22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание и распределение галогенов в почвенном профиле естественных и антропогенных экосистем юга Западной Сибири

Изучение содержания и распределения галогенов в различных природных объектах окружающей среды, прежде всего в почвах как в начальном звене цепочки «почвы - воды - растение - животные - человек», является весьма актуальным как с эколого-биогеохимических, так и с почвенно-агрохимических позиций. Физиологическая потребность в галогенах (за исключением брома) для нормального функционирования живых организмов давно установлена, равно как и тот факт, что при избыточном их поступлении и накоплении в экосистемах эти элементы, особенно фтор, могут оказывать негативное воздействие на свойства почвы и качество растительной продукции [1, 2 и др.].

Особенности содержания и распределения галогенов в почвах и растениях естественных и антропогенных экосистем юга Западной Сибири рассматриваются в ряде работ [3, 4 и др.]. Однако многие вопросы, связанные с накоплением этих элементов в почвах, изучены недостаточно. Так, например, исследования изменения содержания галогенов в почвах агроценозов при длительном внесении минеральных удобрений, в состав которых входят галогены, весьма немногочисленны и, как правило, посвящены одному из галогенов. В этой связи нам представляется целесообразным проведение комплексных исследований поведения галогенов в почвах разных экосистем юга Западной Сибири.

Объектами исследований послужили серые лесные почвы юга Западной Сибири: целинные (естественные экосистемы) и пахотные (антропогенная экосистема - многолетний стационарный полевой опыт). Наиболее важные физико-химические свойства исследуемых целинных серых лесных почв приведены в табл. 1. Почвенные образцы были отобраны из разрезов, заложенных в различных точках южной части Васюганской равнины и северной части Барабинской равнины. Реакция почвенной среды - слабокислая. Содержание гумуса вниз по профилю заметно снижается, гранулометрический состав свидетельствует об обеднении верхних горизонтов илом.

Таблица 1. Основные физико-химические свойства исследуемых целинных серых лесных почв

галоген почва агроценоз удобрение

Почва полевого опыта, заложенного в 1988 г. [5], имела следующие характеристики (слой 0-20 см): содержание гумуса - 4,9%, физической глины - 30,8%, емкость катионного обмена - 21,1 мг-экв./100 г.; валовое содержание азота - 0,22%, фосфора - 0,15 (подвижного - 18 мг/100 г.), калия - 1,5% (обменного - 12 мг/100 г.); почвообразующая порода - лессовидный карбонатный суглинок. Данная почва является достаточно типичной для лесостепной зоны Приобья, расположена на высокой террасе р. Бердь (Искитимский р-н, Новосибирская обл.); территория хорошо дренирована, высота над урезом реки составляет 35-45 м.

Схема опыта включала различные варианты, из которых в данном сообщении рассматриваются наиболее контрастные: вариант 1 - непрерывный многолетний пар (без растений и удобрений), 2 - без удобрений (контроль), 3 - NP, 4 - NP + К1, 5 - NP + К2. Выращивали картофель в монокультуре; дозы вносимых в опыте минеральных удобрений: N - 100, P - 60, K1 - 60 и K2 - 120 кг д.в./га. Удобрения в форме аммиачной селитры, двойного суперфосфата и хлористого калия вносили ежегодно весной перед посадкой клубней.

Полевой опыт с многолетним систематическим внесением минеральных удобрений в виде хлорида калия (содержание хлора до 45%) и двойного суперфосфата (содержание фтора до 1,5%) позволяет исследовать поведение в почве агроценоза двух галогенов - хлора и фтора. Кроме того, параллельно можно изучить и йодид-анион в связи с наличием общих черт в геохимии йода и легкорастворимых солей, к которым относится хлорид калия: там, где аккумулируются соли, часто накапливается и йод [6]. По валовому количеству любого элемента в почве трудно судить об экологической ситуации в экосистемах, поэтому определение водорастворимых форм, как самых мобильных, является важным с точки зрения оценки их возможностей поступления в растения и накопления в грунтовых водах.

Для определения содержания галогенов в почвенных образцах использованы следующие методы: валовое содержание фтора - спектрофотометрическим с ализаринкомплексоном [7], йода - кинетическим роданидно-нитритным методом [8]. Водорастворимую форму фтора определяли потенциометрическим, йода - роданидно-нитритным методами, хлора - методом Мора. Остальные анализы выполнены по общепринятым методикам.

Результаты исследований показали, что различная химическая активность галогенов, специфика процессов их адсорбции-десорбции и другие факторы обусловили особенности распределения этих элементов в почвах естественных и антропогенных экосистем.

Фтор. В профиле исследуемых серых лесных почв концентрация валового фтора варьирует на уровне 220,0-290,0 мг/кг (рис. 1), что несколько выше, чем в дерново-подзолистых почвах, и ниже, чем в черноземах юга Западной Сибири, что обусловлено их промежуточным положением в ряду этих почв [3].

Усиление развития дернового процесса в серых лесных почвах в сравнении с дерново-подзолистыми теоретически должно было привести к более высоким концентрациям галогена. Однако этого не произошло по ряду причин. Основная - инертность фтора к органическому веществу почвы, что привело к малочисленности возможных химических реакций между ними. Далее, гумусовые и элювиальные горизонты в этих почвах обеднены илистыми частицами (max - 20,0%) и физической глиной (max - 31,0%) в сравнении с нижележащим горизонтом В (max - 38%), что связано с перемещением ила вниз по профилю почвы в процессе выщелачивания и свидетельствует о снижении уровня накопления фтора в этих горизонтах. Более того, в элювиальных горизонтах в первую очередь разрушаются наиболее тонкодисперсные частицы монтмориллонитовых минералов, способных к сорбции фтора, и в меньшей степени - более грубодисперсные каолинит и иллитовые минералы [9]. А кислая реакция почвенной среды (5,0-5,9), свойственная верхним горизонтам, и периодически промывной тип водного режима также не способствуют аккумуляции в нем фтора. Вместе с тем быстрое убывание содержания гумуса с глубиной косвенно указывает на то, что концентрация элемента в этом направлении может потенциально возрастать, так как остальные компоненты почвы способны к активной сорбции галогена или к взаимодействию с ним.

Фтор, несмотря на свое значительное содержание в зональных почвах, в том числе и в серых лесных почвах, обладая самой высокой химической активностью среди других элементов, не может находиться длительное время в свободном состоянии, а будет вступать в различные химические реакции. Это заметно снизит степень его вредного воздействия на почву ввиду образования труднорастворимых или комплексных соединений, что является положительным моментом с позиций экологии.

В связи с отсутствием ПДК на фтор по ГОСТу обычно ориентируются на литературные данные, в соответствии с которыми допустимым уровнем содержания валового фтора в почве принято считать 500, критическим - 500-1 000, недопустимым - более 1 000 мг/кг [10]. Согласно этим цифрам, валовое содержание фтора в серых лесных почвах следует оценить как соответствующее допустимому уровню.

Концентрация водорастворимого фтора в почвах оценивается согласно следующим критериям: ПДК равна 10, допустимым уровнем считается 0-10, критическим 10-30, недопустимым - более 30, фон - 1,5 мг/кг [11]. Коэффициент водной миграции фтора составляет всего 1,04, что ниже, чем у других галогенов, и обусловлено не только слабой растворимостью большинства его соединений, но и малой подвижностью фторид-аниона [12]. Его концентрация в изучаемых почвах региона варьирует в интервале 0,7 - 3,0 мг/кг, что соответствует уровню в аналогичных почвах других регионов [13] и находится в пределах допустимого.

Остановимся теперь на ситуации с фтором в антропогенной системе. Содержание валового фтора в гумусовом горизонте исследуемой почвы (целинный участок полевого опыта) составляло 280-285 мг/кг и вполне укладывалось в характерный для региона интервал значений; вниз по профилю оно несколько снижалось (рис. 2). Многолетнее систематическое внесение фосфорных удобрений закономерно отразилось на уровне фтора в почве агроценоза. В вариантах NP и NPK содержание валового фтора в пахотном слое почвы возросло до 320-387, а в подпахотном (20-40 см) - до 305-350 мг/кг (на контроле - 280). Ниже по профилю (слой 40-60 см) количество валового фтора в почве различных вариантов опыта практически не различалось и составляло около 240-260 мг/кг.

Содержание валового (А) и водорастворимого (Б) фтора в почве агроценоза

Согласно литературным данным, внесение фторсодержащих удобрений и мелиорантов в пахотный слой почвы, как правило, не приводит к увеличению его содержания в нижележащих слоях почвенного профиля по сравнению с контрольным вариантом [14, 15]. В проведенных ранее исследованиях [3] по мелиорации солонцов фосфогипсом были получены подобные результаты: валовое содержание фтора в почве при внесении различных доз мелиоранта возросло лишь в слое 0-10 см.

Очевидно, что основная фиксация поступающего в почву фтора (илистой фракцией, полуторными оксидами и др.) происходит непосредственно в зоне внесения. Такая ситуация обусловлена высокой химической активностью фтора, который при поступлении в почву быстро и прочно связывается её компонентами. В этой связи следует отметить слабую растворимость флюорита (CaF₂), селлаита (MgF₂), а также фторидов других щелочноземельных металлов, алюминия и железа.

Результаты исследований показали, что, несмотря на одинаковые дозы вносимых фосфорных удобрений в вариантах NP и NPK, содержание валового фтора в почве опыта закономерно возрастает от варианта NP к NPK2, т.е. по мере увеличения доз вносимых калийных удобрений.

По-видимому, значительная концентрация хлорид-аниона в почве вариантов NPK, способного конкурировать с фторид-анионом, препятствовала, в определенной степени, его взаимодействию с теми компонентами почвы, которые потенциально ответственны за концентрацию водорастворимого фтора, способствуя его переходу в фиксированное состояние. Известно, что анион хлора более подвижен, чем анион фтора; кроме того, фтор всегда одновалентен, а хлор обладает ярко выраженной способностью к окислению и восстановлению и, соответственно, имеет переменную валентность, что, несомненно, играет роль в процессах, происходящих в почве. Такое ионное состояние, характерное для хлоридов, благодаря высокой растворимости солей хлора, оставляет приоритет за этим галогеном. Однако данное наше предположение можно считать дискуссионным.

При всей важности и значимости данных по валовому фтору, позволяющих представить его распределение в почвенном профиле и уровне накопления в почве, его поведение в системе почва - растение определяется концентрацией подвижных форм элемента, т.е. количеством фторид-анионов, не связанных прочно с компонентами почвы и способных к миграции.

Содержание водорастворимого фтора во всех вариантах полевого опыта тесно коррелировало с валовым его количеством, а распределение по почвенному профилю носило одинаковый, равномерно убывающий характер (рис. 2). Максимальное содержание галогена отмечалось в пахотном горизонте всех вариантов как с внесением удобрений, так и без них, минимальное - в нижней части профиля (слой 80-100 см). Следует отметить, что по мере продвижения вниз по профилю различия между вариантами по концентрации водорастворимой формы фтора сглаживались.

Известно, что фторид-анионы могут активно фиксироваться глинистыми минералами по механизмам сорбции и обмена, образовывать труднорастворимые соединения с щелочноземельными металлами - кальцием и магнием.

Исследуемая нами почва агроценоза имеет небольшое утяжеление гранулометрического состава к нижней части профиля (с 31 до 33-34% физической глины) и подстилается лессовидными карбонатными суглинками. Очевидно, что при этом количество трехслойных глинистых минералов вниз по профилю увеличивается, равно как и нарастает активность кальциевого геохимического барьера. Данное обстоятельство и обусловливает значительное снижение уровня водорастворимого фтора вниз по профилю почвы.

Существенное повышение содержания водорастворимого фтора произошло в верхней части профиля почвы вариантов NPK, особенно в пахотном слое (табл. 2). Учитывая, что дозы вносимых фосфорных удобрений на всех удобряемых вариантах были равны, причиной заметного увеличения концентрации фторид-анионов в почве вариантов NPK служат, на наш взгляд, следующие обстоятельства.

галоген почва агроценоз удобрение

Таблица 2. Содержание валового и водорастворимого хлора в серых лесных почвах естественных экосистем, мг/кг почвы

Примечание. 1-юг Васюганской равнины; 2 - север Барабинской равнины

Во-первых, содержание обменного кальция (340-350 мг/100г) и магния (8-9 мг) в верхней части почвенного профиля вариантов NPK заметно ниже, чем в NP (соответственно 375 и 12 мг/100 г.), что связано с интенсивным выносом из почвы этих элементов культурами при оптимизированном питании. Снижение содержания щелочноземельных элементов в почвенном растворе способствовало, вероятно, некоторому относительному повышению мобильности фторид-анионов.

Во-вторых, почва вариантов NP и NPK значительно различалась между собой по содержанию обменного и водорастворимого калия. Так, концентрация калия в почвенном растворе пахотного слоя варианта NP составила 0,5 мг/100 г. (из-за длительного сильно дефицитного калийного баланса), тогда как в вариантах NPK - 3-6 мг. Принимая во внимание некоторое снижение содержания щелочноземельных обменных катионов в почве вариантов NPK (по сравнению с NP), можно полагать, что доля калия в составе обменных катионов почвы этих вариантов заметно возросла. В то же время известно, что фториды щелочных металлов (K и Na), в отличие от фторидов Ca и Mg, очень хорошо растворимы в воде и способны к активной миграции в почве. Очевидно, что в почве с повышенным уровнем калия интенсивность образования его соединений с фтором возрастала (по сравнению с почвой с истощенным калийным фондом), соответственно увеличивалось и содержание подвижных фторид-анионов.

Длительное внесение фосфорных удобрений не привело к повышению концентрации водорастворимого фтора в почве агроценоза до токсичного уровня. Содержание элемента в почве удобряемых вариантов, хотя и заметно возросло по сравнению с неудобрявшимися (см. рис. 2), тем не менее было значительно ниже его ПДК, равной 10 мг/кг. Как мы полагаем, причиной послужили невысокая интенсивность водной миграции и слабая подвижность фторид-аниона. Склонность фтора к образованию прочных комплексных анионов типа [AlF₆]^3?, [SiF₆]^2? и [BF₄]^? также способствует снижению уровня его водорастворимой формы. Устойчивость галогенидных комплексов, как правило, понижается в ряду F > Cl > Br > I [12], поэтому многие фторидные комплексы устойчивы, не гидролизуются и слабо диссоциируют.

В целом, ситуация с фтором в почве полевого опыта и вероятным поступлением его в грунтовые воды и пищевую цепь, даже после более чем 20-летнего периода внесения повышенных доз минеральных удобрений, особых опасений пока не вызывает, хотя и не исключает необходимости систематического контроля за его накоплением.

Хлор. Автоморфные почвы земледельческой зоны, по разным источникам [1, 2 и др.], обычно содержат в среднем 10-20 мг/кг водорастворимого хлора (отметим, что валовое его содержание, как правило, немногим выше). Это связано, прежде всего, с хорошей растворимостью солей хлора (исключение составляют лишь хлориды Ag⁺, Pb²⁺, Cu⁺ и Hg⁺). Обладая этим свойством, хлориды активно мигрируют в почвенном профиле, поэтому закономерности его распределения в почве определяются в основном процессами водной миграции.

Содержание этого элемента в исследуемых целинных серых лесных почвах от гумусового горизонта к породе варьирует в пределах 48,3-55,6 мг/ кг (см. табл. 2). В автоморфных почвах отсутствуют эффективные геохимические барьеры, на которых возможна аккумуляция хлора, подобных тем, как для фтора существует кальциевый геохимический барьер или для йода - биогеохимический (накопление в верхнем гумусовом горизонте почв). Аккумуляция хлора происходит только на испарительном барьере, свойственном лишь аридным бессточным районам. Периодически промывной тип водного режима серых лесных почв в сумме с хорошей растворимостью солей хлора также благоприятствует миграции его солей.

Содержание водорастворимой формы хлора в почвах естественных экосистем составило 47,0-52,9 мг/кг (см. табл. 2), т.е. лишь немногим меньше валового содержания; распределение по почвенному профилю было аналогичным. Хлорид-анион, в отличие от йодид-ионов, не только слабо поглощается почвами, но и характеризуется отрицательной адсорбцией по отношению к ним [16] и менее подвержен окислению в условиях земной поверхности.

Серая лесная почва агроценоза в вариантах опыта, где хлорсодержащие удобрения никогда не вносили, содержала 11-12 мг/кг водорастворимого хлора. Отметим заметное различие между изучаемыми почвами по содержанию хлора, в отличие от других галогенов. Данное обстоятельство связано, по-видимому, с региональной спецификой и химическим составом почвообразующих пород, а также с различным содержанием хлора в выпадающих атмосферных осадках на различных территориях (среднее содержание в осадках для лесостепи Приобья - 2-3 мг/л [17]).

Результаты наших исследований показали (рис. 3), что длительное ежегодное внесение повышенных доз хлористого калия не привело к накоплению в почве агроценоза токсичных концентраций хлора. Повышение содержания хлора в почве вариантов NPK1 и NPK2, хотя статистически и значимое, не вызвало возникновения опасного для выращиваемых культур уровня этого элемента. Отметим, что картофель в соответствии со своими физиологическими потребностями способен концентрировать хлор до 2 000 мг/кг сухого вещества, т.е. намного больше, чем другие культуры. Следует сказать, что ПДК водорастворимого хлора для почв до настоящего времени не разработаны.

22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

контроль 22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

NP 22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

NPK1 22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

NPK2 ^см

Содержание водорастворимого хлора в почве агроценоза

Ранее нами было показано [18], что внесенный с удобрениями калий (в случае слабо- или бездефицитного его баланса) аккумулируется практически только в пахотном почвенном слое, а распределение нитратного азота по профилю почвы носит явно выраженный убывающий характер при любом его уровне в верхнем горизонте. В отличие от этих также весьма мобильных ионов, хлор в профиле почвы распределялся по-иному (рис. 3). Его содержание в почвенном профиле любого из вариантов опыта было достаточно равномерным; другими словами, характер распределения галогена в почве был одинаковым независимо от использования или неиспользования хлорсодержащих удобрений. Различия между вариантами были лишь в концентрации хлора: там, где хлористый калий не применялся, в различных почвенных слоях найдено 11-12, а в вариантах с внесением этого удобрения - 13-14 мг/кг водорастворимого хлора.

Выравнивание содержания хлора по почвенному профилю обусловлено, на наш взгляд, двумя причинами. С одной стороны, это отсутствие в почве какого-либо специфического накопительного барьера, с другой - активная миграция хлора по профилю почвы как с нисходящими, так и с восходящими потоками влаги. В составе влаги, испаряемой с поверхности незасоленных почв зоны, содержится около 1,5 мг/л хлора [17]. Следовательно, вынос хлора при испарении, потреблении растениями и миграции за пределы почвенного профиля, наряду с его поступлением из атмосферы и удобрений, формируют галогеохимический баланс элемента в почвах вообще и относительно стабильное распределение по профилю в частности.

Йод. Интенсивность аккумуляции и миграции йода в почвах определяется конкретной почвенно-геохимической обстановкой. В ранее опубликованных исследованиях показано, что наиболее важными почвенными свойствами, ответственными за аккумуляцию йода в почвах, являются степень их гумусированности, гранулометрический (содержание илистой фракции) и химический состав [2, 3, 19 и др.]. В почвах, обогащенных аморфными окислами алюминия и железа, обладающих развитой сорбционной поверхностью, происходит накопление элемента (например, в солонцах). В почвах с высоким содержанием окислителей Fe³⁺ и Mn⁴⁺ (например, в глееподзолистых почвах или подзолах иллювиально-железистых) происходит снижение концентрации галогена, обусловленное окислением йодид-аниона до элементарного йода в результате взаимодействия с железом и марганцем из-за разницы в величине стандартных ОВ потенциалов с последующим его улетучиванием в атмосферу. Наряду с химическим составом почвы двойственную роль по отношению к йоду играют реакция почвенной среды и водный режим. В кислой среде процессы окисления инициируют потери галогена за счет образования свободного йода, а в щелочной среде доминирует образование наиболее устойчивых анионов йода, таких как I- и IO₃- Промывной и периодически промывной типы водного режима в почвах усиливают миграцию йода по причине хорошей растворимости большинства его солей.

Исследуемые серые лесные почвы содержат 1,4-3,0 мг/кг валового йода (табл. 3). Подобные концентрации элемента обнаружены и в аналогичных почвах других территорий (2-4 мг/кг) [16]. Незначительное количество гумуса в горизонте А₁ - 4% и менее, а также резкое снижение его количества в нижних горизонтах от 0,6 до 0,3%, высокая подвижность гуминовых кислот в условиях периодически промывного режима, кислая среда, преобладающая в верхних горизонтах почвы, невысокое содержание илистой фракции, снижающее сорбционную способность почвы, - все это благоприятствует процессам выноса галогена из почвы. В соответствии с критериями [20] для валового содержания йода (5,0 - недостаточное содержание, 5,0-40,0 - нормальное и > 40,0 мг/кг - избыточное) данные серые лесные почвы следует считать дефицитными по йоду.

Валовое содержание йода нами изучалось параллельно с водорастворимой формой, изменение концентрации которой в различных типах почв происходит в широком интервале от 0,01 до 0,65 мг/кг. Концентрации водорастворимого йода (0,015-0,08 мг/кг) в серых лесных почвах, так же, как и в других зональных почвах юга Западной Сибири, весьма незначительны. Основных причин тому несколько: низкое валовое содержание элемента, физико-химические свойства почвы и свойства самого галогена. При этом строгой закономерности в распределении элемента по профилю почвы также не обнаружено, что отмечено нами во всех зональных почвах территории [3].

Таблица 3. Содержание валового и водорастворимого йода в серых лесных почвах естественных экосистем, мг/кг

По градации, предложенной [21], содержание водорастворимой формы йода в почвах 0,011-0,03 является низким, 0,03-0,05 - пониженным, 0,05 - 0,1 мг/кг - оптимальным. Следовательно, данные серые лесные почвы характеризуются низкими и пониженными запасами водорастворимого йода.

Содержание и распределение водорастворимого йода в почве длительного полевого опыта показаны на рис. 4. Можно отметить некоторое увеличение концентрации подвижной формы галогена вниз по профилю, что, видимо, обусловлено соответствующим утяжелением гранулометрического состава и усилением карбонатности. Известно, что почвообразующая порода является не столько источником поступления йода в почву, сколько барьером, препятствующим вымыванию его легкорастворимых соединений из корнеобитаемого слоя.

Концентрация водорастворимого йода в пахотном слое вариантов NPK заметно снизилась по сравнению с контрольным и фоновым вариантами.

Известно, что йод - важный микроэлемент, необходимый для роста и развития растений, влияющий на азотный режим и водный обмен. В вариантах NPK нашего опыта урожайность культур было намного выше, чем в других вариантах, соответственно вынос элементов, и в частности йода, существенно возрастал. Вынос йода из почв интенсивных агроценозов с отчуждаемой растениеводческой продукцией превышает его поступление извне.

22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

контроль 22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

NP 22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

NPK1 22 Г.А. Конарбаева, В.Н. Якименко

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

NPK2 см

Содержание водорастворимого йода в почве агроценоза

Следует отметить, что в вариантах полевого опыта с внесением всех удобрений наблюдается незначительная тенденция увеличения содержания валового йода в пахотном слое почвы, что свидетельствует о влиянии различных солей на сорбцию йода [6]. Другими словами, влияние различных солей на сорбцию йода в почве полевого опыта проявилось, но довольно слабо. Концентрация микроэлемента в почве крайне низка, в связи с чем можно предположить, что культуры, выращиваемые в интенсивных агроценозах, будут испытывать дефицит йода.

Количество валового йода в исследуемой почве и его распределение по профилю в различных вариантах нашего опыта практически не отличались. В пахотном слое почвы (0-20 см) содержалось 1,4-1,5 мг/кг валового йода, в подпахотном (20-40 см) - 1,0-1,1. Отметим, что количество гумуса в этих почвенных слоях составляло соответственно 4,9 и 2,4% при одинаковом гранулометрическом составе (31% физической глины). Ниже по профилю почвы содержание валового йода возрастало и составило в слое 40-60 см 1,7-1,8 мг/кг, в слое 60-80 см - 1,6-1,7. Количество гумуса в этих почвенных слоях достигало соответственно 0,9 и 0,4%, а физической глины - 34%. Рассматриваемые слои составляют иллювиальный почвенный горизонт, обогащенный илистой фракцией и полуторными оксидами и являющийся накопительным барьером для йода. В нижней части профиля (80-100 см) уровень валового йода снизился до 1,2-1,4 мг/кг. В целом полученные результаты демонстрируют отчетливую зависимость между содержанием валового йода в почве, с одной стороны, и ее гумусированностью и гранулометрическим составом - с другой.

Проведенные исследования показали, что содержание валового фтора (230-280 мг/кг) и йода (1,4-3,0) в серых лесных почвах различных районов юга Западной Сибири примерно одинаково и вполне укладывается в интервал значений, характерный для зональных почв этой территории. Аналогичная ситуация складывается и по содержанию водорастворимых форм фтора (около 1 мг/кг) и йода (0,02-0,03). В отличие от этих галогенов содержание хлора в серых лесных почвах различных районов исследуемой территории заметно варьирует: от 10-11 мг/кг в почве Новосибирского Приобья до 40 - 50 - в почвах Васюганской и Барабинской равнин.

Распределение галогенов по профилю исследуемых почв определяется в основном содержанием гумуса и илистой фракции в различных почвенных горизонтах, а также химическими свойствами конкретного галогена. Относительным постоянством отличается лишь хлор - его распределение по профилю различных почв обычно равномерное независимо от абсолютного содержания в почве этого элемента.

Полученные результаты свидетельствуют, что вовлечение целинной почвы в сельскохозяйственный оборот существенно отразилось на содержании в ней различных галогенов. Длительное внесение минеральных удобрений в почву агроценоза вызвало статистически значимое повышение содержания фтора и хлора; в то же время концентрация водорастворимой формы йода в пахотном слое почв интенсивных агроценозов заметно снизилась. Использование рациональных и сбалансированных доз удобрений не привело к повышению содержания форм галогенов в почве агроценоза до токсичного для растений уровня.

Вносимый с удобрениями фтор концентрировался в пахотном почвенном слое; вниз по профилю почвы агроценоза содержание этого галогена заметно снижалось. Распределение хлора по профилю почвы было равномерным независимо от интенсивности применения хлорсодержащих удобрений. Содержание в почве йода вниз по профилю возрастало.

Таким образом, содержание фтора, хлора и йода в целинных серых лесных почвах юга Западной Сибири не превышает предельно допустимых концентраций и не представляет опасности для экологической обстановки региона. В почвах интенсивных агроценозов содержание галогенов может как возрастать (особенно фтор), так и заметно снижаться (йод), что обусловливает необходимость эколого-агрохимического мониторинга складывающейся ситуации.

Литература

галоген почва агроценоз удобрение

1. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 2002. 334 с.

2. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.

3. Конарбаева Г.А. Галогены в почвах юга Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. 200 с.

4. Ермолов Ю.В. Фтор в компонентах природных ландшафтов Обь-Иртышского междуречья: дис. … канд. биол. наук. Новосибирск: ИПА СО РАН, 2002. 101 с.

5. Якименко В.Н. Калий в агроценозах Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003. 231 с.

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

7. Миллер А.Д., Капитонова Г.А. Метод определения фтора с ализаринкомплексоном в горных породах и минералах без предварительной отгонки // Методы анализа редкометалльных минералов, руд и горных пород. М., 1971. Вып. 2. С. 80-89.

8. Проскурякова Г.Ф., Никитина О.Н. Ускоренный вариант кинетического роданиднонитритного метода определения микроколичеств йода в биологических объектах // Агрохимия. 1976. №7. С. 140-143.

9. Соколова Т.А. Глинистые минералы в почвах гумидных областей СССР. Новосибирск: Наука, 1985. 250 с.

10. Гапонюк Э.И., Кузнецова М.В. Влияние фтористого натрия на свойства почвы и развитие некоторых сельскохозяйственных культур // Гигиена и санитария. 1984. №6. С. 77-79.

11. Санитарные нормы допустимых концентраций токсичных веществ. СанПиН 42-1264433-87 // Методы определения загрязняющих веществ в почве. М., 1988. 72 с.

12. Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. М.: Мир, 1980. 662 с.

13. Сараев В.Г. Техногенное рассеяние фтора в почвах Катэка // География и природные ресурсы. 1986. №4. С. 142-146.

14. Минеев В.Г., Грачева М.К., Ефремов В.Ф. и др. Фтор в почвах и корнеплодах кормовой свеклы // Химия в сельском хозяействе. 1987. №2. С. 45-47.

15. Танделов Ю.П. Фтор в системе почва - растение. М.: Изд-во МГУ, 2004. 106 с.

16. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. 261 с.

17. Казанцев В.А. Проблемы педогалогенеза. Новосибирск: Наука, 1998. 280 с.

18. Якименко В.Н. Изменение содержания форм минерального азота и калия в профиле почвы агроценоза // Вестник Томского государственного университета. 2009. №328. С. 202-207.

19. Кашин В.К. Биогеохимия, фитофизиология и агрохимия йода. Л.: Наука, 1987. 261 с.

20. Ковальский В.В. Биологическая роль йода // Биологическая роль йода. Научные труды ВАСХНИЛ. М.: Колос, 1972. С. 3-32.

21. Покатилов Ю.Г. Биогеохимия биосферы и медико-биологические проблемы. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма, 1993. 65 с.

Размещено на Allbest.ru