Микроэлементный состав почв и степных фитоценозов Западного Забайкалья

Размещено на http://allbest.ru

МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ И СТЕПНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

В.К. Кашин, Л.Л. Убугунов

Институт общей и экспериментальной биологии Сибирского отделения РАН

Определены средние содержания и диапазоны варьирования 17 микроэлементов в каштановых почвах и растительности степных аридных экосистем Забайкалья. Средние содержания Li, B, Al, Cr, Fe, Co, Zn, Zr в почвах соответствуют их кларкам, принимаемым за экологогеохимическую норму. Содержания Mo, Ba, Be в 1.8-2.9 раза выше, Cu, Ni, Mn ниже их кларков, а V и Pb достигают предельно допустимых концентраций. По степени биологического поглощения из почвы растительностью Мо, Zn, B, Cu отнесены к группе с высокой; Li, Mn - к средней; Be, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Ba, Pb - с низкой интенсивностью. Для V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ba, Pb установлена корреляция между содержанием их в растительности и почве (r=0.51- 0.82), а для Li, Be, B, Al, Ti, Co, Ni, Cu, Zr, Mo корреляция отсутствует (r от -0.08 до -0.39). Выявлен дефицит в растительности B, Zn, Cu и повышенное содержание Fe, Mo, Ba, Sr. Определены неблагоприятные отношения между жизненно важными элементами. Оценен вклад надземной фитомассы в биогенную миграцию микроэлементов.

Ключевые слова: микроэлементы, степные фитоценозы, коэффициенты биологического поглощения, вынос надземной фитомассы, Забайкалье, Kastanozems.

Микроэлементы - важная составляющая минерального питания растений, животных и человека. Многие из них являются жизненно необходимыми, так как, входя в состав биологически активных веществ, выполняют разнообразные каталитические и регуляторные функции метаболических процессов - поглощения, транспорта, окисления-восстановления, биосинтеза органических соединений, передачи генетической информации.

Современная классификация микроэлементов по их значимости для живых организмов представлена в следующем виде: 1) жизненно необходимые - Fe, Mn, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Se; 2) условно необходимые - Li, B, Ni, V, Si, F, Br, Ti; 3) потенциально токсичные - Be, AI, Cd, Pb, Hg, Ba, TI, Bi (Ребров, Громова, 2008). Помимо этого Fe и Si относят к мезоэлементам. Число биологически значимых элементов расширяется: к элементам, значимым для отдельных видов, сейчас относят As, Br, Sr, Cd, Sn, Ba, W (Бертини и др., 2013).

Каждый элемент имеет свой диапазон безопасной концентрации, при котором происходит нормальное функционирование организма. При нарушении же его отмечаются различные патологические отклонения в обменных процессах, приводящие в случае недостатка к микроэлементозам дефицита, а при избытке - к микроэлементозам токсичности (Авцын и др., 1991).

В последние десятилетия основное внимание экологов и агрохимиков было сосредоточено на изучении вопросов загрязнения тяжелыми металлами почв, природных вод, растений, обусловленного выбросами промышленных предприятий (Безель, Жуйкова, 2007; Минеев, 1988). Однако воздействию таких выбросов подвергаются незначительные площади. Поэтому не менее важной остается проблема дефицита жизненно необходимых микроэлементов или неблагоприятного соотношения между ними в растениях в фоновых условиях конкретных регионов, вызываемых естественными природными факторами. Это может лимитировать качество и продуктивность компонентов экосистем. Кроме того, большое экологическое значение имеют потенциально токсичные и малоизученные микроэлементы, которые также участвуют в биологическом круговороте - в обмене организмов с окружающей средой (Одум, 1986). При повышенных концентрациях они могут негативно влиять на деятельность биологически активных веществ в организмах. Поэтому экологическому контролю должны подлежать как физиологически значимые, так и другие, особенно потенциально токсичные, микроэлементы.

Степные экосистемы занимают значительные территории Европейской части России (Тишков, 2010), а также Центральной Азии (Забайкалье, Монголия; Экосистемы ..., 2005), выполняют важные биосферные функции и имеют высокое народнохозяйственное значение. В степях Забайкалья исследован видовой состав, структура растительного покрова, биопродуктивность, биохимический состав, содержание макроэлементов (Бойков и др., 2002; Меркушева и др., 2014). Содержание микроэлементов в растениях и их взаимосвязей с почвой как важный фактор функционирования степных экосистем изучен весьма слабо. Имеются лишь данные по содержанию в растительности Боргойской степи Mn, Zn, Cu, Co, J (Харитонов, 1980) и исследование по свинцу в системе «порода - почва - гумусовые вещества - растения» в лесостепных и степных почвах Западного Забайкалья (Чимитдоржиева и др., 2014).

Цель настоящей работы - изучение содержания жизненно необходимых, потенциально токсичных и малоизученных микроэлементов в почвах и растительности сухостепных экосистем. В задачи работы входило: определить региональные характеристики содержания микроэлементов в почвах и растениях, выявить взаимосвязи их в системе «растение - почва», выяснить интенсивность биологического поглощения растениями из почвы, характеризующего их экологическую активность, оценить вынос элементов надземной фитомассой и вовлечение их в биогенную миграцию.

микроэлементы почва растение экосистема забайкалье

Материалы и методы

Исследования проводили на территориях, занятых сухостепными экосистемами Западного Забайкалья. В сельскохозяйственном отношении эти территории используются главным образом под пастбища для животных. Они простираются с юга на север до 360 км, шириной до 120 км, охватывая южную, центральную и, в меньшей степени северную (Баргузинская котловина) часть Республики Бурятия, приурочены в основном к слабонаклонным, наклонным и увалистым аккумулятивным равнинам, склонам межгорных понижений и водоразделам невысоких повышений 600-800 м н.у.м. БС. Они широко распространены в долинах рек бассейна реки Селенги - главного притока оз. Байкал.

Глубокое внутриматериковое положение региона обусловливает существование этих экосистем в экстрааридных условиях. В качестве ведущих абиотических факторов выступают следующие: климат резко континентальный, с коротким безморозным периодом, количество осадков - 150-250 мм в год, что по шкале увлажнения Л.Г. Раменского относится к полупустынному и сухостепному типам. Относительная влажность воздуха в мае-июне - 25-35%.

Почвообразующими породами служат делювиальные и делювиально-пролювиальные отложения, а также отложения песков и галечников. Основу почвенного покрова составляют каштановые типичные почвы (Kastanozems) с малой мощностью гумусового горизонта. Наиболее существенные эдафические свойства почв, определяющие водный, воздушный и питательный режимы, следующие. Содержание гумуса - 1.5-2.5%, гранулометрический состав - супесчаный или легкосуглинистый (содержание физической глины 15-25%) со слабой водоудерживающей способностью и низкой влагоемкостью. Этим они отличаются от типичных каштановых суглинистых почв Европейской части России (Панкова, Черноусенко, 2018). рН почв - от близко к нейтральной 6.8-7.3 в верхнем горизонте до слабощелочной 7.5-8.0 и более в нижних. В почвенном поглощающем комплексе преобладает Ca²⁺ - 8-13 мг/экв. на 100 г почвы, количество Mg²⁺ - 3.3-4.9 мг/экв. на 100 г почвы. Каштановые почвы средне обеспечены подвижными формами фосфора, калия и слабо - азотом (Убугунов и др., 1989). В микробном ценозе преобладают представители ксерофитной группы - актиномицеты, олигонитрофилы и другие, способствующие глубокой минерализации поступающих органических остатков, а также самого гумуса (Нимаева, 1989).

Экстрааридность климата способствовала формированию здесь растительности, относящейся к группе ксерофитов, характеризующейся низкорослостью, разреженностью травостоев (проективное покрытие различных сообществ варьирует от 25 до 60%) и низкой биологической продуктивностью (Бойков и др., 2002; Меркушева и др., 2014).

Объектами исследования служили типичные растительные сообщества, произрастающие в экосистемах Хоринского (Удинская сухая степь), Заиграевского, Иволгинского, Тарбагатайского, Мухоршибирского (Центральная сухая степь), Селенгинского, Джидинского, Кяхтинского (Южная сухая степь) районов Республики Бурятия (Западное Забайкалье; табл. 1).

Таблица 1. Объекты исследования - растительные сообщества, их продуктивность и зольность в сухостепных экосистемах Западного Забайкалья.

Сбор полевых материалов производили в фазу цветения растений доминантов на пробных площадках (ПП) 100х100 м в соответствии с методическими рекомендациями, основанными на принципах изучения биологического круговорота (Базилевич и др., 1978). Для оценки суммарного эффекта кормовой ценности и биогеохимической деятельности большой интерес представляет микроэлементный состав не отдельных видов растений, а фитоценозов с определенной площади. Поэтому для учета продуктивности надземной массы, содержания и выноса ею микроэлементов мы 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 мы отбирали пробы почв в полиэтиленовые пакеты из наиболее корнеобитаемого слоя (0-20 см). В почвах определяли валовое содержание микроэлементов, поскольку в почвенно-геохимических исследованиях основная доля информации получается в основном за счет валовых содержаний химических элементов. Это связано с тем, что в большинстве своем современные оценки биогеохимических и экологических ситуаций опираются на этот показатель как сравнительно легко получаемый и апробированный на практике (Ильин, Сысо, 2004).

Определение содержания микроэлементов мы 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: Mn, Cu, Zn, Ni, V, Cr, Pb - атомно-абсорбционным методом с прямой электротермической атомизацией проб; Fe, AI, Li, Ti, Sr, Ba, Mo, Zr - атомно-эмиссионным методом с индуктивно связанной плазмой; В - колориметрическим методом в растворе спиртово-уксусной смеси зольного остатка с хинализарином после серии предварительных операций при его подготовке к измерению оптической плотности при 610 нм (Ринькис и др., 1987, Починок, 1976).

Расчет выноса элементов производили путем умножения их содержания в укосе (мг/кг сухого вещества) на количество сухой фитомассы (кг/га). 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 (Зайцев, 1990) с использованием программы Microsoft Excel. Парные коэффициенты корреляции рассчитаны между содержанием микроэлементов в почвах и их содержанием в золе растительности (содержание золы - от 5.6 до 7.1%; табл. 1).

Результаты и обсуждение

Вариационно-статистические показатели содержания элементов в почвах, золе растительности и коэффициенты их взаимодействия в системе «растительность - почва» в степных экосистемах представлены в таблице 2. Среднее содержание элементов в почвах изменялись в пределах 3.0 мг/кг у Мо до 74480 мг/кг у Al. Условно их можно подразделить на следующие группы: высокого содержания - Fe, Al - в почвах они относятся к макроэлементам (45360-74480), среднего - Zr, Mn, Ba, Ti (319-5060), низкого - Li, Cu, Ni, Pb, Cr, Zn, V (22-100) и очень низкого - Mo, Be, Co, B (3.0-16.4) мг/кг. Все данные по содержанию микроэлементов в каштановых почвах находятся в пределах нормального варьирования по классификации Г.Н. Зайцева (1990). Содержание в почвах Be, Ba, Li, Ti, Mn, Pb, AI, B, V, Fe - в пределах нижней нормы - 9-22%, а Сг, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo - в пределах верхней нормы - 28-35%. Средние содержания V и Pb достигают их предельно допустимой концентрации (ПДК) в почвах.

Данные таблицы 3 показывают, что содержание микроэлементов в укосах степной растительности различалось на 4 порядка: от 0.08 у Be до 219 мг/кг у Fe. По среднему содержанию в растительности микроэлементы условно подразделены на следующие группы: повышенного содержания - Fe, Al (219-266); среднего - Ba, Ti, Sr, Mn, Zn (23-69); низкого - B, Cu, Li, Cr, Mo, V, Zr (1.22-7.0) и очень низкого- Be, Ni, Pb (0.08-0.89) мг/кг. Ряд этих элементов по степени снижения содержания в степной растительности представлен в следующем виде: AI > Fe > Sr > Mn, Ba > Ti > Zn > Cu > B > Zr > Cr > Li > Mo > V > Pb > Ni > Be. В отличие от содержания микроэлементов в почвах, характеризующегося нормальной степенью варьирования, в степной растительности она существенно колебалась: от нижней нормы для Li (16%), верхней - для AI, Mn, Sr, Fe, Cu, Ba, Ti (27-41%), до значительной - для Be, B, Ni, Zn, Zr, Mo, Pb, Cr (45-61%).

Результаты корреляционного анализа показали (табл. 2), что между содержанием микроэлементов в почвах и накоплением их в растительности установлена прямая значимая связь для V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ba и Pb. Коэффициенты парной корреляции этих элементов изменялись от 0.57 для Zn до 0.82 для Pb. Для остальных микроэлементов корреляция в системе «растительность - почва» не выявлена.

Сравнительный анализ содержания всех изученных микроэлементов в фитомассе степных сообществ Забайкалья с нормой или с кларками при отсутствии нормы показал (табл. 4), что наиболее оптимально ими обеспечены фитоценозы пробных площадок 3 заиграевской степи и 15 джидинской степи (12 элементов из 17), а также 1U1 13 селенгинской степи (8 из 13) и 1U1 16 боргойской степи (10 из 17). Наименьшая обеспеченность растительности микроэлементами отмечена на 1U1 11 селенгинской степи (10 элементов из 15, в норме - 1, повышенная 2). Наиболее неблагоприятная обеспеченность степных фитоценозов микроэлементами характерна на ПП 7 иволгинской степи (7 элементов из 15, содержание повышено в 2.0-3.7 раза, в норме - 5) и ПП 14 селенгинской степи (5 из 15, повышено в 2.9-4.1 раза, в норме - 5).

Таблица 2. Вариационно-статистические показатели содержания (С) микроэлементов в каштановых почвах, золе растительности и коэффициент корреляции (r) в системе «почва - растительность» степных фитоценозов.

Примечание к таблице 2: *V - коэффициент вариации, ** - жирным шрифтом обозначено наличие корреляционной связи между содержанием микроэлементов в почвах и содержанием их в золе растительности, *** - кларк в почвах (Требования ..., 2002), **** - ПДК в почвах, в числителе A. Kloke (1980), в знаменателе - «Методические ...» (2004), ***** - нет данных.

Что касается обеспеченности степной растительности отдельными микроэлементами, то во всех фитоценозах выявлен дефицит В и Ni и пониженное по сравнению с кларком Zr, в пределах нормы - Mn и Li, выше нормы концентрация Fe в растительности всех ПП от 2.2 до 6.5 раза, Мо в 15 П11 (в 2.3-10.8 раза), Ва в 14 ПП (1.7-4.2), Sr в 14 ПП (1.7-3.9). Превышение максимально допустимого уровня в растительности отмечено для Мо (>3 мг/кг) на трех ПП, Fe (>300 мг/кг) на двух и Cr (>5 мг/кг) на двух 1U1. Следует отметить отсутствие нормативов в растениях для таких токсичных микроэлементов, как Be и Al. На основании выявленных различий можно заключить, что степная растительность Забайкалья обеспечена микроэлементами в значительно различающихся пределах - от дефицита для одних до превышения максимального уровня для других.

Сравнение с кларками элементов в почвах, принимаемых за эколого-геохимическую норму (Требования ..., 2002; Сает и др., 1990), показало, что средние содержания 10 микроэлементов (Li, B, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Zn, Zr) в изучаемых почвах им практически соответствуют. Повышенное содержание выявлено для Pb в 2.9, Мо в 2.5, Ва в 1.9 и Ве в 1.8 раза, пониженное - Mn в 1.7, Ni в 1.4, Cu в 1.2 раза, что обусловлено преобладанием в качестве коренных пород в регионе гранитоидов, характеризующихся повышенным количеством Pb, Mo, Ba, Be и пониженным Mn, Ni, Cu. Оценка содержания микроэлементов в почвах с санитарно-гигиеническми критериями (ПДК или ОДК; Предельно ..., 2001; Kloke, 1980) показала превышение концентрации Ba и Pb. Однако биологическая доступность этих элементов в почвах низкая, о чем свидетельствует КБП: от 0.37 у Pb до 0.6 у Ва (рис. 1). Аналогичные данные по КБП для этих элементов получены у люцерны - 0.31±0.02 и 0.55±0.05 (Кашин, 2018).

Среднее содержание Be, Fe, Cu, V в степной растительности Забайкалья соответствует их кларкам в растительности суши (табл. 4); Ti в 1.3, Zn, Pb в 1.4, Al в 1.9, Mn в 2.0, Zr в 2.5, Ni в 2.8, B в 4.3 меньше кларка; Li, Cr в 1.3, Sr в 2.0, Ba в 2.4, Mo в 3.7 раза выше кларка.

Причина подобного может заключаться в разных уровнях и биодоступности микроэлементов в почвах, степени барьерности их транслокации в надземные части растений, соотношении видов в сообществах, экологических и видовых различиях накопления элементов в растениях, а также в особенностях физико-химических свойств элементов. В частности, повышенное накопление молибдена и хрома определяется анионогенными свойствами этих элементов, проявляющих более высокую подвижность в нейтральной и щелочной среде, которая характерна для почв сухостепной зоны, тогда как большинство других элементов здесь малоподвижно. Хром и молибден входят в У1Б группу периодической таблицы, близки по химическим свойствам, на последних электронных слоях имеют одинаковое количество электронов: Cr - 3d⁵4s¹, Mo - 4d⁵5s¹.

Таблица 3. Содержание микроэлементов в надземной массе степных фитоценозов. мг/кг (названия фитоценозов в: Материал и методы).

Примечание к таблице 3: * - не определялось.

Кроме того, возможны и конкурентные взаимоотношения при поглощении элементов корневой системой: повышенное содержание железа может снижать поступление в растения меди, цинка, никеля. Высокое содержание бария и стронция в степной растительности региона обусловлено значительно повышенной концентрацией этих элементов в горных породах Забайкалья по сравнению с их кларками. Так, в батолитовых гранитоидных комплексах Джидинского района содержание бария в среднем составляло 1470, стронция - 825 мг/кг (Дворкин-Самарский и др., 1983), при их кларках в гранитоидах 800 и 650 мг/кг или кларках земной коры 470 и 370 мг/кг (Требования ..., 2002).

Важную роль в снижении поглощения свинца играет слизь, покрывающая корни. В составе слизи преобладает углеводный компонент, основу которого составляют гидроксильные и карбоксильные функциональные группы. Наиболее высоким сродством к этим группам обладают ионы свинца (Серегин, Кожевникова, 2008). Поэтому при высоких содержаниях свинца в почвах Забайкалья (даже превышающих ПДК) его содержание в растениях характеризуется низкими значениями - 0.561.65 мг/кг, тогда как токсичными концентрациями считаются 3-5 мг/кг (Минеев, 1988). Аналогичные данные в отношении свинца получены в исследовании Г.Д. Чимитдоржиевой с соавторами (2014) в Забайкалье. Что касается Sr, то он связывается с материалом слизи значительно слабее, чем Pb, чем обусловлены его высокая мобильность и более быстрое поступление в растения (Серегин, Кожевникова, 2008).

Таблица 4. Среднее (кларк в растительности суши) содержание микроэлементов и нормы обеспеченности ими растений (по данным разных источников), мг/кг.

Примечание таблице 4: * - нет данных.

Взаимодействие микроэлементов в системе «почва - растение» определяется главным образом доступностью химических соединений почвы, биологическими особенностями растений и значимостью элементов в метаболизме. Как видно из рисунка 1, большинство изученных нами микроэлементов относится к группе с низкой интенсивностью поглощения, КБП у которой менее 1.0. Это прежде всего потенциально токсичные и условно необходимые элементы (Be, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Ba, Pb). Некоторые из них присутствуют в почве преимущественно в формах, мало доступных для растений (Al, Ti, Fe, Zr, Ba), а также принимают слабое участие в биологических процессах, за исключением Fe. Высокая и средняя интенсивность биологического поглощения фитоценозами степных ландшафтов отмечена для жизненно необходимых элементов: Mo (10.5), Zn (5.2), B (3.6), Cu (3.4), Mn (1.1). На основании этих данных можно сделать заключение о существенно различной экологической активности изученных элементов в почвах.

Коэффициенты биологического поглощения характеризуют региональные биогеохимические особенности растений и отражают степень взаимосвязи концентрации элементов в системе «растение - почва». Сравнение с таблицей группирования химических элементов по КБП (Перельман, Касимов, 1999) выявило, что В, по нашим данным, относится к группе среднего биологического захвата, а не к группе сильного биологического поглощения; V, Cr, Li - к группе среднего, а не слабого и очень слабого захвата; Мо - к группе сильного биологического накопления, а не среднего биологического захвата. Сравнивая интенсивность биологического поглощения микроэлементов растительностью степных ландшафтов Забайкалья и растительностью суши (Добровольский, 2003), следует отметить, что степная растительность более активно поглощает Cu и Li, практически одинаково Al, Fe, Ba, Мо и менее активно остальные 11 элементов.

Наряду с уровнем содержания микроэлементов для процессов жизнедеятельности в растениях большое значение имеет и соотношение между ними, поскольку при его нарушении могут проявляться сложные антагонистические или синергетические взаимоотношения. Физиологическое равновесие ионов в клетках играет существенную роль в поддержании структурной целостности и нормального функционирования организмов. Изменения отношений между целым рядом элементов используются в качестве биогеохимических индикаторов состояния экосистем.

Рис. 1. Коэффициенты биологического поглощения жизненно необходимых (А), условно необходимых (Б) и потенциально токсичных (В) микроэлементов степной растительностью Забайкалья (среднее из 8).

Микроэлементы

Рис. 2. Вынос микроэлементов надземной массой степной растительности Забайкалья (среднее из 8).

Отношения Fe:Zn и Fe:Mn в нормально обеспеченных растениях, по данным В.В. Ковальского (1991) и Н.И. Лебедева (1990), составляют 1.7 и 1.0, тогда как в степной растительности в среднем, по нашим данным, 9.5 и 4.0 за счет очень высокого содержания Fe. Отношение Zn:Cu, по данным этих же авторов, равно 5, по нашим - 7. Особую значимость имеет соотношение Cu:Mo. Нормальное соотношение этих элементов составляет 1:0.12, в степной растительности Забайкалья - 1:0.38, т.е. ниже в 3.6 раза. Это может быть причиной энзоотической атаксии овец, что отмечается в Забайкалье (Балдаев, Кириллов, 1986).

При несбалансированности минерального питания как в растениях, так и у животных могут быть различные эндемические заболевания (Ковальский, 1991; Кузнецов, 1991). Несмотря на практическую важность, следует отметить слабую изученность вопроса соотношения между различными микроэлементами и макро- и микроэлементами в растениях. В частности, большое значение может иметь соотношение Sr к Ba (а также их соотношение к Са), так как содержание этих элементов в растениях находится на уровне таких жизненно важных элементов, как Mn и Zn, и значительно выше, чем Со, Мо, Cu. По нашим данным, среднее отношение Sr к Ba в степной растительности составляет 1.3, в растительности суши - 1.6. (Добровольский, 2003)

Сопоставление с 10-балльной шкалой Н.И. Базилевич (1993) по приросту биомассы показало, что изученная нами степная растительность в связи с эктремально низкой водообеспеченностью относится к очень малопродуктивной (1 балл < 10 ц/га). Поэтому содержание микроэлементов в укосе фитомассы на единицу площади и вовлечение их в биогенную миграцию надземной части очень низкое (рис. 2). Вынос Be, Ni,, Pb, V находится в диапазоне 0.1-0.93 г/га; Mo, Li, Cr, Zr, B, Cu - 1.1-4.8 г/га; Zn, Ti, Mn, Ba, Sr - 21-47 г/га; Fe, Al - 135-164 г/га. По сравнению с имеющимися в литературе данными по захвату элементов ежегодным приростом растительности суши (Добровольский, 2003) вынос Al, Ti, Cr, Fe, Zn, Sr, Ba, Pb степной растительностью Забайкалья на 1 порядок, а остальных 7 микроэлементов на 2 порядка ниже.

Выводы

Каштановые почвы степных экосистем Западного Забайкалья характеризуются в сравнении с кларками нормальным содержанием Li, B, Al, Ti, V, Cr, Co, Zn, Zr, повышенным - Pb в 2.9, Мо в 2.5, Ва в 1.9, Ве.в 1.8 раза, пониженным - Mn в 1.7, Ni в 1.4, Cu в 1.2 раза, что определяется преобладанием в качестве коренных пород гранитоидов - пород кислой группы.

Определены средние величины и диапазоны варьирования содержания 17 микроэлементов в степной растительности Забайкалья. По уровню содержания выделены элементы повышенного (Fe, Al - >200 мг/кг), среднего (Ba, Ti, Sr, Mn, Zn - 23-69), низкого (B, Cu, Li, Cr, Mo, V, Zr - 1.22-7.0) и очень низкого содержания (Be, Ni, Pb - 0.08-0.89 мг/кг). Выявлена значительная неоднородность содержания микроэлементов в растительности, обусловленная как биологическими особенностями растений, интенсивностью их поглощения из почвы, так и эколого-геохимическими факторами, определяющими биодоступность элементов. Наименьший коэффициент вариации (16%) отмечен для Li, наибольший - для Cr (61%). По интенсивности биологического поглощения из почвы растительностью (КБП), характеризующей экологическую активность элементов в почве, Мо (10.5), Zn (5.2), B (3.6), Cu (3.4) отнесены к группе с высокой; Li (1.6), Mn (1.1) - к средней; Be, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Ba, Pb (0.09-0.83) - с низкой интенсивностью. Для V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ba, Pb установлена средняя и сильная положительная корреляция между содержанием их в растительности и почве (r=0.51-0.82). Для остальных микроэлементов корреляция между этими показателями отсутствует: Be, B, Zr (r от -0.07 до -0.08), Li, Al, Ti, Ni, Cu, Mo (0.19-0.39).

Сравнение содержания микроэлементов в степной растительности с нормами обеспеченности (или с кларками) выявило, что выше нормы концентрация Fe (в 3.7 раза), Мо (2.3), Ва (2.8), Sr (1.3); в пределах нормы - Mn; ниже нормы - Zn (1.8), Cu (1.4), B (3.4). Превышение максимально допустимого уровня в растительности отмечено для Мо на трех пробных площадках, Fe и Cr на двух. Различия в содержании являются причиной неблагоприятного отношения в растительности между Fe:Zn, Fe:Mn, Zn:Cu, Cu:Mo.

В связи с низкой биологической продуктивностью степных фитоценозов вовлечение микроэлементов в биогенную миграцию надземной фитомассы на 1-2 порядка меньше в сравнении со средним захватом их годовым приростом растительности суши.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. 1991. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М.: Медицина. 496 с.

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

Базилевич Н.И., Титлянова А.А., Смирнов В.В. 1978. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах. М.: Мысль, 183 с.

Балдаев С.Н., Кириллов С.А. 1986. Корма и профилактика эндемических болезней овец. Улан-Удэ: Бурятское книжное издательство. 123 с.

Безель В.С., Жуйкова Т.В. 2007. Химическое загрязнение среды: вынос химических элементов надземной фитомассой травянистой растительности // Экология. № 4. С. 259-267.

Бертини И., Грей Г., Валентине Дж. 2013. Биологическая неорганическая химия: структура и реакционная способность. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний. Т. 1. 456 с.

Бойков Т.Г., ХаритоновЮ.Д., РупышевЮ.А. 2002. Степи Забайкалья: Продуктивность, кормовая ценность, рациональное использование и охрана. Улан-Удэ: Издательство БНЦ СО РАН. 228 с.

Дворкин-Самарский В.А., Каперская Ю.Н., Козулина И.М. 1983. Закономерности распределения бария и стронция в горных породах Забайкалья. Улан-Удэ: БФ СО АН СССР. 152 с.

Добровольский В.В. 2003. Основы биогеохимии. М.: Академия. 400 с.

Зайцев Г.Н. 1990. Математика в экспериментальной ботанике. М.: Наука. 296 с.

Ильин В.Б., Сысо А.И. 2004. Особенности микроэлементного состава почв Западной Сибири и их отражение в региональной биогеохимии, экологии, почвоведении // Сибирский экологический журнал. № 3. С. 259-271.

Кальницкий Б.Д. 1985. Минеральные вещества в кормлении животных. Л.: Агропромиздат. 207 с.

Кашин В.К. 2018. Содержание микроэлементов в люцерне в Западном Забайкалье // Агрохимия. № 8. С. 46-51.

Ковальский В.В. 1991. Геохимическая среда, микроэлементы, реакции организмов // Труды Биогеохимической лаборатории. Т. 22. С. 5-24.

Кузнецов С.Г. 1991. Биохимические критерии обеспеченности животных минеральными веществами // Сельскохозяйственная биология. № 2. С. 16-33.

Лебедев Н.И. 1990. Использование микродобавок для повышения продуктивности жвачных животных. Л.: ВО Агропромиздат. 96 с.

Меркушева М.Г., Аненхонов О.А., Бадмаева Н.К., Сосорова С.Б. 2014. Степные сообщества на каштановых почвах Западного Забайкалья: разнообразие и биопродуктивность // Аридные экосистемы. Т. 20. № 3. С. 59-69.

Методические рекомендации по определению степени загрязнения городских почв и грунтов и проведению инвентаризации территорий, требующих рекультивации. 2004. М.: ИМГРЭ. 48 с.

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

Нимаева С.Ш. 1989. Микробиологические основы плодородия почв Западного Забайкалья // Почвенные ресурсы Забайкалья. Новосибирск: Наука. С. 88-101.

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

Панкова Е.И., Черноусенко Г.И. 2018. Сопоставление каштановых почв Центральной Азии с их аналогами в других почвенно-географических провинциях сухостепной зоны суббореального пояса Евразии // Аридные экосистемы. Т. 24. № 2. С. 13-21.

Перельман А.И., Касимов Н.С. 1999. Геохимия ландшафта. М.: «Астрея-2000». 768 c.

Починок Х.Н. 1976. Методы биохимического анализа растений. Киев: Наукова думка, 334 с.

Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. 2001. СПб: АНО НПО «Мир и семья». 896 с.

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

Ринькис Г.Я., РаманеХ.К., Куницкая Т.А. 1987. Методы анализа почв и растений. Рига: Зинатне. 174 с.

Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. 1990. Геохимия окружающей среды. М.: Недра. 335 с.

Серегин И.И., Кожевникова А.Д. 2008. Роль тканей корня и побега в транспорте и накоплении кадмия, свинца, никеля и стронция // Физиология растений. Т. 55. № 1. С. 3-26.

Тишков А.А. 2010. Биосферные функции и экосистемные услуги ландшафтов степной зоны России // Аридные экосистемы. Т. 16. № 1. С. 5-15.

Требования к производству и результатам многоцелевого геохимического картирования. 2002. М.: ИМГРЭ. 92 с.

Убугунов Л.Л., Меркушева М.Г., Бойков Т.Г. 1989. Основные принципы управления плодородием почв в сухостепной зоне // Почвенные ресурсы Забайкалья. Новосибирск: Наука. С. 141-149.

Харитонов Ю.Д. 1980. Кормовая ценность степных пастбищ Юго-Западного Забайкалья. Новосибирск: Наука. 128 с.

Хенниг А. 1976. Минеральные вещества, витамины, биостимуляторы в кормлении сельскохозяйственных животных. М.: Колос. 560 с.

Чимитдоржиева Г.Д., Бодеева Е.А., Нимбуева О.З. 2014. Свинец в системе порода-почва-гумусовые вещества-растения на примере лесостепных и степных почв Западного Забайкалья // Сибирский экологический журнал. № 3. С. 485-492.

Экосистемы бассейна Селенги. 2005 / Ред. Е.А. Востокова, П.Д. Гунин. М.: Наука. 359 с.

Kabata А. 2011. Trace Elements in Soils and Plants. 4^th ed. London - New York: CRC Press Tailor and Francis Group Boca Ratonю 534 p.

Kloke A. 1980. Richtwerte '80. Orientierungsdaten fur tolerierbare Gesamtgehalte einiger Elemente in Kulturboden // Mitteilungen VDLUFA. No. 1/3. P. 9-11.

Размещено на Allbest.ru