ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 10, с. 1242-1253
= ХИМИЯ ПОЧВ :
УДК 540.42:631.41
БАРИЙ В КОМПОНЕНТАХ ЛАНДШАФТОВ ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ
© 2015 г. В. К. Кашин
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6
e-mail: vladkashin2008@rambler.ru Поступила в редакцию 16.04.2014 г.
Изучено содержание бария в почвообразующих породах, почвах и растениях лесостепных, степных и сухостепных ландшафтов Забайкалья. Средние содержания бария в породах и почвах больше в 1.8—2.1 раза по сравнению с их кларками. Выявлена положительная корреляция между содержанием бария в почвах, почвообразующих породах и растительности и отсутствие связи с рН и содержанием гумуса. Определено пространственное и профильное распределение бария в почвах. По коэффициенту биологического поглощения растениями из минеральных почв барий отнесен к группе слабого накопления — 0.55—0.65, а на аллювиально-болотной почве — сильного накопления — 6.0. Среднее содержание бария в степной, луговой и культурной растительности в 1.8—2.3 раза превышает его среднее содержание в растительности континентов. Вовлечение бария в биологическую миграцию растительности наиболее интенсивно в луговых ландшафтах и минимально в степных ландшафтах.
Ключевые слова: почвообразующие породы, почвы, растения, коэффициент биологического поглощения, Luvisols, Chernozems, Kastanozems, Fluvisols.
DOI: 10.7868/S0032180X15100044
ВВЕДЕНИЕ
Барий широко распространен в природе. По содержанию в земной коре он занимает 14-е место среди химических элементов. Он относится к литогенным, катионогенным элементам. Барий — щелочноземельный элемент 2А-группы периодической системы, на внешнем электронном слое имеет 2 электрона (б«2), которые легко отдает в химических реакциях, проявляя сильные восстановительные свойства [7, 11], в водных растворах образует простые свободные катионы [19].
В объектах окружающей среды барий — элемент второго класса опасности в воде (ПДК в питьевых водах 0.7 мг/л по нормативам Всемирной организации здравоохранения), третьего класса в почвах (условно допустимая концентрация валового Ва 1500 мг/кг [17], ПДК подвижного, по данным нидерландских экологов, 9 мг/кг [5]), в организме человека барий — потенциально токсичный элемент (токсичная доза 0.2 г) [24]. Группы риска — работники стекольной, керамической, бумажной и металлургической промышленности.
Содержание бария в кормовых и пищевых растениях колеблется в пределах 1—198 мг/кг [34]. Среднее содержание его в растительности суши — 22.5 мг/кг сухой массы [9]. Норма бария для жвачных животных 16—20 мг/кг сухого вещества корма [20], что близко к уровню таких жизненно важных микроэлементов, как цинк, медь, марганец, поэтому он представляет большой интерес с эко-
логической точки зрения. Однако биогеохимия бария и его содержание в почвах изучены очень слабо [5, 10].
Барий — антагонист кальция. Его избыток в почве и растениях приводит к нарушению обмена кальция и поражению костной ткани. Барий способен замещать ионы кальция с образованием очень прочного и малорастворимого Ва3(Р04)2, что вызывает эндемическое заболевание — остео-дистрофию. Это заболевание широко распространено среди сельскохозяйственных животных Забайкалья [3, 12].
Цель работы — изучение содержания и распределения бария в почвообразующих породах, почвах, отдельных видах растений и в укосах растительности степных, луговых и агрономических ценозов. В задачи работы входило установление уровней содержания бария в разных компонентах ландшафтов, выявление связи между содержанием бария в почвах и породах, рН и гумусом, в почвах и растительности, оценка интенсивности биологического поглощения и эколого-геохими-ческого состояния элемента в этих объектах центральных и южных районов Бурятии (Западное Забайкалье).
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в 12-и районах Республики Бурятия, расположенных в бассейне
р. Селенга — главного притока оз. Байкал. На этой территории сосредоточено основное количество населения Бурятии, производится преобладающая часть сельскохозяйственной продукции, на ней расположены крупные промышленные узлы, в числе которых предприятия по производству стекла, цемента, ТЭЦ, являющиеся источниками выбросов в окружающую среду химических элементов, в том числе бария.
Объектами исследования служили основные типы почвообразующих пород (делювиальные и аллювиальные отложения), черноземы (Chernozems), серые лесные (Luvisols), каштановые (Kastanozems) и пойменные аллювиальные (Flu-visols) почвы, отдельные виды растений и укосы фитомассы степной, луговой и культурной растительности с 1 м2 для расчета выноса элемента с единицы площади. Расчет выноса элемента производили путем умножения его содержания в укосе (мг/кг сухого вещества) на урожайность сухой фитомассы (кг/га). Карта района исследований с местами отбора проб, а также методика их отбора и подготовки к анализам опубликованы ранее [35].
Определение содержания гумуса в почвах проводили по методу И. В. Тюрина в модификации Пономаревой—Плотниковой, рН — потенцио-метрическим методом [1]. Содержание бария в породах, почвах и зольном остатке растений определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с плазменным источником возбуждения в аттестованном на техническую компетентность Аналитическом центре Республики Бурятия. Нижний предел обнаружения бария в почвах 15 мг/кг, в золе растений 5 мг/кг. Погрешность анализа 6—9%. Для калибровки и контроля точности измерения использовали государственные стандартные образцы состава почв и золы растений. Аналитическая повторность трехкратная. О биологической доступности бария в почвах судили по коэффициенту биологического поглощения (КБП) — отношению содержания элемента в золе растений к валовому содержанию его в почве [16]. Статистическая обработка результатов проведена стандартными методами с расчетом среднего арифметического (М), его стандартной ошибки (m), пределов колебаний, коэффициента корреляции (г), коэффициента вариации (V).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Барий в почвообразующих породах. Почвообразующими породами на большей части территории Забайкалья являются маломощные толщи элюво-делювия коренных пород, которые содержат их обломки и слабовы-ветрелый щебень. Преобладающими коренными породами служат разновозрастные гранитоиды и породы гранитовой группы, в меньшей степени
основные — базальты, габбро-сиениты, гиперба-зиты. Породообразующие минералы гранитоидов представлены кварцем и полевыми шпатами. В межгорных котловинах и широких участках речных долин почвообразование происходит на мощной толще рыхлых наносов делювиально-пролювиальных отложений, древнего и современного аллювия, озерных отложений [21].
Изучение распределения бария в коренных породах Западного Забайкалья выявило, что в кислых батолитовых гранитоидных комплексах его концентрации составляли в Баргузинском — 1890-2630, Витимканском - 1950-3510, Джи-динском — 940-2425, Бичурском — 1215-1580; в осадочно-метаморфических породах - 9402700 мг/кг [8].
В табл. 1 приведены вариационно-статистические показатели содержания бария в почвообра-зующих породах таежных, лесостепных, степных, сухостепных и пойменных ландшафтов Западного Забайкалья. Видно, что в делювиальных отложениях концентрация бария варьирует от 790 до 1470 мг/кг, в аллювиальных отложениях - от 785 до 1500. Различие максимального содержания от минимального достигало 1.8-2.0 раза, коэффициент вариации - 20-27%. Наименьшее содержание бария отмечено в породах сухостепных ландшафтов - 885-950, а наибольшее в породах степных ландшафтов - 1115-1160 мг/кг. Среднее арифметическое содержание бария в делювиальных отложениях составляет 996 ± 50, в аллювиальных отложениях - 984 ± 55, среднее региональное в почвообразующих породах - 990 ± 52 мг/кг.
Распределение бария в земной коре определяется его физико-химическими свойствами как щелочноземельного элемента, не обладающего переменной валентностью, а также минералогическим составом коренных и осадочных пород. Эти факторы обусловливают то, что в отличие от большинства микроэлементов, содержащихся в повышенных количествах в основных породах, барий концентрируется в кислых породах. Кларк бария в земной коре 470, в кислых породах - 700, средних - 400, основных - 290, осадочных - 430, глинистых - 550, песчаниках - 300 мг/кг [4, 27].
Сравнение приведенных выше данных с кларками свидетельствует о значительном превышении концентрации бария в коренных и почвооб-разующих породах Забайкалья. Среднее содержание бария в почвообразующих породах региона в 1.8-2.1 раза больше (в коренных в 2.0-3.5 раза), чем его кларк в земной коре и осадочных породах. Причина заключается в том, что они относятся к кислым и средним породам: содержание SiO2 в них варьирует от 57 до 68%, а одним из основных породообразующих минералов служит (щелочной) калиевый полевой шпат, количество которого составляет 35-45% [28]. Полевой шпат являет-
Таблица 1. Вариационно-статистические показатели содержания бария в почвообразующих породах и почвах (0—20 см) ландшафтов Забайкалья
Барий, мг/кг
Почвообразуюгцие породы Почвы Гумус, % рН водный породы почвы
Ит М± т Ит М±т
ы
Я
О Л и
о и
и й и
м к
и
£
о
Таежные ландшафты (я = 8)
Делювиальные отложения Аллювиальные отложения Песчаные отложения
Делювиальные отложения Аллювиальные отложения
Делювиальные отложения Аллювиальные отложения
Делювиальные отложения Аллювиальные отложения
Серые лесные Аллювиальные луговые Аллювиальные болотные
Серые лесные Аллювиальные луговые
Черноземы дисперсно-кар-бонатные
Аллювиальные луговые
1.7-2.3 2.1-3.7
6.2-7.0 6.4-7.2
850-950-
1010 1070
950 ± 36 1000 ±25
Лесостепные ландшафты (я = 11)
2.4-3.8 3.1-4.9
6.8-7.2 6.7-7.4
Степные ландшафты (я = 11)
2.8-3.7
2.2-4.7
7.0-7.2
6.9-7.1
Сухостепные ландшафты (я = 10)
Каштановые типичные Аллювиальные луговые
1.4-2.1 2.3-2.7
7.1-7.8 6.8-7.2
810-795-
995-1010-
790-785-
1015 1030
1470 1500
1105 1005
925 ± 34 935 ± 42
1160 ±79 1115 ±72
950 ± 50 885 ±54
805-995
825-1010
158-194
825-1075 935-1030
795-1095 950-1050
810-1075 800-1285
Пойме
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.