохимических факторов.
Практически во
всех почвообразующих породах, в существенной мере определяющих геохимические
особенности фоновых ландшафтов, для всех изученных элементов характерно
относительно равномерное пространственное распределение содержаний – коэффициенты
вариации составляют 13-44%, тогда как для неоднородного и крайне неоднородного
распределения они достигают 60-100% (Янин, 2002).
Тяжелые металлы в почвах. Неоднородность природных условий на территории Забайкалья и их ярко выраженная специфика привели к формированию большого разнообразия почвенного покрова на отдельных участках этого обширного региона и своеобразию местных почв (Ногина, 1964).
Почвенный покров
исследуемой части региона представлен следующими основными типами почв:
каштановыми, черноземами мучнисто-карбонатными, серыми лесными, аллювиальными
луговыми и аллювиальными дерновыми.
Каштановые почвы
широко распространены в районах сухих степей с количеством осадков 180-250 мм.
Они довольно интенсивно используются в сельскохозяйственном производстве под
пастбища и пашню. Почвы характеризуются малой мощностью гумусового горизонта,
редко превышающей 20-25 см и низким содержанием гумуса – 1,3-2,8%. Показатель
рН близок к нейтральному – 6,6-7,9 (от слабокислой до слабощелочной). Гранулометрический
состав каштановых почв изменяется от песчаного до легкосуглинистого, а доля фракции
<0,01 мм варьирует от 10 до 24%.
Черноземы
мучнисто-карбонатные распространены в степной и лесостепной зонах с количеством
осадков 250-350 мм. По гранулометрическому составу преобладают легко- и
среднесуглинистые и супесчаные разновидности: содержание фракции <0,01 мм
колеблется в пределах 13-32%. Реакция среды этих почв нейтральная – 6,8-7,1,
содержание гумуса – 2,2-3,7%.
Серые лесные
почвы формируются на северных склонах лесостепных территорий, чередуясь с
черноземами. Они в большей степени обеспечены влагой, чем каштановые и
черноземы. По мощности гумусового горизонта преобладают среднемощные (15-20
см). Содержание гумуса – от 2,5 до 3,8%. По гранулометрическому составу
наиболее часто встречаются легко- и среднесуглинистые разновидности (фракция
<0,01 мм варьирует в пределах 18-38%), реакция среды изменяется от
слабокислой в таежной зоне прибайкальских районов (рН 6,2-6,4) до слабощелочной
в удаленных от оз. Байкал сухостепной и степной зон (рН 7,7).
Пойменные почвы
формируются на аллювиальных отложениях по долинам рек бассейна оз. Байкал.
Наибольшее распространение имеют аллювиальные луговые и аллювиальные дерновые
почвы. Они используются главным образом под сенокосные угодья.
Аллювиальные
луговые почвы находятся в центральной части пойменных ландшафтов обычно
затапливаемых при разливах рек. Мощность гумусового горизонта достигает 30 см.
Этот слой густо пронизан корнями. Содержание гумуса колеблется в пределах
2,7-5,5%, реакция среды – от нейтральной до слабощелочной (рН 6,8-8,0),
гранулометрический состав от супесчаного до среднесуглинистого (фракция
<0,01 мм 12-35%).
Аллювиальные
дерновые почвы развиваются в прирусловой пойме и на хорошо дренируемых
участках. Для них характерен укороченный профиль с маломощным гумусовым
горизонтом супесчаного гранулометрического состава. Содержание гумуса, по нашим
данным, в этих почвах низкое – 1,2-2,1%, рН в зависимости от нахождения в
природной зоне от слабокислой (таежная зона) до слабощелочной (степная зона)
(рН 6,4-8,4).
Свинец. Содержание свинца в почвах
изменялось от 16 до 59 мг/кг (табл. 3.7) при коэффициенте вариации – 21%.
Наиболее часто встречающиеся концентрации свинца в почвах, также как и в
почвообразующих породах, находилось в пределах 30-40 мг/кг (75-80% от всего
количества определений). Среднее содержание свинца во всей совокупности изученных
проб равно 33,9±1,8 мг/кг, что в 2,2 раза превышает его среднее количество для
почв мира.
Максимальное
содержание свинца от минимального в различных типах почв изменялось от 1,7 раза
в черноземах мучнисто-карбонатных до 2,7-3,3 раза в серых лесных и аллювиальных
луговых почвах. Эти различия определяются главным образом различиями в
содержании элемента в почвообразующих породах, а также распространенностью почв
в природных зонах. Так, например, черноземы формируются только в степной зоне,
тогда как аллювиальные луговые во всех 4-х природных зонах исследуемого
региона.
Таблица 3.7
Вариационно-статистические
показатели содержания Pb
в почвах Юго-Западного
Забайкалья
|
Типы почв |
n |
Свинец, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к среднему в почвах мира |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Каштановые |
73 |
36,7±2,0 |
25,0-57,0 |
32,4-41,0 |
22 |
2,3 |
|
Черноземы |
25 |
35,9±2,5 |
28,0-48,0 |
29,8-41,9 |
18 |
2,2 |
|
Серые лесные |
52 |
34,6±3,5 |
18,0-59,0 |
23,9-45,2 |
34 |
2,1 |
|
Аллювиальные луговые |
50 |
30,5±2,2 |
16,0-43,0 |
24,0-37,0 |
25 |
1,9 |
|
Аллювиальные дерновые |
24 |
31,6±3,2 |
19,0-47,0 |
24,90-39,2 |
29 |
2,0 |
|
Среднее |
224 |
33,9±1,8 |
16,0-59,0 |
31,7-36,0 |
21 |
2,1 |
Примечание: среднее содержание Pb в почвах мира 16 мг/кг (Свинец …, 1987),
ПДК свинца в почвах 30 мг/кг (Инструктивное …, 1990).
Для изученного
региона характерно аналогичное, как и в почвообразующих породах, географическое
распределение свинца в почвах. Это обусловлено практически прямо пропорциональной
зависимостью содержания свинца в почвах (функция) от его количества в
почвообразующих породах (аргумент). О тесной сопряженности в содержании свинца
между этими параметрами свидетельствует коэффициент линейной корреляции – r=0,79±0,09
(Р = 0,95) при n = 44, tфакт. = 7,6, tтеор. = 2,0. В незагрязненных
почвах Европейской части России также отмечалась высокая корреляционная
зависимость между содержанием свинца в почвообразующих породах и почвах – r =
0,86±0,17 (Свинец…, 1987). О том, как количественно изменялся функциональный
признак при изменении аргумента на единицу измерения в наших определениях
показывает уравнение линейной регрессии: У = 0,792 + 0,754Х, где У – содержание
свинца в почвах, Х – содержание свинца в породах.
В отличие от
данных, полученных в Европейской части России, где отмечалась положительная
зависимость накопления свинца в почвах от содержания в них органического
вещества (Свинец …, 1987), в почвах Забайкалья, характеризующихся низким
содержанием гумуса – 1,1-4,8% (в среднем 2,3%), связи между количеством гумуса
и свинца в почвах не наблюдалось. Анализ всей совокупности (средние содержания)
изученных минеральных почв показал отсутствие сопряженности в системе
гумус-свинец – r = 0,07.
Для
вертикального профиля различных типов изученных почв Забайкалья характерна
равномерность в распределении свинца. Содержание свинца в различных горизонтах
44 проанализированных разрезов каштановых, черноземных, серых лесных и пойменных
почв изменялось несущественно – в пределах ±1,3 раза. Монотонный характер
распределения свинца в вертикальном профиле ряда почв установлен также в
Европейской части России (Золотарева, Скрипниченко, 1983).
Содержание
свинца в наиболее распространенных в исследуемом регионе каштановых почвах
варьирует от 30 до 53 мг/кг. Минимальное содержание различается от максимального
в 1,8 раза. Эти различия обусловлены главным образом различным уровнем содержания
элемента в почвообразующих породах. Среднее содержание свинца в каштановых
почвах равно 34 мг/кг.
Содержание
свинца в черноземах изменялось незначительно – от 32 до 40 мг/кг или в 1,3 раза
при среднем значении 35 мг/кг.
Содержание
свинца в серых лесных почвах варьировало от 22 до 50 мг/кг или в 2,3 раза.
Более высокие различия в содержании свинца в серых лесных почвах объясняются
тем, что они встречаются в таежных, лесостепных и степных ландшафтах. Наиболее
низкие содержания свинца в этих типах почв отмечены в таежных ландшафтах
прибайкальской зоны (22-28 мг/кг) и определяются низким содержанием элемента в
почвообразующих породах. Среднее содержание свинца в серых лесных почвах равно
34 мг/кг.
Широкое
ландшафтно-экологическое разнообразие встречаемости пойменных почв и их
генетических факторов обусловливает довольно существенные различия в содержании
в них свинца. Количество свинца в пойменных почвах изменялось от 18 до 42 мг/кг
или в 2,4 раза при среднем значении 31 мг/кг.
Таким образом,
средние содержания свинца в основных типах почв Забайкалья различаются
незначительно – от 31 мг/кг в пойменных почвах до 35 мг/кг в черноземах мучнисто-карбонатных.
Это свидетельствует о том, что содержание свинца в почвах является функцией его
содержания в почвообразующих породах и не зависит от типа почвы.
Цинк. Для региона характерна
географическая неоднородность распределения цинка в почвах обусловленная его
содержанием в почвообразующих породах. Тесную сопряженность содержания элемента
в почвообразующих породах и почвах отражает коэффициент линейной корреляции: r = 0,84,
tфакт.=10,2, tтеор.=2,0. Содержание цинка в почвах, также как и в
породах, существенно зависит от количества глинистых частиц.
В аридных
условиях Забайкалья следует выделить два наиболее характерных типа радиального
распределения цинка. В маломощных каштановых и мучнисто-карбонатных черноземах
при наличии щелочного сорбционного барьера в карбонатном горизонте наблюдается
повышенное накопление цинка: Кэа в нем достигает 1,3-2,5. В почвах с
относительно высоким содержанием гумуса (лугово-черноземная мерзлотная)
происходит аккумуляция цинка в верхнем гумусовом горизонте, где Кэа
равен 1,4-1,8. В почвах с низким содержанием гумуса (1,5-4,0%) в гумусовом
горизонте накопления цинка не наблюдается. Слабое влияние органического
вещества на перераспределение цинка и других катионогенных элементов в почвах
степных и пустынных ландшафтов отмечал Касимов (1988).
Содержание цинка
в каштановых почвах изменяется от 35 до 136 мг/кг, или в 3,9 раза (табл. 3.8).
При близких значениях рН колебания обусловлены главным образом различиями в
содержании элемента в почвообразующих породах, а затем гранулометрического состава
почв. Каштановые почвы формируются на породах, содержание цинка в которых
различается в 4,3 раза (30-130 мг/кг). Среднее содержание цинка в каштановых
почвах равно 72 мг/кг.
Таблица 3.8
Вариационно-статистические
показатели содержания Zn
в почвах Юго-Западного
Забайкалья
|
Типы почв |
n |
Цинк, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к среднему в почвах мира |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Каштановые |
86 |
74,6±6,6 |
35,0-136,0 |
60,7-88,4 |
37 |
0,8 |
|
Черноземы |
20 |
72,8±13,6 |
35,0-113,0 |
34,6-101,9 |
51 |
0,8 |
|
Серые лесные |
35 |
84,0±12,5 |
41,0-113,0 |
62,0-96,0 |
36 |
0,9 |
|
Аллювиальные луговые |
37 |
68,3±9,4 |
38,0-100,0 |
45,2-91,4 |
37 |
0,7 |
|
Аллювиальные дерновые |
20 |
81,4±9,7 |
44,0-100,0 |
64,3-98,5 |
27 |
0,9 |
|
Среднее |
198 |
75,6±4,3 |
35,-136,0 |
66,8-84,3 |
36 |
0,8 |
Примечание: среднее содержание Zn в почвах мира 90 мг/кг (Bowen, 1979),
ПДК цинка в почвах 100 мг/кг (Инструктивное …, 1990).
Содержание цинка
в черноземах мучнисто-карбонатных почвах в зависимости от гранулометрического
состава (супесчаный и суглинистый, содержание фракции <0,01 мм составляет
13-35 мм) изменяется от 48 до 113 мг/кг при среднем значении 78 мг/кг.
Содержание цинка
в серых лесных почвах в зависимости от состава почвообразующих пород варьирует
от 41 до 113 мг/кг при среднем значении 73 мг/кг. Аллювиальные почвы содержат
цинк в количествах от 35 до 100 мг/кг при среднем значении 71 мг/кг.
В различных
типах почв, занимающих разные уровни и почвенно-геохимических катенах,
содержание цинка существенно не различается. Например, в ряду серые
лесные-черноземы-каштановые-аллювиальные луговые почвы Тарбагатайского района
содержание цинка колебалось в пределах 93-108 мг/кг, а в почвах Иволгинского
района – 35-45 мг/кг. Коэффициент местной миграции цинка составлял всего
1,1-1,3. Последнее обусловлено тем, что для аридных условий Забайкалья,
благодаря сходству геохимической обстановки миграции в различных ландшафтах
характерна слабая латеральная дифференциация цинка в пределах
почвенно-геохимических катен. Поэтому он не накапливается в аллювиальных почвах
подчиненных супераквальных ландшафтов. В таких условиях возможно перераспределение
анионогенных элементов и элементов-комплексообразователей, подвижных в щелочной
среде и осаждающихся на глеевых и сорбционных геохимических барьерах в почвах
подчиненных ландшафтов (Касимов, 1988).
Таким образом,
фоновое содержание цинка в различных типах почв региона изменяется в пределах
35-136 мг/кг при среднем варьировании (V=37%). Среднее количество цинка
в почвах равно 73 мг/кг, что соответствует его содержанию в почвообразующих породах.
Иными словами, состав почвообразующих пород является главным фактором, определяющим
содержание цинка в почвах, не подверженных техногенному воздействию. Статистически
значимого различия в среднем содержании цинка в различных типах почв не
выявлено. Однако общая тенденция к статистически достоверному увеличению его
содержания в почвах с севера на юг прослеживается четко: в почвах северной
части территории оно колебалось в пределах 35-57 мг/кг (среднее 45 мг/кг), а
южной – 42-136 мг/кг (среднее 91 мг/кг). В целом почвы Забайкалья содержат
цинка в 1,15 раза ниже его среднего значения для почв мира.
Медь. Содержание меди в почвах
изменялось в пределах 8-53 мг/кг (табл. 3.9) Преобладающие концентрации меди в
почвах (81% от всех опре-
Таблица 3.9
Вариационно-статистические
показатели содержания Cu
в почвах Юго-Западного
Забайкалья
|
Типы почв |
n |
Медь, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к среднему в почвах мира |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Каштановые |
86 |
26,8±4,7 |
10,0-53,0 |
15,5-38,0 |
50 |
0,9 |
|
Черноземы |
25 |
30,3±3,0 |
25,0-39,0 |
20,6-39,9 |
20 |
1,0 |
|
Серые лесные |
52 |
18,7±3,5 |
8,0-28,0 |
9,6-27,8 |
46 |
0,6 |
|
Аллювиальные луговые |
42 |
23,0±4,7 |
10,0-38,0 |
11,0-35,0 |
50 |
0,8 |
|
Аллювиальные дерновые |
24 |
19,0±2,4 |
10,0-25,0 |
13,0-25,0 |
30 |
0,6 |
|
Среднее |
229 |
23,3±1,9 |
8,0-53,0 |
23,3-48,5 |
44 |
0,8 |
Примечание: среднее содержание Cu в почвах мира 30 мг/кг (Bowen, 1979),
ПДК меди в почвах 55 мг/кг (Инструктивное …, 1990).
делений) – 10-30 мг/кг.
Выявлена довольно значительная пестрота содержаний меди в почвах одного типа,
находящихся в различных природных зонах, что связано с прямой зависимостью количества
меди в почвах от ее уровня в почвообразующих породах. Наименьшая контрастность
содержания меди отмечается в черноземах мучнисто-карбонатных (1,5 раза),
распространенность которых в регионе незначительна, а наибольшая – в каштановых
и аллювиальных луговых (3,8-5,3 раза), которые встречаются в степной,
сухостепной, лесостепной, а последние и в таежной зонах.
В распределении
меди в почвах четко выделяются три группы районов: южные районы (Кяхтинский,
Бичурский, Джидинский и др.) – количество меди в почвах здесь варьирует от 19
до 53 мг/кг; северные районы, удаленные от оз. Байкал (Хоринский, Кижингинский,
Заиграевский) – 10-18 мг/кг и районы непосредственно прилегающие к оз. Байкал
(Прибайкальский, Кабанский) – 3-11 мг/кг.
Наибольшее
валовое содержание меди отмечается в черноземах мучнисто-карбонатных и
каштановых почвах, которые в основном формируются в степной и сухостепной
зонах, характеризующихся незначительным увлажнением и нейтральной и слабощелочной
рН. Эти факторы не способствуют выщелачиванию элемента из ландшафта, а,
напротив, способствуют его сорбции. Содержание меди в черноземах и каштановых
почвах степной и сухостепной зон прямо коррелируют с его количеством в
почвообразующих породах этих зон.
В распределении
меди по вертикальному профилю выявляется тенденция, хотя и слабая, к
аккумуляции ее в гумусовых горизонтах: элювиально-аккумулятивный коэффициент –
1,2-1,4.
Среднее
содержание меди в почвах региона – 23,3±1,9 мг/кг, что в 1,3 раза ниже средней
концентрации в почвах мира. В каштановых почвах и черноземах
мучнисто-карбонатных средние содержания меди близки к среднему мировому уровню,
а в серых лесных и аллювиальных они ниже в 1,3-1,6 раза.
Компонентами
почв, участвующих в сорбции ТМ являются: 1) оксиды (водные, аморфные) – главным
образом железа и марганца); 2) органическое вещество; 3) карбонаты, фосфаты,
сульфиды и основные соли; 4) глинистые минералы (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989;
Добровольский, 1997). Среди этих компонентов глинистых минералов, водные оксиды
металлов и органические вещества считаются наиболее важными группами, которые
участвуют и конкурируют между собой в процессах сорбции микроэлементов.
В связи с тем, что в почвах Забайкалья содержание глинистой фракции и органического вещества низкие можно предположить слабое участие их в процессах сорбции меди и других элементов, а более сильное влияние в этом процессе карбонатов, фосфатов и оксидов железа и марганца.
Никель. Распределение никеля в почвах Забайкалья неоднородно (табл.
3.10), что обусловлено различиями его содержания в почвообразующих породах. О
тесной сопряженности между этими параметрами свидетельствует коэффициент
линейной корреляции – 0,88 при tфакт.=12,3, tтеор.=2,68. Как количественно
изменяется результативный признак при изменении факториального на единицу измерения,
видно из уравнения линейной регрессии Y = 7,29+0,75X, где Y –
содержание никеля в почве, Х – содержание никеля в почвообразующей породе.
Содержание
никеля в почвах слабо зависит от количества органического вещества. По нашим
данным, коэффициент корреляции между ними равен 0,16 (n = 36, tфакт.=0,09, tтеор.=2,0). Вместе с тем следует
отметить, что в некоторых почвах наблюдается накопление элемента в верхнем
горизонте почвы. Возможно, оно носит биогенный характер. Однако, чтобы
определенно ответить на этот вопрос, нужны дополнительные исследования.
Перераспределение
никеля в профиле различных типов почв и даже одного типа, но в различных
экологических условиях, проявляется по-разному. Анализ наших экспериментальных
данных по 48 почвенным разрезам, а также публикаций других авторов (Кузьмин,
1994; Пашнева, 1967; Побединцева, Дианова, 1988; Basta, Pantone, Tabatabai, 1992; Berrow, Reaves,
1986; Harter, Menodi, 1992; Jorgensen, 1991) позволяет выделить
несколько типов зависимости распределения никеля по генетическим горизонтам.
При этом за существенное различие содержания никеля, выражаемое
элювиально-аккумулятивным коэффициентом, мы принимаем изменение его
концентрации более чем в 1,3 раза.
1. Равномерное
распределение никеля по профилю. Различие в содержании никеля в отдельных
горизонтах статистически незначимо и колеблется в пределах ±1,2 раза. К этому
типу распределения относятся аллювиальная луговая почва, чернозем
мучнисто-карбонатный, каштановая почва. Причиной такого типа дифференциации
никеля может служить относительно равномерное содержание глинистых частиц и
незначительное изменение величины рН по всему профилю, как, например, в
каштановой супесчаной почве, в которой количество фракции <0,01 мм
колеблется в узких пределах 8-11%, а рН – 6,9-7,3, или в аллювиальной почве,
где эти величины составляют, соответственно, 29-32% и 7,4-8,0.
2. Повышенное (в
1,4 – 1,7 раза) содержание никеля в гор. А1 отмечается в серой лесной почве,
каштановой и аллювиальной луговой. В связи с отсутствием зависимости между содержаниями
гумуса и никеля, что отмечалось выше, наиболее вероятной причиной увеличения
концентрации последнего в гор. А1 является рост количества глинистой фракции.
Примером может служить серая лесная почва, гранулометрический состав гор. А
которой легкосуглинистый, а нижележащих горизонтов супесчаный (Цыбжитов, Убугунова,
1992).
3. Повышенное в
1,5-2,0 раза содержание никеля в гор. Вк обнаружено в каштановой и
серой лесной почвах. Максимум содержания никеля в гор. Вк этих почв
обусловлен увеличением значений рН до 8,4-8,8 (в других горизонтах рН равен
6,9-7,3), вызывающим снижение подвижности элемента и накопление его на щелочном
барьере (Перельман, 1979).
4. Пониженное в
1,3-1,6 раза содержание никеля в гор. АВ или В. Каштановая, аллювиальная
луговая почвы; чернозем обыкновенный (Аштаб, Ельников, 1994) ; подзолистая
почва (Кузьмин, 1994). Вынос никеля из этих горизонтов объясняется,
по-видимому, уменьшением в них количества глинистых частиц.
5. Повышенное в
1,3-1,5 раза содержание никеля в почвообразующей породе (гор. С) по сравнению с
вышележащими горизонтами наблюдается в аллювиальной луговой, серой лесной
почвах и черноземе типичном среднемощном (Побединцева, Дианова, 1988), а также
в дерново-подзолистой почве (Кузьмин, 1994). Причиной повышенной концентрации
никеля в гор. С является увеличение в нем содержания глинистой фракции
(<0,01 мм), как это отмечалось нами в аллювиальной луговой почве: в гор. С
оно составляло 40%, а в верхних горизонтах – 18-28%. Показатель рН в профиле
этой почвы изменялся сравнительно незначительно – от 7,3 до 8,0.
6. Два максимума
увеличения в 1,4-2,0 раза содержания никеля в гор. А1 и Вк
, обусловленных первый – повышенным количеством глинистой фракции, второй – увеличением
значений рН среды. Это – каштановая почва и чернозем выщелоченный (Пашнева,
1967).
Таким образом,
дифференциация никеля по профилю различных типов почв неодинаковая и является
функцией их генетических свойств. Основные факторы, влияющие на распределение
никеля по профилю почв, - содержание глинистой фракции и величина рН, - это
факторы, обусловливающие процессы сорбции-десорбции элемента в почвах.
Содержание
никеля в каштановых почвах изменяется от 13 до 41 мг/кг или в 3,2 раза (табл.
3.10). При близких значения рН колебания обусловлены главным образом различиями
гранулометрического состава и прежде всего содержанием глинистой фракции. Гранулометрический
состав каштановых почв изменяется от песчаного до легкосуглинистого, а доля
фракции <0,01 мм варьирует соответственно от 10 до 24%.
Содержание
никеля в черноземах мучнисто-карбонатных в зависимости от супесчаного и
легкосуглинистого гранулометрического состава изменяется от 18 до 40 мг/кг или
в 2,2 раза при среднем содержании 28±4 мг/кг.
Таблица 3.10
Вариационно-статистические
показатели содержания Ni
в почвах Юго-Западного
Забайкалья
|
Типы почв |
n |
Никель, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к среднему в почвах мира |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Каштановые |
86 |
27,8±2,2 |
13,0-41,0 |
23,1-32,5 |
32 |
0,6 |
|
Черноземы |
25 |
28,2±3,9 |
18,0-40,0 |
17,3-39,1 |
31 |
0,6 |
|
Серые лесные |
53 |
26,2±3,1 |
11,0-40,0 |
19,0-33,5 |
36 |
0,5 |
|
Аллювиальные луговые |
42 |
26,2±2,9 |
15,0-43,0 |
19,4-33,1 |
34 |
0,5 |
|
Аллювиальные дерновые |
24 |
24,7±3,9 |
14,0-40,0 |
14,7-34,6 |
39 |
0,5 |
|
Среднее |
230 |
26,8±1,3 |
11,0-43,0 |
24,2-29,4 |
32 |
0,5 |
Примечание: среднее содержание Ni в почвах мира 50 мг/кг (Bowen, 1979),
ПДК никеля в почвах 85 мг/кг (Инструктивное, 1990).
Количество
никеля в серых лесных почвах колеблется от 11 до 40 мг/кг или в 3,6 раза при
среднем значении 26±4 мг/кг.
Содержание никеля
в аллювиальных почвах варьирует от 14 до 43 мг/кг или в 2,9 раза при его
среднем значении 25±4 мг/кг. Колебания в содержании никеля в этих почвах обусловлены
как изменение кислотно-основного показателя, так и различиями в количество
глинистых фракций.
Таким образом,
содержание валового никеля в различных типах почв Забайкалья изменяется от 11
до 43 мг/кг или в 3,9 раза. Это существенно меньше, чем колебания в почвообразующих
породах – 5,9 раза. Среднее содержание элемента равно 27 мг/кг. Практически все
изученные почвы слабо обеспечены никелем – 0,5-0,6 от среднего в почвах мира.
Особенно низкое содержание никеля отмечено в почвах северной части изученной
территории – 11-22 мг/кг, что обусловлено низким содержанием элемента в
почвообразующих породах. Почвы южной части региона более обеспечены никелем –
21-43 мг/кг, что в 2 раза выше, чем в северной. Основной причиной, определяющей
низкое содержание никеля в почвах Забайкалья, является значительно пониженное
(в 2,2 раза) по сравнению кларком литосферы его содержание в почвообразующих
породах региона, которые служат источником элемента для почв.
Низкое
содержание никеля в почвах Забайкалья определяет высокую эффективность его
воздействия на продуктивность растений в агрохимических опытах по сравнению с другими
микроэлементами. По данным наших исследований, урожай биомассы кукурузы в
относительных единицах по сравнению с контролем (100%) составлял в варианте с
никелем 121%, йодом 117, молибденом 113, цинком 112, бором 104%. Критерий
достоверности прибавки урожая от никеля равен 2,7 при необходимом теоретическом
2,4.
Хром. Для региона характерна
географическая неоднородность распределения хрома в почвах, обусловленная
различиями его содержаний в почвообразующих породах. Зависимость содержания
хрома в почвах от его количества в почвообразующих породах близка к линейной,.
Тесную сопряженность этих параметров отражает коэффициент линейной корреляции: r = 0,92
при n = 33.
Дифференциация
рассеянных элементов в почвенном профиле контролируется содержанием органического
вещества, илистой фракции, наличием сорбционных геохимических барьеров,
показателями рН (Золотарева, Скрипниченко, 1983; Кабата-Пендиас, Пендиас,
1989). В аридных условиях Забайкалья следует выделить два наиболее характерных
типа вертикального распределения хрома. В каштановых почвах и
мучнисто-карбонатных черноземах при наличии щелочного сорбционного барьера в
карбонатном горизонте наблюдается повышенное накопление хрома. Превышение его содержания
в этом горизонте по сравнению с почвообразующей породой достигало 1,4-1,8 раз.
Это обусловлено как повышением рН в карбонатном гор. (Ск) до 7,5-8,7
(в гор. А и В рН 7,0-7,2) и осаждением хрома в виде Cr(OH)3, так и активной
сорбцией хрома оксидами железа и алюминия, содержание которых, в частности в
черноземах, составляло в гор. А и В 5,2-7,9%, а в гор. Ск 15-20%. В
почвах, в которых отсутствует карбонатный горизонт, хром распределяется в
профиле равномерно: его содержание в разных горизонтах различались
незначительно – от 0,9 до 1,2 раз.
Основные типы
почв Забайкалья характеризуются низким содержанием гумуса (1,5-4,0%). Поэтому
накопления хрома в гумусовом горизонте не наблюдается. Корреляция между этими
параметрами отсутствует (r = 0,10).
Содержание хрома
в каштановых почвах изменяется от 28 до 85 мг/кг (табл. 3.11). При близких
значениях рН и гумуса колебания в содержании хрома обусловлены главным образом
различиями в концентрации элемента в почвообразующих породах, а затем гранулометрического
состава почвы. Каштановые почвы формируются на породах, содержание хрома в
которых различается в 3,4 раза (27-92 мг/кг). Их гранулометрический состав варьирует
от песчаного до суглинистого, а содержание фракции физической глины – от 6 до
32%. Среднее содержание хрома в каштановых почвах равно 53 мг/кг.
Среднее
содержание хрома в черноземах равно 56 мг/кг. В зависимости от концентрации
элемента в почвообразующих породах черноземы содержат хром в количествах от 30
до 80 мг/кг. В серых лесных почвах при средней концентрации 55 мг/кг содержание
хрома, так же как и черноземов, варьирует от 30 до 80 мг/кг, что обусловлено
составом почвообразующих пород. Содержание хрома в пойменных почвах изменяется
от 28 до 85 мг/кг при среднем значении 53 мг/кг, в том числе в аллювиальных
луговых – 51 мг/кг, а в аллювиальных дерновых – 56 мг/кг.
Таблица. 3.11
Вариационно-статистические
показатели содержания Cr
в почвах Юго-Западного
Забайкалья
|
Типы почв |
n |
Хром, мг/кг |
V, % |
Отношение среднего к среднему в почвах мира |
||
|
среднее |
пределы варьирования |
доверительный интервал |
||||
|
Каштановые |
90 |
53,4±4,0 |
28,0-85,0 |
45,0-61,8 |
31 |
0,8 |
|
Черноземы |
25 |
57,2±11,5 |
30,0-83,0 |
25,3-89,1 |
45 |
0,8 |
|
Серые лесные |
52 |
54,9±6,1 |
31,0-80,0 |
36,5-73,3 |
34 |
0,8 |
|
Аллювиальные луговые |
42 |
50,3±5,8 |
29,0-85,0 |
32,8-67,8 |
35 |
0,7 |
|
Аллювиальные дерновые |
24 |
56,3±7,9 |
28,0-80,0 |
35,9-76,8 |
35 |
0,8 |
|
Среднее |
233 |
54,3±2,7 |
28,0-85,0 |
48,9-59,7 |
33 |
0,8 |
Примечание: среднее содержание Cr в почвах мира 70 мг/кг (Bowen, 1979),
ПДК хрома в почвах 100 мг/кг (Kloke, 1980).
Таким образом,
фоновые содержания хрома в почвах региона изменяются в пределах 28-85 мг/кг.
Средняя концентрация хрома равна 52 мг/кг, что соответствует его количеству в почвообразующих
породах. Иными словами, состав почвообразующих пород является главным фактором,
определяющим содержание хрома в почвах, не подверженных техногенному
воздействию. Статистически значимого различия в среднем содержании хрома
различных типах почв не выявлено. Однако общая тенденция к статистически
достоверному увеличению его в почвах с севера на юг прослеживается так же
четко, как и в почвообразующих породах: в почвах северной части оно изменялось
в пределах 28-40 мг/кг (среднее 30 мг/кг), а в южной - 40-85 мг/кг (61 мг/кг).
Итак, фоновые
содержания ТМ в почвах Забайкалья варьируют в довольно значительных пределах
(мг/кг): свинец – 16-59, цинк – 35-136, медь – 8-53, никель – 11-43 и в среднем
составляют следующие величины: свинец – 33,9, цинк – 75,6, медь – 23,3, никель
26,8, хром – 54,3. Тем не менее коэффициенты вариации содержания ТМ в почвах
также, как и в почвообразующих породах, относительно невелики – 18-51%. Формула
геохимической специализации этих элементов в почвах (по отношению среднего
содержания элемента к его среднему мировому содержанию) практически повторяет
таковую в почвообразующих породах: Pb2,12Zn0,84(Cr,Cu)0,78,Ni0,67, только лишь с меньшей
степенью рассеяния хрома, меди и никеля.
Выявлена тесная
корреляционная связь между содержанием ТМ в почвах от их концентрации в
почвообразующих породах и отсутствие зависимости от количества гумуса, что
может свидетельствовать о слабом влиянии почвообразовательного процесса на перераспределение
ТМ. Значительное накопление некоторых элементов отмечается лишь в карбонатном
горизонте (при его наличии) за счет осаждения растворимых форм элементов на
щелочном барьере при нисходящей или восходящей миграции. Пространственное распределение
всех изученных ТМ в верхнем органогенном горизонте практически полностью
повторяет их пространственное распределение в С-горизонте.
3.2. Тяжелые металлы в
растениях
При биогеохимических исследованиях исключительно важная роль
уделяется изучению химического элементного состава растений. Это обусловлено
двумя причинами. 1. Биомасса суши представлена приблизительно на 99 % биомассой
растений, а биомасса животных в различных ландшафтах составляет 0,05-2,0, в
среднем менее 1 % общей биомассы живых организмов суши (Покаржевский, 1985).
Поэтому растения, по мнению В. И. Вернадского (1965), – наиболее могущественная
сила биогеохимических процессов в биосфере. Поглощая химические элементы из
почвы, почвообразующих пород, грунтовых вод и атмосферы, растения перемещают их
из одних объектов ландшафтов в другие, резко изменяя скорость их круговорота в
природе. Кроме того, огромная преобразовательная роль растений заключается в
том, что они изменяют формы нахождения элементов в окружающей среде. Особый
интерес в этом плане представляют ферменты, витамины, гормоны, в которых некоторые
элементы играют роль активных центров, являющихся донорами или акцепторами
электронов в окислительно-восстановительных процессах в живых организмах. 2.
Биогеохимическая пищевая цепь животных и человека для большинства химических
элементов начинается с растений и лишь для некоторых элементов – с питьевой
воды.
Проблема
формирования химического элементного состава растений является одной из
наиболее сложной в биогеохимии, так как их состав контролируется многими факторами
и процессами. В наиболее общем виде основные факторы формирования химического
состава растений – генетический, т.е. избирательность поглощения элементов различными
видами, и экологический, т.е. уровень и биодоступность элементов в питающей
среде (Ильин, 1991).
Основу
растительного покрова незалесенной части исследованной территории составляют
степной и луговой типы растительности, а также посевы культурных растений,
выращиваемых большей частью для кормового назначения, - на зеленый корм, сено,
сенаж или силос.
Экологически
условия степей характеризуются общими чертами: среднегорным рельефом с высотами
от 600 до 1200 м над у.м., каштановыми преимущественно маломощными
каменисто-щебнистыми почвами, резкоконтинентальным климатом и недостаточным
атмосферным увлажнением. Это определяет своеобразные черты степей – низкорослость
растений, разреженность травостоя и низкую биологическую продуктивность
надземной массы и довольно высокую – подземной.
Природные
особенности территории способствуют формированию своеобразного степного
флористического комплекса, представленного главным образом дауро-монгольскими
видами. Наибольшая фитоценотическая роль в сложении растительного покрова
степей принадлежит узколистным дерновинным злакам. Они входят в состав всех основных
степных формаций. Вторыми по фитоценотической значимости выступают виды
растений с низкорослыми розеточными формами, относящиеся к степному
ксерофитному разнотравью.
Степи как
естественные угодья – весьма ценные кормовые ресурсы. Несмотря на сравнительно
низкую продуктивность травостоев, основные виды растений, слагающие их,
характеризуются высокой питательной ценностью (Бойков и др., 2002). Поэтому
степи интенсивно используются как пастбища для животных.
Луга занимают
значительные площади по долинам рек бассейна оз. Байкал. Луговая растительность
более требовательна к экологическим условиям, прежде всего к влаге, по
сравнению со степной растительностью. Поэтому продуктивность лугов значительно
выше и они используются главным образом как сенокосные угодья. Их площадь в
Бурятии составляет 13 % от всех сельскохозяйственных земель. В рационе
сельскохозяйственных животных растительные корма с лугов занимают весьма
значительную долю в течение длительного зимне-весеннего стойлового содержания.
В зависимости от
местоположения, занимаемого в пойме и характеризующегося различными условиями
увлажнения, выделяют несколько классов лугов – настоящие, остепненные,
болотистые, торфянистые и пустошные (Ионычева и др., 1991). Пробы растений
отбирались нами на настоящих, остепненных и болотистых лугах.
Настоящие луга
занимают центральную часть поймы. Увлажнение на них в основном поемное
достаточное, в некоторых случаях применяется искусственное орошение. К ним
относятся кострецовые, пырейные, лисохвостные, монгольскополевицевые,
луговомятликовые, ячменевые, бескильницевые луга. Это – наиболее продуктивные
угодья.
Остепненные луга
занимают повышенные части поймы с недостаточным увлажнением. К ним относятся
вострецовые (леймусовые) и триниусополевицевые формации.
Болотистые луга
распространены на пониженных участках поймы с избыточным увлажнением. Они
представлены незамечаемовейниковыми, остистоосоковыми, пузыреватоосоковыми,
камнелюбивоосоковыми, водолюбивыми, безжилкоосоковыми, ситниковыми,
клопоносоосоковыми, кароосоковыми и лангсдорфовейниковыми формациями.
В таблицах 3.12-3.16 обобщены данные по фоновому содержанию и накоплению на единицу площади свинца, цинка, меди, никеля и хрома в укосах растительности степных, луговых и культурных ценозов (Кашин, Иванов, 1992; 1996; 1997; 1999; 2000).
Свинец. Содержание свинца в растительности
степных ландшафтов изменялось от 0,59 до 2,7 мг/кг сухой массы (табл. 3.12).
Наименьшее количество свинца отмечалось в злаковой растительности, а наибольшее
– в холоднополынной. Среднее содержание свинца в степной растительности равно
1,09 мг/кг. Экстремальные экологические условия в отношении влагообеспеченности
(200-300 мм в год) являются причиной низкой урожайности надземной биомассы
степных ценозов. Она колеблется от 4,3 до 9,8 ц/га, а накопление ею свинца
составляет 0,31-1,21 г/га, в среднем 0,63 г/га.
Содержание
свинца в растительности луговых ландшафтов варьировало в пределах 0,56-1,90
мг/кг. Наибольшая концентрация свинца отмечается в разнотравной растительности
(1,01 мг/кг), а наименьшее в злаковой (0,68 мг/кг). Осоковая растительность
низинных лугов характеризуется средним количеством свинца (0,81 мг/кг). Луговая
растительность формируется в условиях достаточного, а порой и избыточного,
главным образом, грунтового увлажнения, поэтому отличается от степной довольно
значительной урожайностью надземной фитомассы – от 25 до 56 ц/га, а накопление
ею свинца достигает 1,96-9,72 г/га, в среднем 3,76 г/га.
Содержание
свинца в надземной биомассе растений культурных посевов кормового назначения
колеблется от 0,60 до 1,50 мг/кг, составляя в среднем 0,80 мг/кг. Урожайность
биомассы культурных посевов варьировала от 22 до 75 ц/га, а накопление ею
свинца составляло 1,32-6,39 г/га.
Таким образом,
среднее содержание свинца в растительности изучения ландшафтов различались
незначительно (в мг/кг): степные фитоценозы (1,09) - луговые (0,68-1,01), агрономические
(0,73-0,84). Значительно более высокие различия отмечались в накоплении свинца
надземной фитомассой лугов и культурных посевов на единицу площади (2,18-4,56
г/га) в сравнении со степной (0,63 г/га).
Диапазоны
средних содержаний свинца в растительности степных, луговых и культурных
ценозов достигали 0,56-2,70 мг/кг. Это находится в пределах нормальных концентраций
свинца для кормовых растений, так как среднее содержание элемента в растительности
континентов составляет 2,5 мг/кг (Добровольский, 1983), а токсичное количество
3 (Рэуце, Кырстя, 1986) или 5 мг/кг (Минеев, 1988; Свинец …, 1987).
Цинк. Содержание цинка в
растительности степных ландшафтов изменялось от 7,8 до 41,3 мг/кг при средней величине
20,0 мг/кг (табл. 3.13). Наименьшее количество цинка отмечалось в злаковых
растительных сообществах Селенгинского и Иволгинского районов (7,8-11,9 мг/кг),
а наибольшее – в разнотравных сообществах Джидинского района (34,6-41,3 мг/кг).
В связи с низкой урожайностью надземной биомассы накопление ею цинка и
вовлечение его в биогенную миграцию в степных ценозах очень низкое – 5,4-27,7
г/га.
Концентрация
цинка в растительности луговых ландшафтов варьировала в пределах 7,4-46,0 мг/кг
и в среднем равна 20,6 мг/кг. Наибольшее содержание цинка отмечалось в
разнотравной растительности настоящих лугов и осоковой растительности болотных
избыточно увлажненных лугов (24,0-27,4 мг/кг), а наименьшее – в злаковой
растительности (12,1 мг/кг). В связи с тем, что злаки занимают доминирующее
положение в сложении растительности настоящих и остепняющихся лугов, они в
значительной мере определяют уровень обеспеченности кормовых растений на сенокосных
угодьях Забайкалья. Луговая растительность характеризуется довольно
значительной урожайностью биомассы, что определяет высокое накопление цинка на
единицу площади и вынос его с урожаем – 62-188 г/га или на порядок больше, чем
степными ценозами.
Содержание цинка
в надземной биомассе растений культурных посевов (в основном злаков, прежде всего
овса) кормового назначения изменялось от 8,3 до 24,1 мг/кг), составляя в
среднем 15,5 мг/кг. Урожай биомассы агроценозов близок к урожаю луговых ценозов,
поэтому накопление цинка и вынос его на единицу площади близок к таковым луговой
злаковой растительности – 27,3-120 г/га.
Таким образом,
среднее содержание цинка в растительности изученных ландшафтов Забайкалья
различалось незначительно (мг/кг): агрофитоценозы – 15,9; степи – 20,0; луга –
20,6. Значительно более высокие различия отмечались в накоплении цинка
надземной фитомассой на единицу площади (г/га): степи – 15,4; агроценозы –
73,1; луга – 96,8. Диапазон колебаний среднего содержания цинка в
растительности этих ландшафтов был 7,4-46,0 мг/кг. Среднее содержание цинка в
растительности континентов равно 50 мг/кг (Добровольский, 1983).
Оптимальное
содержание цинка в кормовых растениях по современным требованиям равно 30-50
мг/кг (среднее 40 мг/кг), дефицитное – менее 20 мг/кг, а максимально допустимое
– 500 мг/кг (Кондрахин, 1989). Цинкдефицитные заболевания животных отмечают в
биогеохимических провинциях и очагах, корма которых содержат цинка менее 20
мг/кг. Исходя из приведенных норм, можно отметить в основном низкое содержание
цинка в растительности изученных ландшафтов Забайкалья.
Согласно обобщениям
W.L. Lindsay (1972), наиболее важными
факторами, участвующими в создании дефицита цинка, являются: низкое содержание
цинка в почве; карбонатность почв и значение рН более 7,0; низкое содержание
органических веществ в почве; слабая микробиологическая активация цинка в
почве; ограниченное поглощение цинка корнями, вызванное сужением зоны развития
корневых систем и холодными весенними сезонами; различие свойств видов и
генотипов растений; антагонистические эффекты. Анализ этих факторов позволяет
объединить их в две группы: 1) эдафические факторы, определяющие содержание и
доступность цинка для растений; 2) биологические свойства самих видов растений,
определяющие уровень накопления элемента.
Низкое
содержание цинка в растительности кормовых угодий Забайкалья (кроме растительности
болотных лугов) может быть обусловлено низким содержанием подвижного цинка в
основных типах почв. Содержание подвижного цинка, извлекаемого
ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8; в основных типах почв
колебалось от 0,3 до 0,9 мг/кг, что составляло 0,3-5% от валового. В сравнении
с нормой обеспеченности почв подвижным цинком для растений невысокого выноса (в
среднем 1,5 мг/кг (Микроэлементы …,
1981)) 80% исследованных почв имеют 40-80%-ный дефицит доступного для растений
цинка.
Низкая
обеспеченность цинком кормовых растений обусловливает возникновение
цинкдефицитных заболеваний у сельскохозяйственных животных, особенно ярко проявляющихся
в снижении воспроизводительной способности и продуктивности, а также в виде
паракератоза у свиней. Дефицит цинка в почвах и растениях, а также в местных
продуктах питания является одной из важных причин онкологических заболеваний
среди населения, по которым Бурятия занимает одно из первых мест в регионе
Сибирь-Дальний Восток (Дулганов, 1988). Таким образом, проблема дефицита цинка
в растительности Забайкалья имеет важное практическое значение в
растениеводстве, животноводстве и медицине. Несомненно, что она требует
проведения более детальных исследований в этих направлениях.
Медь. Содержание меди в укосах
биомассы степной и луговой растительности Забайкалья варьирует в пределах
0,9-11,4 мг/кг при среднем значении 4,7 мг/кг (табл. 3.14). Анализ данных по
содержанию меди в растительности и сопоставление их с нормативами
обеспеченности животных (норма обеспеченности 6-10 мг/кг (Лебедев, 1990),
дефицит <5 мг/кг, избыток >20 мг/кг (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989),
среднее в растительности континентов 10 мг/кг (Добровольский, 1983))
свидетельствует о том, что в пределах нормы (6,7-11,4 мг/кг обеспечена медью
степная и луговая растительности Кяхтинского, Мухоршибирского, Бичурского и
Тарбагатайского районов Бурятии. Содержание валовой меди в почвах этих районов
изменяется в пределах 21-34 мг/кг. Недостаточно обеспечена медью (2,0-5,0 мг/кг
– дефицит 30-50% от нормы, за исключением единичных ключевых площадок)
растительность Джидинского, Иволгинского, Селенгинского, Заиграевского, Хоринского
и Кижингинского районов.
Очень низкое
содержание меди выявлено в луговой растительности Прибайкальского и Кабанского
районов, находящихся в таежной зоне. прилегающей к оз. Байкал (0,9-3,7 мг/кг).
Обеспеченность растительности медью по сравнению с нижней границей нормы (6,0
мг/кг) в этих районах составляет в большинстве случаев всего лишь 15-30%. Это определяется
весьма низким содержанием меди в почвах Прибайкальского и Кабанского районов.
Так, содержание меди в торфяно-болотной почве (в слое 0-20 см) составляло 1,5-3
мг/кг, а в минеральной пойменно-луговой почве – 10-12 мг/кг, тогда как в почвах
степной зоны – 20-34 мг/кг.
Недостаточное
содержание меди в кормовых растениях Джидинского, Заиграевского, Кижингинского
районов является причиной отмечаемого здесь И.И. Жарниковым (1971) заболевания
сельскохозяйственных животных энзоотической атаксией, выражаемой в нарушении гемопоэза,
дистрофическими изменениями в центральной нервной системе, ухудшении качества
волосяного покрова. Болезнью чаще всего поражаются овцы, особенно ягнята.
Заболевания отмечают также у крупного рогатого скота, свиней и других животных.
Наблюдений по выявлению заболеваний животных, связанных со значительным
дефицитом меди в растительности кормовых угодий Прибайкальского и Кабанского районов,
не проводилось. Исходя же из исключительно низкой обеспеченности кормовых
растений этим жизненно важным микроэлементом, можно предположить, что животные
этих районов страдают гипокупорозом. Необходимы специальные исследования в этом
направлении и разработка приемов по устранению недостатка меди в кормах прежде
всего путем применения медных удобрений в растениеводстве.
Накопление меди
в растительности на единицу площади зависит
в первую очередь от биологической продуктивности. В степной
растительности, продуктивность которой в 6-11 раз ниже, чем луговой, количество
меди составляет 2,0-5,7 г/га, в луговой – 12,7-48,1 г/га.
Никель. Содержание никеля в степной
растительности варьировало от 0,29 до 1,22 мг/кг при среднем значении 0,73
мг/кг (табл. 3.15). Наименьшее содержание никеля (0,29 мг/кг) отмечено в
злаковой растительности с. Тохой Селенгинского района, а наибольшее (1,22
мг/кг) – в осоково-холоднополынной с. Иволгинск Иволгинского района. В разнотравной
растительности наблюдалось среднее количество никеля – 0,44-0,62 мг/кг. Накопление
никеля в надземной биомассе степной растительности в период ее наибольшей продуктивности
достигало 0,13-1,17 г/га, в среднем 0,53 г/га.
Количество
никеля в луговой растительности изменялось в пределах от 0,23 до 1,44 мг/кг и в
среднем составляло 0,63 мг/кг. В осоковой растительности низинных лугов накапливалось
никеля больше (0,89 мг/кг), чем в злаковой и разнотравной (0,51-0,53 мг/кг) настоящих
и остепненных лугов. Наиболее часто встречаемые концентрации никеля в луговой
растительности находились в пределах 0,35-0,80 мг/кг (75% от всего количества
определений). В связи с более высокой урожайностью подземной биомассы
накопление никеля в луговой растительности на единицу площади достигало 1,0-7,8
г/га, в среднем 2,76 г/га, что в 5,2 раза выше, чем в степной.
Содержание
никеля в надземной биомассе растений культурных посевов изменялось от 0,23 до
1,75 мг/кг, в среднем равно 0,70 мг/кг. Это самые значительные колебания содержания
никеля по сравнению с луговыми и степными фитоценозами. Они обусловлены тем,
что посевы культурных растений расположены на всех изучаемых нами типах почв,
тогда как луга занимают аллювиальные почвы, а степи в основном каштановые
почвы. Наиболее часто встречаемые количества никеля в культурной растительности
– от 0,25 до 0,70 мг/кг (70% от всех определений). Накопление никеля на единицу
площади посева агроценозов достигало 0,53-3,27 г/га, в среднем 3,56 г/га, что в
6,7 раза выше, чем в степной растительности.
Пределы
колебаний нормальных концентраций никеля в растениях по современным
представлениям равны 0,4-3,0 мг/кг, в среднем 1,7 мг/кг (Минеев, 1988), а
среднее содержание в растительности континентов – 2,0 мг/кг (Добровольский,
1983). У животных, получавших корма с содержанием никеля >3,0 мг/кг в
техногенных или природных никелевых провинциях, отмечались снижение
продуктивности, нарушение обмена веществ вплоть до выраженных признаков эндемических
заболеваний. К ним относятся отсеодистрофия, рахит, дерматиты,
гастроэнтероколиты, заболевания глаз (Малахов и др. 1990).
Исходя из этих
норм, можно отметить в целом низкое содержание никеля в растительности кормовых
угодий Забайкалья. Это может быть обусловлено несколькими причинами: низким
содержанием никеля в почвах, слабой биологической доступностью его для растений
и барьерностью растительных тканей к этому элементу.
Хром. Содержание хрома в укосах надземной биомассы степной,
луговой и культурной растительности характеризуется значительной неоднородностью и варьирует в пределах 0,65-3,10
мг/кг (табл. 3.16). Максимальное количество превышает минимальное в 4,9 раза.
Тем не менее эта величина намного ниже, чем, например, для бора (21,3 раза) или
марганца (9,8 раза), которые особенно отличались высоким накоплением в
растительности низинных избыточно увлажняемых лугов. Для хрома таких резких
отличий в содержании в растительности в зависимости от экологических факторов
не отмечено. Большинство определений хрома на ключевых площадках – 57 из 64
(89%) находится в пределах от 1,1 до 3,0 мг/кг, из них от 1,1 до 2,0 мг/кг – 38
(59%).
Среднее содержание хрома в степной
растительности составляет 2,04, в луговой – 1,18-1,98, в культурной – 1,36-2,28
мг/кг. Возрастающий ряд содержания хрома в укосах различных видов
растительности в относительных единицах представляется следующим образом:
луговая злаковая (1,0) – культурная злаковая (1,2), культурная бобовая и
луговая разнотравная (1,5) – луговая осоковая низинных лугов и степная
разнотравная (1,7) – культурная – рапс (1,9). Эти данные показывают, что
содержание хрома в различных типах растительности невысокое и различается
незначительно, что может свидетельствовать о барьерных механизмах, ограничивающих
поглощение и накопление хрома степными,
луговыми и культурными растениями.
Среднее содержание хрома во всей совокупности
изученной растительности равно 1,73 мг/кг. Сопоставление со средним содержанием
хрома в растительности континентов (1,8 (Добровольский, 1983)), нормой (0,4-0,6
(Лебедев, 1990)), интервалами
критических концентраций (1-2 (Ильин, 1987)) и токсичным количеством (5 мг/кг
(Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989)) показывает, что его содержания в
растительности кормовых угодий региона находятся в пределах этих величин, что
говорит о нормальной обеспеченности растительности этим элементом.
Накопление хрома в надземной биомассе степных, луговых и культурных фитоценозов на единицу площади и вынос его урожаем находится в прямой тесной зависимости прежде всего от биологической продуктивности и в меньшей степени от уровня его содержания в растениях. Так, в степной растительности, урожай надземной массы которой в 5,4-7,0 раз ниже, чем луговой и культурной, накопление хрома составляло 1,6 г/га, а в луговой осоковой 10,8 г/га. В относительных величинах накопление хрома можно представить в виде следующего ряда: степная растительность (1,0) – луговая злаковая (3,1) – культурная злаковая (4,4) – луговая разнотравная (5,5) – луговая осоковая (6,8). Это свидетельствует о том, что вовлечение хрома в биологическую миграцию надземной части в луговых и агроценозах в 3-7 раз выше, чем в малопродуктивных степных фитоценозах.
Таким образом,
количество ТМ в растениях определяется физико-химическими свойствами элементов,
их физиологической ролью в метаболических процессах, таксономической
принадлежностью растений и ландшафтно-геохимическими условиями миграции
элементов. По абсолютному содержанию в растениях изученные элементы располагаются
в следующем порядке Zn > Cu > Cr > Pb > Ni.
Фоновый уровень в растительности кормовых угодий составляет (мг/кг
воздушно-сухой массы) для Zn – 20,5, Cu –
4,7, Cr – 1,74, Pb – 0,93, Ni – 0,65. Формула
геохимической специализации этих элементов в растительности (по отношению фонового
содержания элемента к его среднему количеству в растительности континентов)
представляется в таком виде: Cr0,97Cu0,47Pb0,37Ni0,33Zn0,24. Она свидетельствует о том,
что региональной особенностью является пониженное в 4,2 раза содержание в
растительности цинка, в 3 никеля, в 2,7 – свинца, в 2,1 – меди и на уровне
среднего мирового содержание хрома.
Биогенная
миграция ТМ в ландшафтах определяется прежде всего продуктивностью растительных
сообществ и в меньшей степени уровнем их содержания. Она наиболее интенсивна в
луговых и культурных фитоценозах, характеризующихся наибольшей продуктивностью
биомассы, и наименее – в малопродуктивных степных ландшафтах.
Растительность кормовых угодий в большинстве случаев недостаточно обеспечена цинком, медью и никелем и содержит в пределах экологических нормативов свинец и хром.