Тяжелые металлы в почвах степных экосистем Западного Забайкалья

Размещено на http://allbest.ru

12

Тяжелые металлы в почвах степных экосистем Западного Забайкалья

Г.Д. Чимитдоржиева, Е.А. Бодеева, Э.О. Чимитдоржиева

Аннотация

Представлены результаты экспериментальной работы по исследованию трансформационного потока тяжелых металлов: меди, цинка, никеля и свинца из почвообразующих пород в каштановые почвы, далее в целинный травостой и гумусовые вещества.

Почвообразующими породами служат делювиальные и делювиально-пролювиальные отложения, а также отложения песков и галечников, которые в результате их выветривания, перемещения и переотложения обусловливают неодинаковый гранулометрический, минералогический и химический состав пород, отражаясь на составе почвенного покрова.

Каштановые почвы характеризуются засушливым климатом, долгим пребыванием в мерзлом состоянии, низкой биопродуктивностью, маломощностью, легким гранулометрическим составом, низкогумусностью. Для экстракции гумусовых веществ использовали метод Гримме. Определение содержания микроэлементов проводили атомно-абсорбционным методом с прямой электротермической атомизацией проб.

Тяжелые металлы определялись на атомно-абсорбционном спектрофотометре - AAS-15 Perkin Elmer. Выявлено, что вследствие обедненности пород медью и никелем их в почвах мало, а цинка и свинца больше, что соответственно отражается на растительности и гумусе.

Ключевые слова: тяжелые металлы, почвообразующие породы, растительность, каштановые почвы, гумусовые вещества, Западное Забайкалье.

Введение

Тяжелые металлы (ТМ), некоторые из которых относятся к микроэлементам (МЭ), содержатся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, водах, растительных и животных организмах, в воздухе, некоторые из которых являются жизненно важными элементами. К основным источникам загрязнения относятся: аэральное, гидрогенное, с осадками, от сточных вод, с золой, с разливами нефти и т.д., а также литогенное. Поступление их в окружающую среду зависит от многих факторов, в первую очередь поступают высоко кларковые элементы (Водяницкий, 2017). Влияет еще и характер технофильности элементов, в котором Pb занимает 4 место, Cu - 8, Zn - 10 и чуть пониже Ni. Среди средне кларковых элементов свинец наиболее технофилен. Почва - основной источник микроэлементов, поступающих в пищевые цепи, где ТМ участвуют во всех почвенных биохимических процессах накопления, трансформации, переноса веществ и энергии. В почвах нормирование загрязненности почв основано на концепции ПДК и на токсикологическом подходе. Однако количество ТМ в почвах зависит от их содержания в подстилающих горных породах, которые в свою очередь определяются наличием в них минералов-носителей и минералов-концентраторов. По современной классификации значимости ТМ для живых организмов элементы определяются на жизненно необходимыме - Cu, Zn; условно необходимыме - Ni и потенциально токсичные - Pb (Ребров, Громова, 2008). Поэтому экологическому контролю должны подлежать как физиологически значимые, так и другие, потенциально токсичные, микроэлементы (Gong et al., 2019).

Большое экологическое значение имеют потенциально токсичные и малоизученные микроэлементы, которые также участвуют в биологическом круговороте - в обмене организмов с окружающей средой (Одум, 1986). Известно, что ТМ в почвах снижают биологическую активность (Yang et al., 2006; Терехова, 2021). Различные виды растений характеризуются избирательной способностью в накоплении ТМ, что обусловлено их биологическими особенностями (Кальницкий, 1987). Накопление ТМ в растительности зависит от количества загрязняющих веществ и биологических особенностей видов растений (Минкина и др., 2018). Геохимические особенности закрепления и распределения элементов по формам соединений обусловливаются буферной способностью почв, химическими свойствами самих элементов и сопряженностью с источниками техногенной эмиссии (Минкина и др., 2016). Низкая биологическая продуктивность степных фитоценозов вовлекает микроэлементы в биогенную миграцию надземной фитомассы на 1 -2 порядка меньше в сравнении со средним захватом их годовым приростом растительности суши (Кашин, Убугунов, 2020).

В почвах, как первым, так и завершающим звеном в круговороте химических элементов является гумус, который не только аккумулирует энергию и вещества, но и, разлагаясь, высвобождает новые синтезированные органические соединения для питания микроорганизмов и растений. Поведение металлов в почвах (закрепление, перераспределение, высвобождение) является одной из основных актуальных задач при изучении их трансформации из породы в почву, растения и гумусовые вещества. Содержание микроэлементов в растениях и их взаимосвязей с почвенным гумусом как важный фактор функционирования степных экосистем изучен весьма слабо. Отсюда целью работы являлось определить степень накопления Си, Zn, Ni, Pb в цепи: почвообразующая порода ^ почвы ^ растительность (надземная масса, корневая часть) ^ гумусовые вещества (гуминовые кислоты, фульвокислоты, негидролизуемый остаток гумуса (НО).

Материалы и методы

Объектами исследований послужили каштановые (Kastanozems) почвы (Классификация ..., 2004), которые являясь самыми восточными на территории России, располагаясь в котловинах между гор, занимают предгорно-теневую и центральную наиболее прогреваемую и континентальную части днищ. Следует отметить, что эти почвы подвергаются дефляционным процессам. В настоящее время это негативное явление усугубляется глобальным изменением климата, усиливающим темпы аридизации.

Почвообразующие породы в межгорных котловинах и у горных кряжей, обусловленные сложным происхождением представляют большую пестроту четвертичных отложений в виде легких суглинков, супесей и песков различного генезиса. Дефицит влаги в каштановых почвах является основным фактором, лимитирующим биологическую активность, трансформацию органического вещества и, в конечном итоге, урожай сельскохозяйственных культур. Растительный покров забайкальских степей имеет своеобразную ксерофильность, что видно по широкому распространению растений-подушек, растений-куртинок, проникновению арктоальпийских видов (астра альпийская, эдельвейс сибирский и др.), наряду с сохранившимися доледниковыми реликтами (бересклет священный, ильм низкий и др.). Эдификаторами сухой степи являются полыни (Artemisia frigida Латинские названия растений приводятся по работе С.К. Черепанова (1995)., Artemisia gmelinii и др.), тонконог стройный (Koeleria cristata), типчак ленский (Festuca cristatum), осока твердоватая (Carex duriuscula) и др. Таким образом, под сухостепной растительностью в условиях резко континентального климата под влиянием длительной сезонной мерзлоты и ограниченного количества осадков (180-250 мм/год) формируются каштановые почвы легкого гранулометрического состава. Они характеризуются в регионе наибольшей суммой температур вегетационного периода (1700-1800°С) и наибольшей длиной безморозного периода (106-116 дней), отсюда их считают самыми теплообеспеченными почвами в регионе. Экстрааридность климата способствует формированию здесь ксерофитной растительности, характеризующейся низкорослостью, разреженностью травостоев (проективное покрытие различных сообществ варьирует от 25% до 60%) и низкой биологической продуктивностью. Надземная масса определена методом укоса без разделения растений на виды. Корни учтены методом почвенных монолитов 25 х 25 см на глубине 0-20 см. Органический углерод почв и растений определен на автоматизированном элементном анализаторе CNHS/О Perkin Elmer в лаборатории биохимии почв ИОЭБ СО РАН. Для экстракции гумусовых веществ (ГВ) использовали метод Гримме (Степанова, 1976). Навески почв, не содержащие растительных остатков, подвергали многократной обработке смесью 0.5н NaOH с 0.01 М ЭДТА ЭДТА - этилендиаминтетрауксусная кислота. до обесцвечивания раствора над почвой после центрифугирования. После того, как извлечение ГВ смесью NaOH и ЭДТА прекращалось, навеску почвы обрабатывали сначала 0.01н. HCl, затем ШОдист. до получения бесцветного раствора. Экстракты объединяли и доводили до определенного объема. Две трети объема раствора брали для осаждения ГК, которое проводили в течение 24 ч при рН = 1.5-2 и температуре 80°С. После центрифугирования и промывания осадок гуминовых кислот (ГК) растворяли с помощью 0.02н. NaOH. Фильтрат после осаждения ГК, отнесли к группе фульвокислот (ФК). В 200 мл вытяжки по Гримме и отдельно в 100 мл ГК и ФК после выпаривания на водяной бане и озоления осадков смесью H2SO4 и HCIO4, растворения в горячей воде и доведения объема до 100 мл, определяли микроэлементы. В негидролизуемом остатке количество микроэлементов определяли по разнице между их содержанием в гумусовых веществах и суммой элементов в ГК и ФК. Определение содержания микроэлементов проводили в зольном остатке после деструкции органической основы растительных проб в муфеле с постепенным подъемом температуры до 480°С в сертифицированном на техническую компетентность Аналитическом центре Республики Бурятия: Cu, Zn, Ni, Pb - атомноабсорбционным методом с прямой электротермической атомизацией проб. ТМ определялись на атомно - абсорбционном спектрофотометре - ААS-15 Perkin Elmer (ИОЭБ СО РАН). В почвах определяли валовое содержание микроэлементов, поскольку в почвенно-геохимических исследованиях основная доля информации получается в основном за счет их валовых содержаний. Сбор полевых материалов производили в фазу цветения растений доминантов на пробных площадках 100 х 100 м в соответствии с методическими рекомендациями, основанными на принципах изучения биологического круговорота (Базилевич, 1993). Большой интерес представляет микроэлементный состав не отдельных видов растений, а суммарных фитоценозов с определенной площади. Поэтому для учета продуктивности надземной массы, содержания и выноса ею микроэлементов срезали растения на уровне 1.5-2 см от поверхности почвы с площади 1 м2 в 4-5-кратной повторности. Одновременно с взятием проб растительности отбирали пробы почв в полиэтиленовые пакеты из корнеобитаемого слоя (0-20 см).

О взаимосвязи элементов в системе «растение - почва» судили по величине коэффициента биологического поглощения (КБП; Добровольский, 2003) - отношения содержания элементов в золе растений к их валовому содержанию в почве. КБП отражает потенциальную биогеохимическую подвижность элементов в почве. Статистическая обработка результатов проведена стандартными методами с использованием программы Microsoft Excel. Парные коэффициенты корреляции рассчитаны между содержаниями микроэлементов: 1) в породе - почве; 2) в почве-растительности (надземная и корневая массы); 3) в почве - гумусовых веществах (гуминовых кислотах, фульвокислотах и негидролизуемом остатке), результаты которых показали прямую значимую связь для всех элементов.

Результаты и обсуждение

Основу почвенного покрова сухих степей составляют формирующиеся в жестких условиях увлажнения, типичные маломощные каштановые почвы, с содержанием гумуса - 2.2-2.7% (Чимитдоржиева, 2017), супесчаного или легкосуглинистого гранулометрического состава (содержание физической глины 15-23%) со слабой водоудерживающей способностью и низкой влагоемкостью, с кислотностью почв близкой к нейтральной рН = 6.7-6.8, с низкой суммой поглощенных оснований -17-18 мг-экв. на 100 г почвы (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика каштановых почв.

Примечание к таблице. 17.5* - емкость поглощения.

Приводим морфологические описания разрезов, сделанных в разных котловинах, из которых дана аналитическая характеристика почв и определены содержания ТМ со статистической обработкой. Разрез 4бч. Республика Бурятия, Удинская котловина, 51° 43' 60" с.ш., 108° 20' 40" в.д., высота 739 м н.у.м., с. Ацагат. Растительность: змеевка растопыренная (Cleistogenes squarrosa), житняк гребенчатый (Agropyron cristatum), мятлик кистевидный (Poa botryoides), лапчатка бесстебельная (Potentilla acaulis), остролодочник остролистный (Oxytropis oxyphylla), лук полевой (Allium odorum), осока твердоватая (Carex duriuscula), полынь холодная (Artemisia frigida) и карагана алтайская (Caraganapygmaea). Проективное покрытие 40-50%.

Почвенные горизонты:

А 0-21 см. Буровато-желтая супесь, непрочнокомковатая, сухая, плотная, обильно пронизана корнями, каменистая, переход в нижележащий горизонт неравномерный, неясный по цвету.

В1 21-36 см. Буровато-коричневая супесь, непрочнокомковатая, сухая, пронизана мелкими корнями, встречаются вкрапления карбонатов, каменистый переход к нижнему горизонту по вскипанию от НС 1.

Вк 36-52 см. Буровато-желтая супесь, непрочнокомковатая, каменистая, присутствуют карбонаты в виде белесых пятен, бурно вскипает от НС1, сухая, нижняя сторона структурных отдельностей покрыта белесой карбонатной пропиткой, снизу горизонта крупные рыхлые включения сизозеленого цвета.

Ск 52-75 см. Буровато-коричневая супесь, бесструктурная, карбонатные пятна бурно вскипают от НС1, сухая, горизонт подстилают крупные камни скальных пород.

Почвообразующая порода: элювиальные супеси (Четвертичная система, верхнечетвертичные отложения).

Разрез 5бч. Республика Бурятия, Иволгинская падь, п. Тапхар, 51° 43' 60" с.ш., 107° 22' 00" в.д., высота 815 м н.у.м.

Растительность: ковыль Крылова (Stipa krylovii), люцерна серповидная (Medicago falcato), житняк гребенчатый (Agropyron cristatum), лапчатка бесстебельная (Potentilla acaulis), гетеропаппус алтайский (Heteropappus altaicus), тонконог гребенчатый (Koeleria cristatum), осока твердоватая (Carex duriuscula), вероника седая (Veronica incana), полынь холодная (Artemisia frigida). Проективное покрытие 40-50%.

Почвенные горизонты:

А 0-21 см. Светло-серая супесь, непрочнокомковатая, плотная, обильно пронизана корнями, сухая, переход в нижележащий горизонт неравномерный по цвету.

В1 21-46 см. Буровато-желтая супесь, бесструктурная, плотная, сухая, встречаются единичные корни. Переход в следующий горизонт по линии вскипания.

Вк 46-106 см. Буровато-желтая супесь, бесструктурная, сухая, плотная, встречаются белесые карбонатные пятна, вскипающие от НС1, присутствуют единичные корни, переход в горизонт С по интенсивности вскипания постепенный.

Ск 106-148 см. Буровато-желтая супесь, бесструктурная, сухая, плотная, встречаются белесые карбонатные пятна, вскипает менее интенсивно, чем вышележащий горизонт.

Почвообразующая порода: пролювиальные песчаные отложения (четвертичная система, нижне- и среднечетвертичные отложения).

Разрез 6бч. Республика Бурятия, Тугнуйская котловина, 51° 10' 890" с.ш., 108° 02' 210" в.д., высота 758.3 м н.у.м.

Растительность: ковыль Крылова (Stipa krylovii), житняк гребенчатый (Agropyron cristatum), лапчатка бесстебельная (Potentilla acaulis), марь остистая (Chenopodium cristatum), гетеропаппус алтайский (Heteropappus altaicus), тонконог гребенчатый (Koeleria cristama), змеевка растопыренная (Cleistogenes squarrosa), осока твердоватая (Carex duriuscula), вероника седая (Veronica incana), полынь холодная (Artemisia frigida). Проективное покрытие 40-50%.

Почвенные горизонты:

A1 0-26 см. Буровато-коричневатый (каштановый) легкий суглинок, непрочнокомковатый, уплотнен, обильно пронизан корнями растений, от no не вскипает, переход выделяется по цвету неравномерный.

АВ 26-34 см. Светло-коричневато-буроватый легкий суглинок, непрочнокомковатый, уплотнен, имеются включения корней, не вскипает от НС1, переход по цвету, плотности и структуре.

В 34-60 см. Бурая супесь, бесструктурная, средней плотности, имеются включения корней, не вскипает от НО, переход в следующий горизонт по линии вскипания.

Вк 60-78 см. Буровато-белесоватая супесь, бесструктурная, уплотнена, встречаются единичные включения корней, бурно вскипает от НС1, переход в следующий горизонт по цвету и плотности.

Ск 78-150 см. Белесая супесь, бесструктурная, уплотнена, встречаются единичные включения корней, бурно вскипает от НС 1.

Почвообразующая порода: пролювиально-делювиальные отложения (юрская система, тугнуйская свита, средний отдел).

В почвообразующих породах меди, цинка и никеля содержатся в количествах, меньших их Кларка (20, 50 и 40 мг/кг соответственно), что объясняется тем, что они состоят главным образом из кварца (70-75%), характеризующегося наименьшей концентрацией рассеянных элементов. Тогда как количество свинца гораздо выше кларка (10 мг/кг; табл. 2), так как породы обогащены этим металлом.

ТМ в почвах. Известно, что унаследованный почвами от породы количественный состав МЭ претерпевает значительные изменения под совокупным воздействием всех факторов почвообразования (Мотузова, 2003). Трансформация меди из пород в органогенные горизонты почв значительна (табл. 2), где и связь высока (г = 0.9), однако она ниже значений ПДК (55 мг/кг). свинец почва травостой экосистема

Халькофильный цинк как важный элемент клеток, участвует в биохимических процессах, в избыточном количестве выступает как токсичный элемент и относится к 1 классу опасности. Для цинка характерно осаждение в виде сульфидов и в комплексе с органическими веществами, содержащими О и N группами. В каштановых почвах вследствие обедненности пород цинком, его содержание ниже ПДК (100 мг/кг). Установлена тесная корреляционная связь в почвах с гранулометрическим составом и количеством элемента в породе г = 0.9.

Тесна связь никеля в почве и породе, r = 0.8. Ка (коэффициент аккумуляции) Ni составил 1.1-1.7 в каштановых почвах, что свидетельствует о биогенном его накоплении, по шкале он относится к условно необходимому элементу для растений.

Почвообразующие породы обогащены свинцом - 22.9, и отмечена зависимость его количества в почвах от их гранулометрического состава г = 0.54. Свинец - высокотоксичный элемент, относящийся к 1 классу опасности. Он быстро связывается почвенными частицами, преимущественно органическими (Водяницкий, 2017). Несмотря на то что в почвенном органическом веществе много карбоксильных групп, свинец хелатируется функциональными группами ароматических колец, формируя бидентантные комплексы (Мотузова, 2003; Мапсеаи et al., 1996; Мапсеаи et al., 2002). Известно также, что изучаемые все 4 элемента образуют внутрисферные комплексы с органическими соединениями (Xia et al., 1997а, 1997б).

Значительная часть Си в каштановых почвах связана с их минеральной частью, а Zn в них равномерно распределен в гумусовых веществах и минеральной основе. Уровень концентрации РЬ в минеральной части почв значителен - 61-65%. Это объясняется тем, что РЬ является металлом с переменной валентностью (+2 и +3), которая позволяет ему более активно вести себя в минеральной среде. Итак, в каштановых почвах свинец, как медь и никель в большей степени связан с минеральной частью почв в отличие от цинка.

Микроэлементы в растительности. Являясь важной составной частью живого вещества, растительность участвует в процессах миграции и превращениях химических элементов на поверхности Земли. Биопродуктивность пастбищ на каштановых почвах Западного Забайкалья низкая, с широким диапазоном отношения надземной фитомассы к подземной. А из почв в растения трансформируются элементы в разных количествах, но одинаково мало в надземную массу целинного разнотравья вследствие наличия барьерности. Коэффициент корреляции между содержанием меди в органогенном слое почв и количеством ее в надземной массе травяной растительности в каштановых почвах - 0.82. В корневой массе медь накапливается более интенсивно и находится в зависимости от содержания ее в почвах.

Цинк в растениях найден в количестве 37 мг/кг, однако он почти равномерно распределен по надземной и корневой массам (табл. 2), что ниже значений ПДК (100 мг/кг).

Никель, наряду с Cu и Zn, выступает как элемент, необходимый растительному организму, который в надземной массе трав сухих степей составляет 0.29-0.42 мг/кг. Содержание Ni в растениях коррелирует с его количеством в почве (г = 0.96), также тесна связь между содержанием Ni в почве и в золе растений (г = 0.93). В корнях Ni накапливается более интенсивно и находится в прямой связи с его содержанием в почве, г = 0.95, в золе корней - г = 0.97. Количество Ni в фитоценозах ниже средней концентрации в растительности континентов - 2.0 мг/кг (Добровольский, 2003) и максимально допустимого (3 мг/кг) по СанПин (Гигиенические ..., 1997). Содержание его можно оценить как дефицитное - менее 2 мг/кг (Kabata-Pendias, 2011). КБП никеля находится в пределах

0. 3-0.4 в разнотравье сухих степей, в корнях - 0.6-0.9 соответственно, т.е. он является элементом среднего захвата.

Количество Pb в надземной массе трав - 0.5-0.7 мг/кг, что ниже средней концентрации в растительности континентов - 1.25 мг/кг (Добровольский, 2003) и находится в пределах нормальных концентраций - 0.1-5.0 мг/кг (Минеев, 1988). Таким образом, РЬ, несмотря на его значительное содержание в органогенном слое почв, вследствие низкого его биологического поглощения, не накапливается в растениях. Корреляция между количеством РЬ в почвах и в надземной фитомассе средняя (г = 0.57). Поступление ограниченного количества свинца в надземную часть объясняется избирательной способностью растений и токсичностью металла.

Итак, по степени биологического поглощения из почвы растительностью Zn и Cu относятся к группе с высокой, а Ni, Pb - с низкой интенсивностью, несмотря на это выявлен дефицит первых элементов в растительности сухих степей.

Таблица 2. Тяжелые металлы в породе, почве, растительности и гумусовых веществах сухих степей Забайкалья.

МЭ в гумусовых веществах. При деструкции растений под влиянием микробиоценоза в почвах образуются гумусовые вещества, которые при взаимодействии с почвенными минеральными веществами составляют разные соединения и группы ГК, ФК и НО углерода. ГВ химически очень активны вследствие содержания карбоксильных, карбонильных, амидных, метильных, кетонных и т.д. групп, в силу которых захватываются ТМ. Проанализирована степень захвата меди, цинка, никеля и свинца из почвы в целом ГВ, а также отдельными группами: ГК, ФК и НО. Заметна та же зависимость содержания анализируемых металлов в гумусе, следуя закономерности содержания как в породе ^ почвах^- растительности. Больший процент связи с ГВ на каштановых почвах обнаружен у цинка - 47.4%, чуть меньше у никеля - 40.6%, свинца - 36% и меньше остальных элементов меди - 34.6%. Поскольку растительность содержит небольшое количество меди, то и в ГВ ее мало. Из собственно ГВ более активны ФК, которые связывают из почвы: цинк до 17%, свинец до 18%, никель до 19%. Таким образом, цинк, свинец и никель активно захватывается ГК. Вследствие большей емкости поглощения молекул гуминовых кислот происходит лучшее связывание с ними цинка, в результате чего образуются, по-видимому, труднорастворимые гуматы Zn (Веригина, Журавлева, 1962).

Из ТМ медь в небольшой степени реагирует с отдельными гумусовыми веществами. Однако цинк, находится в сравнительно большем количестве - 52.3 мг/кг (табл. 2) в гумусовом горизонте почвы, по сравнению с остальными изучаемыми элементами. Соответственно его значительно больше и в растительности -70.6 мг/кг и в гумусовых веществах в целом - 24.8 мг/кг, также как и по группам: в ГК - 6.33 мг/кг, в ФК- 7.63 мг/кг, в НО - 10.87 мг/кг. Из изучаемых элементов более активным оказался цинк, возможно, это связано со сходством химических свойств Zn и Са, поскольку в почвенно-поглощающем комплексе каштановых почв последнего мало.

Таким образом, выявлена прямая очень тесная корреляционная связь г = 0.71-0.99 между переходом микроэлементов из почвообразующей породы в органогенные слои почв, далее в растительность и гумусовые вещества.

Почвенные ГВ способны образовывать комплексы с ионами свинца. При этом поглощение РЬ полностью или частично происходит за счет вытеснения других ионов. В свою очередь, связанный с ГВ металл может быть полностью или частично вытеснен по механизму ионного обмена. Свинец обнаружен в гумусе в основном в составе ФК, поскольку они обладают большей дисперсностью и значительным количеством функциональных групп, чем ГК. Способность к комплексообразованию у ФК выше, чем у ГК, достигая 43-63%, в НО - 26-27% и на ГК приходится всего 11-30% от его общего количества в гумусе.

Поступление микроэлементов в целинный травостой находится в большей зависимости от их содержания в породах и почвах, свойств химических элементов, от их биофильности и избирательных механизмов фитоценоза, от барьерных способностей корней. В растительности накапливаются преимущественно биофильные элементы: медь - до 53.2%, цинк - до 37.7% из количества, содержащегося в почвах, меньше всего - условно биофильный никель (1.2%) и токсичный свинец (1.9%) от количества, содержащегося в почве.

Изучаемые почвы сухих степей Забайкалья обеднены медью вследствие невысокого их количества в подстилающих почвообразующих породах легкого гранулометрического состава, отсюда ее мало в растительности. Цинка в породах выше кларка, но меньше ПДК, однако его больше накапливается в растительности и отсюда - в гумусовых веществах, где проявляется его биофильность и аналогия с кальцием, когда ощущается в почве его недостаток. Он активен в связи с гумусовыми веществами, в отличие от меди.

Такая же реакционная активность наблюдается в захвате гумусовыми веществами никеля и свинца, где, по-видимому, сказываются химические свойства этих элементов, как способность к ионному обмену, комплексообразованию и т.д.

Отсюда следует, что содержания изучаемых элементов в почвах находятся в связи с их количеством в породах, КБП растений, а также с захватом их гумусовыми веществами. В связи с особенностями химической структуры молекулы ГК (незначительная степень бензоидности, развитая боковая углеродная цепь с низкими кислыми функциональными группами; Чимитдоржиева, Цыбикова, 2018) не обеспечиваются высокими адсорбционными способностями почвы, вследствие чего изучаемые микроэлементы в незначительной степени связаны с гумусовыми веществами. Каштановые почвы степных экосистем Западного Забайкалья характеризуются в сравнении с кларками нормальным содержанием Zn, повышенным - Pb (в 2.9 раза), пониженным - Ni (в 1.49 раза) и Cu (в 1.2 раза), что определяется преобладанием в качестве коренных пород гранитоидов - пород кислой группы.

Выводы

1. Подстилающие почвообразующие породы легкого гранулометрического состава, обеднены Си, Zn, Ni и обогащены РЬ, количество которого превышает кларк литосферы.

2. Содержание микроэлементов в органогенном горизонте каштановых почв низкое, кроме свинца (выше ПДК). Металлы в основном связаны с минеральной частью: Си - 56-66%, Ni - 51-61%, Pb - 61-66% от их валового количества, а Zn почти равномерно распределен в гумусовых веществах и минеральной основе (43-60%).

3. Каштановые почвы степных экосистем Западного Забайкалья характеризуются в сравнении с кларками нормальным содержанием Zn, повышенным - Pb в 2.9, пониженным - Ni в 1.4, Си в 1.2 раза, что определяется преобладанием в качестве коренных пород гранитоидов - пород кислой группы.

4. Выявлено, что Zn оказался элементом наибольшего биологического поглощения растительностью в сухих степях Западного Забайкалья.

5. Гумусовые вещества почв связывают незначительное количество микроэлементов, которое зависит от содержания гумуса, от его группового и фракционного составов и химических свойств каждого элемента.

6. В гумусовых веществах микроэлементы (Си, Ni, Pb) преимущественно связываются ФК, тогда как цинк адсорбирован в первую очередь ГК и гуминами.

7. Гумусовые вещества почв различаются по интенсивности захвата микроэлементов в следующем убывающем порядке: Си и Pb - ФК ^ТК ^-НО; Ni - ФК ^ НО^- ГК; Zn - НО ^ ГК ^ ФК.

Список литературы

Базилевич Н.И. 1993. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука. 293 с.

Веригина К.В., Журавлева Е.Г. 1962. Микроэлементы в почвах и породах Ярославской области. М.: Изд-во АН СССР. С. 51-85.

Водяницкий Ю.Н. 2017. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами. М.: Изд МГУ. 192 с. Добровольский В.В. 2003. Основы биогеохимии. М.: Академия. 400 с.

Кальницкий Б.Д. 1987. Минеральные вещества в кормлении животных. Л.: Наука. 260 с.

Кашин В.К., Убугунов Л.Л. 2020. Микроэлементный состав почв и степных фитоценозов Западного Забайкалья // Аридные экосистемы. Т. 26. № 2 (83). С. 86-95. [Kashin V.K., Ubugunov L.L. 2020. Microelementary Composition of Soils and Steppe Phytocoenoses in the Western Transbaikal Region // Arid Ecosystems. Vol. 10. No. 2. P. 161-170.]

Классификация и диагностика почв России. 2004 / Ред. Л.Л. Шишов. М. Смоленск: Ойкумена. 342 с.

Минеев В.Г. 1988. Экологические проблемы агрохимии. М.: Изд-во МГУ. 285 с.

Минкина Т.М., Манджиева С.С., Чаплыгин В.А., Назаренко О.Г., Максимов А.Ю., Замулина И.В., Бурачевская М.В., Сушкова С.Н. 2018. Аккумуляция тяжелых металлов разнотравной степной растительностью по данным многолетнего мониторинга // Аридные экосистемы. Т. 24. № 3 (76). С. 43-55. [Minkina T.M., Mandzhieva S.S., Chaplygin V.A., Nazarenko O.G., Maksimov A.Yu., Zamulina I.V., Burachevskaya M.V., Sushkova S.N. 2018. Accnmnlation of Heavy Metals by Forb Steppe Vegetation According to Long-Term Monitoring Data // Arid Ecosystems. Vol. 8. No. 3. P. 190-202.]

Минкина Т.М., Федоров Ю.А., Невидомская Д.Г., Манджиева С.С., Козлова М.Н. 2016. Особенности содержания и подвижность тяжелых металлов в почвах поймы реки Дон // Аридные экосистемы. Т. 22. № 1 (66). С. 86-98. [Minkina T.M., Fedorov Yu.A., Nevidomskaya D.G., Mandzhieva S.S., Kozlova M.N. 2016. Specific Featares of Content and Mobility of Heavy Metals in Soils of Floodplain of the Don River // Arid Ecosystems. Vol. 6. No. 1. P. 70-79.]

Мотузова Г.В. 2003. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. М. 168 с.

Одум Ю. 1986. Экология. Т. 1. М.: Мир. 328 с.

Ребров В.Г., Громова О.А. 2008. Витамины, макро- и микроэлементы. М.: ГЭОТАР Медиа. 960 с.

Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения. 1997. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.7.573-96. М.: Информационно-издательский центр Минздрава России. 54 с.

Степанова М.Д. 1976. Микроэлементы в органическом веществе почв. Новосибирск: Наука. 106 с.

Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кулачкова С.А., Горленко М.В., Учанов П.В., Сушко С.В., Ананьева Н.Д. 2021. Микробиологические показатели агродерново-подзолистых почв разной гумусированности при внесении тяжелых металлов и углеродсодержащих препаратов // Почвоведение. № 3. С. 372-384. [Terekhova V.A., Prudnikova E.V., Kulachkova S.A., Gorlenko M.V., Uchanov P.V., Sushko S.V., Ananyeva N.D. 2021. Microbiological Indicators of Heavy Metals and Carbon-Containing Preparations Applied to Agrosoddy-Podzolic Soils Differing in Humus Content // Eurasian Soil Science. Vol. 54. No. 3. P. 448-458.]

Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). Спб.: Мир и семья. 992 с.

Чимитдоржиева Э.О. 2017. Запасы углерода в постагрогенных сухостепных почвах Западного Забайкалья // Аридные экосистемы. Т. 23. № 3 (72). С. 59-65. [Chimitdorzhieva E.O. 2017. Carbon reserves in postagrogenic dry steppe soils of Western Transbaikalia // Arid Ecosystems. Vol. 7. No. 3. P. 178-183.]

Чимитдоржиева Г.Д., Цыбикова Э.В. 2018. Своеобразие каштановых почв южных котловин Сибири // Аридные экосистемы. Т. 24. № 4 (77). С. 29-35. [Chimitdorzhieva G.D., Tsybikova E.V. 2018. Specific Features of Chestnut Soils in the Southern Basins of Siberia // Arid Ecosystems. Vol. 8. No. 4. P. 254-259.]

Gong Q., ChenP., ShiR., GaoY., Zheng S.A., Xu Y., Shao C., Zheng X. 2019. Health Assessment of Trace Metal Concentrations in Organic Fertilizer in Northern China // International Journal of Environmental Research and Public Health. Vol. 16. No. 6. P. 1031.

Kabata-Pendias A. 2011. Trace elements in soil and plants. Boca Raton, London, N.Y.: CRC Press. 450 p.

Mаnceau A., Boisset M.C., Sarret G., Hazemann J.L., Mench M., Cambier P., Prost R. 1996. Direct determination of lead speciation in contaminated soils by EXAFS spectroscopy // Environm. Science & Technology. Vol. 30. P. 1540-1552.

Mаnceau A., Marcus M.A., Tamura N. 2002. Quantative speciation of heavy metals in soils and sediments by synchrotron X-ray techniques // Applications of Synchrotron Radiation in Low-Temperature Geochem. and Enviromental Science. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. Washington, DC. Vol. 49. P. 341-428.

Xia K., Bleam W., Helmke P.A. 1997a. Studies of the nature of Cu2+ and Pb2+ binding sites in soil humic substances using X-ray absorption spectroscopy // Geochimica et Cosmochimica Acta. Vol. 61. P. 2211-2221.

Xia K., Bleam W., Helmke P.A. 1997b. Studies of the nature of binding of first row transition elements bound to aquatic and soil humic substances using X-ray absorption spectroscopy // Geochimica et Cosmochimica Acta. Vol. 61. P. 2223-2235.

Yang Z., Liu S., Zheng D., Feng S. 2006. Effects of cadmium, zinc and lead on soil enzyme activities // Journal of Environmental Sciences. Vol. 18. No. 6. P. 1135-1141.

Размещено на Allbest.ru