Селен в черноземе выщелоченном

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.8:546.711

ФГБОУ ВПО «Кубанский ГАУ»

Селен в черноземе выщелоченном

Шеуджен А.Х.

Аканова Н.И.

Краснодар, Россия

Согласно современной биогеохимической классификации химических элементов, предложенной А.Х. Шеудженом [14] селен является микроэлементом минерального питания растений. Это важный аспект агрохимической оценки его содержания в почве, особенно в условиях повышения интенсификации земледелия за счет применения минеральных удобрений и агрохимических средств.

В химическом отношении селен является аналогом серы, находясь с ней в главной подгруппе VI группы элементов. Для селена характерны степени окисления - 2, + 4, + 6; он образует диоксид SeO2 и триоксид SeO3, соответственно селенистую H2SeO3 и селеновую кислоты H2SeO4 (соли - селениты и селенаты). Селенистая кислота слабая, ее константы диссоциации К1 = 2·10-3 и К2 = 5·10-9. Селеновая кислота сильная, степень ее диссоциации близка к степени диссоциации серной кислоты. Селениты щелочных металлов хорошо растворимы, другие селениты имеют низкую растворимость. Селенаты, как правило, хорошо растворимы в воде. Для содержания селенатов в воде установлен ПДК 0,2 мг/м3 в расчете на селен. Соли слабой селеноводородной кислоты H2Se - селениды - сходны по своим свойствам с сульфидами. Для селена характерно также образование селеноорганических соединений, содержащих связь - Se - С; в их числе различают следующие основные классы: 1) селенолы; 2) селениды; 3) селенониевые соединения; 4) селеноальдегиды и селенокетоны; 5) моно- и дисенокарбоновые кислоты; 6) селеносодержащие аминокислоты;7) гетероциклические соединения селена. В биосфере встречаются немногие их них. Допускается, вероятным, и присутствие в почве элементарного селена [9].

Источником селена для биосферы служат изверженные породы, вулканические дымы, гидротермы, поэтому в районах современного и древнего вулканизма почвы и осадочные породы нередко им обогащены [1]. Селен содержится в сульфидных рудах, ураново-молибденовых и серных месторождениях. Обнаруживается он в комплексе с фосфоритами, свинцом, цинком, ртутью, серебром и медью [2,11,14].

В магматических породах содержание селена низкое (таблица 1; [7,10,17]). Его количество в них не превышает 0,05 мг/кг.

Таблица 1 - Содержание селена в магматических и осадочных породах, мг/кг

Наибольшее содержание селена обнаруживается в осадочных породах, где он связан с глинистой фракцией, и поэтому наименьшие его концентрации отмечаются в песчаниках и известняках.

Содержание селена в почвах различных генетических типов изменяется в широких пределах. Его количество ниже в почвах, сформированных на вулканических породах. В среднем оно составляет 0,2-0,6 мг/кг. В почвах, сформированных на осадочных породах, содержание селена часто находится в пределах 4,5-5,0 мг/кг и в зависимости от условий формирования широко меняется, достигая иногда 100 мг/кг. Преимущественно это щелочные почвы, концентрация селена в почвенном растворе которых составляет 10-6 молей [11,15,16].

Содержание селена в большинстве почвенных типов Российской Федерации и стран ближнего зарубежья изменяется в пределах 0,01-1,0 мг/кг. Более обогащенными являются пойменные, каштановые почвы, черноземы и сероземы (0,3-1,0 мг/кг), тогда как дерново-подзолистые и песчаные почвы относительно обеднены (0,05-0,2 мг/кг) [1,6,19].

Биогеохимический мониторинг отдельных регионов Российской Федерации выявил зоны с дефицитом селена. Почвы с различным уровнем недостатка его выявлены в Нечерноземной зоне Европейской части России, Южном Урале и Удмуртии. Потенциально такой же биогеохимической провинцией является юго-запад Карелии. Провинции селенодефицита установлены в Забайкалье. Отдельные очаги недостатка данного элемента выявлены на Северном Кавказе, в Ярославской области и лесостепной зоне. В предкавказских черноземах валового селена содержится 0,01-0,03 мг/кг. Выявлена также азональная биогеохимическая провинция с избытком селена в Уюгской и Барыкской долинах Тувы. Биогеохимическое обследование Рязанской и Московской областей, а также территорий, расположенных на северо-запад от Московской области вплоть до Архангельской включительно, показало, что валовое содержание селена в почвах колеблется в пределах 61-729 мкг/кг. Наибольшие концентрации микроэлемента (524-727 мкг/кг) определены в торфянистых, болотных, оглеенных и образованных на карбонатных породах почвах. Повышенная концентрация (608 мкг/кг) селена обнаружена в почве, обогащенной окислами железа [6.11.12].

Почвы по содержанию селена делятся на три класса [9]:

1) почвы с токсичными уровнями содержания селена (карбонатные, щелочные почвы, в которых селен находится в форме селенатов);

2) почвы не токсичные по селену (кислые почвы, обогащенные железом, и содержащие селен в количествах 1-15 мг/кг);

3) почвы с низким содержанием селена (почвы на изверженных породах и молодых вулканических отложениях).

Селен в почвах представлен селенидами (Se2-), элементным селеном (Se0), селенитами (SeO32-), селенатами (SeO42-) и органическими соединениями, преимущественно в окисленной форме (белки и аминокислоты растительных остатков). Наличие химических форм неорганического селена в почвах определяется величиной рН и окислительно-восстановительного потенциала [5,15]. В аэрируемых и щелочных почвах элемент бывает преимущественно в форме селенатов, в кислых почвах влажных районов с низким окислительно-восстановительным потенциалом - в форме селенитов или даже селенидов (при восстановлении элементного селена). Наиболее высоко окисленные формы - селениды и селенаты (в основном селенаты) - считают доступными для растений [11].

Антропогенное воздействие, в первую очередь связанное со сжиганием ископаемого топлива, резко увеличивает долю атмосферного селена таким образом, что последний, наряду с депонированными в земле формами, становится важным источником этого микроэлемента для растений. Однако далеко не весь селен почвы доступен для растений. Так, в кислых, сильно заболоченных почвах биодоступность микроэлемента низка, хотя общее содержание может быть и значительным. Здесь большое значение имеет образование нерастворимых комплексов четырехвалентного селена с железом. В аэробных щелочных условиях преобладающая часть селена находится в окисленной форме (Se6+) и легко доступна для растений [12,13].

Существует определенная связь содержания доступного растениям селена с почвенной зональностью. Так, концентрации подвижного селена в нативных почвах лесостепной зоны - 0,180, предгорной - 0,296, горной - 0,417 мг/кг, т. е. в почвах горной зоны в 2,3 раза, а в предгорной - в 1,6 раза больше подвижного селена по сравнению с зоной лесостепи [6,11,12].

При изучении форм нахождения и трансформации соединений селена в почвах рекомендуют обратить внимание на следующие моменты [7,16,17]:

- в кислых глеевых почвах и в почвах с высоким содержанием органического вещества преобладают селениды и сульфиды селена, которые малоподвижны и поэтому труднодоступны для растений.

- в хорошо дренируемых минеральных почвах, рН которых близок к нейтральному, доминируют исключительно селениты, при этом селениты щелочных минералов растворимы, а селениты железа нерастворимы. Кроме того, селениты активно фиксируются гидроксидами и оксидами железа и поэтому труднодоступны для растений.

- в щелочных и хорошо аэрируемых почвах имеют место селенаты. Они легкорастворимы, слабо фиксируются оксидами железа и достаточно подвижны, что делает их доступными для растений.

Содержание соединений селена в биосфере и его трансформация обусловлены следующими факторами [9]:

1) окислительно-восстановительные условия и рН, от которых зависят формы минеральных и частично органических соединений селена;

2) деятельность микроорганизмов и высших растений, накапливающих селен или трансформирующих его соединения в летучие органические формы; селен почва удобрение чернозем

3) адсорбция, влияющая на закрепление соединений селена в почвах и породах;

4) миграция с водными потоками, включающая выщелачивание в гумидных ландшафтах и аккумуляцию при соленакоплении в аридных областях.

Анализ диаграммы растворимости показывает, что в интенсивно окислительной среде (ре + рН > 15,0) преобладает SeO42- как в кислых, так и в щелочных почвах. При ре + рН = 7,5-15,0 наибольшее значение имеют как НSeO3-, так и SeO32-, но НSeO3- должен преобладать в кислых почвах, а SeO32- - в щелочных. В интенсивно восстановительной среде (ре + рН менее 7,5) должен преобладать НSe-, и только в очень сильнокислой среде вклад Н2Se в общую концентрацию селена в растворе может быть значительным. Анион Se2- присутствует в очень малых количествах и не имеет существенного значения для большинства почв.

На сегодняшний день нет единой универсальной классификации форм селена в почве. Предлагаемые исследователями вытяжки для извлечения той или иной формы микроэлемента существенно различаются. В нашей стране наибольшей популярностью пользуется методика, разработанная В.В. Ермаковым и В.В. Ковальским [6], согласно которой весь селен почвы делится на пять фракций: первая - растворимая в K2SO4, представленная органическими соединениями, селенатами и селенитами; вторая - сорбированные селениты, извлекаемые методом изотопного обмена; третья - формы селена, извлекаемые HCl и NH4OH (без идентификации); четвертая - органические соединения селена, растворимые в NH4OH; пятая - элементарный селен и селениды, извлекаемые азотной кислотой.

Для растений и животных селен ядовит, его соли опаснее солеей As, но в малых количествах он необходим для жизни. Микроорганизмы, аналогичные серобактериям, окисляют элементарный селен до селенитов (Se0 > SeO32-). В целом биофильность селена высокая: лишь в 2 раза меньше, чем у серы (превышает бирофильность К и Са) [1].

Общее содержание селена в растениях зависит от типа почвы, величины рН, окислительно-восстановительного потенциала, запасов селена в почве, осадков, температуры окружающей среды и от фазы роста и развития самого растения. Основной фактор - кислотность почвы. Обычное среднее содержание элемента в растениях на щелочных почвах составляет 0,01-10,0 мг/кг сухой массы, на кислых почвах определяется от «следовых» количество до 0,2 мг/кг. На почвах с низким содержанием селена установлена высокая эффективность селеновых удобрений [3,4,5,11].

Недостаток селена в почве приводит к нарушению обмена веществ у растений и снижает их продуктивность. Однако, из-за узкого диапазона между дефицитом и токсическим количеством его для растений, применение селеновых удобрений должно строго базироваться на данных агрохимических анализов почвы на содержание элемента.

Цель исследований - оценка и прогноз селенового статуса чернозема выщелоченного в условиях агрогенеза.

Методика. Исследования проводились после завершения третьей ротации 11-польного зерно-травяно-пропашного севооборота стационарного опыта кафедры агрохимии Кубанского госагроуниверситета учебного хозяйства «Кубань», расположенного в Центральной агроклиматической зоне Краснодарского края.

Для выявления действия системы удобрения севооборота на содержание селена в почве с неудобренного и ежегодно удобряемого варианта (за три ротации севооборота было внесено N1740P1740K1160) с каждой повторности опыта отбирали почвенные образцы из пахотного 0-20 см и подпахотного 21-40 см слоя. Селене в почве определяли флуориметрическим методом с использованием 2,3-диаминонафталина.

Результаты исследований. Валовое содержание селена в черноземе выщелоченном зависело от условий агрогенеза (таблица 2).

Таблица 2 - Содержание селена в черноземе выщелоченном

Количество селена было больше в неудобренной за три ротации 11-польного зерно-травяно-пропашного севооборота почве. В систематически удобряемой почве за 33 года валовое содержание элемента снизилось на 5,9 % в пахотном и 3,4 % - подпахотном слое. Видимо под воздействием вносимых на полях севооборота минеральных удобрений, почвенные запасы селена интенсивнее вовлекались в биологический круговорот. Поступление селена в виде примеси с минеральными удобрениями не компенсируется его отчуждением с полей возросшими урожаями сельскохозяйственных культур.

В отношение водорастворимых соединений селена в почве в условиях агрогенеза наблюдается другая обстановка. Под воздействием минеральных удобрений для водорастворимого селена в валовом его содержании возросла на 1,2 % в пахотном и 1,5 % - подпахотном слое. Иными словами, при систематическом применение подвижность селена возрастает, т.е. «расставание» почвы с этим элементом.

Заключение

Систематическое применение минеральных удобрений на полях зернотравянопропашного севооборота ведет к снижению валового содержания селена в черноземе выщелоченном. Удобрения способствуют повышению подвижности этого элемента и более интенсивному вовлечению его в биогеохимический круговорот химических элементов.

Литература

1. Башкин В.Н. Биогеохимия / В.Н. Башкин. - М.: Высшая школа, 2008. - 423 с.

2. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах / А.П. Виноградов. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 238 с.

3. Денисенко Д.В. Влияние селеновых удобрений на урожайность и качество зерна риса / д.В. Денисенко, О.А. Машонина, А.Х. Шеуджен / Удобрения и урожай. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2005. С. 353-355.

4. Денисенко Д.В. Отзывчивость риса на селеновые удобрения / Д.В. Денисенко, А.Х. Шеуджен // Энтузиасты аграрной науки. - Краснодар: КубГАУ, 2004. Вып. 3. С. 46-52.

5. Денисенко Д.В. Перспективы применения селеновых удобрений в рисоводстве / Д.В. Денисенко, А.Х. Шеуджен // Энтузиасты аграрной науки. - Краснодар: КубГАУ, 2004 . Вып. 3. С. 53-60.

6. Ермаков В.В. Биологическое значение селена / В.В. Ермаков, В.В. Ковальский. - М.: Наука, 1974. - 300 с.

7. Кабата-Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях / Х. Кабата-пендиса, Х. Пендиас. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

8. Ковда В.А. Микроэлементы в почвах Советского Союза / В.А. Ковда, И.В. Якушевская, А.Н. Тюрюканов. - М.: МГУ, 1959. - 67 с.

9. Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская. - М.: Высшая школа, 2002. - 334 с.

10. Перельман А.И. Геохимия / А.И. Перельман. - М.: Высшая школа, 1989. - 528 с.

11. Постников А.В. Новое в использовании селена в земледелии / А.В. Постников, Э.С. Илларионова. - М.: ВНИИТЭИагропром, 1991. - 44 с.

12. Торшин С.П. Биогеохимия и агрохимия селена и методы устранения селенодефицита в пищевых продуктах и кормах // С.П. Торшин, Т.М. Удельнова, Б.А. Ягодин // Агрохимия. 1996. № 8-9. С. 127-143.

13. Тутельян В.А. Селен в организме человека: метаболизм антиоксиданстные свойства, роль в канцерогенезе / В.А. Тутельян, В.А. Княжев, С.А. Хотимченко, Н.А. Голубикина, Н.Е. Кушлинский, Я.А. Соколов. - М.: Изд-во РАМН, 2002. - 224 с.

14. Шеуджен А.Х. Биогеохимия / А.Х. Шеуджен. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2003. - 1028 с.

15. Шеуджен А.Х. Агрохимия и физиология питания риса / А.Х. Шеуджен. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2005. - 1012 с.

16. Шеуджен А.Х. Агрохимия / А.Х. Шеуджен, В.Т. Куркаев, Н.С. Котляров. - Майкоп: Изд-во «Афиша», 2006. - 1075 с.

17. Шеуджен А.Х. Агробиогеохимия / А.Х. Шеуджен. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - 877 с.

18. Шеуджен А.Х. Биогеохимия селена / А.Х. Шеуджен, Т.Н. Бондарева, И.А. Лебедовский // Энтузиасты аграрной науки. - Краснодар: КубГАУ, 2013. Вып. 15. С. 242-258.

19. Шеуджен А.Х. Агрохимия селена / А.Х. Шеуджен, Е.А. Яковлева, А.Ю. Хуако // Энтузиасты аграрной науки. - Краснодар: КубГАУ, 2013. Вып. 15. С. 259-268.

Аннотация

Содержание селена в почвах различных генетических типов изменяется в широких пределах. Его количество ниже в почвах, сформированных на вулканических породах. В среднем оно составляет 0,2-0,6 мг/кг. В почвах, сформированных на осадочных породах, содержание селена часто находится в пределах 4,5-5,0 мг/кг и в зависимости от условий формирования широко меняется, достигая иногда 100 мг/кг. Преимущественно это щелочные почвы, концентрация селена в почвенном растворе которых составляет 10-6 молей. Содержание селена в большинстве почвенных типов Российской Федерации и стран ближнего зарубежья изменяется в пределах 0,01-1,0 мг/кг. Более обогащенными являются пойменные, каштановые почвы, черноземы и сероземы (0,3-1,0 мг/кг), тогда как дерново-подзолистые и песчаные почвы относительно обеднены (0,05-0,2 мг/кг). Систематическое применение минеральных удобрений на полях севооборота ведет к снижению валового содержания в черноземе выщелоченном. Удобрения способствуют повышению подвижности этого элемента и более интенсивному вовлечению его в биологический круговорот

Ключевые слова: ЧЕРНОЗЕМ ВЫЩЕЛОЧЕННЫЙ, СЕВООБОРОТ, СЕЛЕН

The content of selenium in the soils of various genetic types varies widely. Its amount is lower in soils formed on volcanic rocks. On average, it is 0.2-0.6 mg/kg. In the soils formed on sedimentary rocks, the content of selenium is often in the range of 4.5-5.0 mg/kg and depending on the conditions of formation it varies widely, sometimes reaching 100 mg/kg. Predominantly they are alkaline soils, selenium concentrations in the soil solution is 10-6 moles. The content of selenium in most soil types of the Russian Federation and CIS countries varies in the range of 0.01-1.0 mg/kg. Floodplain, chestnut soils, black soils and gray soils are more enriched (0.3 to 1.0 mg/kg), whereas sod-podzolic and sandy soils are relatively depleted (0,05-0,2 mg/kg). Systematic application of mineral fertilizers on the fields of crop rotation leads to a decrease in total content in the leached black soil. Fertilizers contribute to increased mobility of this element and more intensive involvement of it in the biological cycle

Keywords: LEACHED BLACK SOIL, CROP ROTATION, SELENIUM

Размещено на Allbest.ru