ГЕОХИМИЯ, 2008, № 5, с. 562-569
КРАТКИЕ ^^^^^^^^^^^^^^^^ СООБЩЕНИЯ
ХРОМ В ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТАХ ЛАНДШАФТОВ ЗАБАЙКАЛЬЯ
© 2008 г. В. К. Кашин
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН 670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 E-mail: ioeb@bsc.buryatia.ru Поступила в редакцию 16.10.2006 г.
Экологическая значимость хрома заключается в том, что, с одной стороны, он является жизненно необходимым микроэлементом для организма человека и животных при нормальных содержаниях, с другой - опасным токсикантом при высоких концентрациях. Основные проявления биологической роли хрома в организме животных - это его взаимодействие с инсулином в процессах углеводного обмена и поддержание уровня сахара в крови в оптимальных количествах, а также участие в структуре нуклеиновых кислот [1-3]. Биологическую активность проявляет только Сг3+ [4]. Недостаток хрома в организме человека приводит к заболеванию сердечно-сосудистой системы, эндокринной системы, гипергликемии, глю-козурии, энцефалопатии, периферической нейро-патии [2]. Нарушение баланса хрома у человека наблюдается довольно часто.
Соединения хрома широко используются в металлургии, в химической, кожевенной и др. отраслях народного хозяйства. Повышенные концентрации хрома (Сг6+) оказывают токсическое действие на людей, работающих на этих производствах. В Программе глобального мониторинга хром рассматривается как один из приоритетных токсикантов окружающей среды.
Таким образом, проблема хрома в биосфере имеет два важных аспекта - биологический при нормальных концентрациях и дефиците и экоток-сикологический - при повышенных. В связи с этим необходим контроль за содержанием хрома в объектах окружающей среды различных регионов, характеризующихся спецификой геохимических условий и различием техногенного воздействия на экосистемы. Данные о содержании хрома в объектах ландшафтов Забайкалья в литературе отсутствуют. В задачу работы входило определение особенностей содержания хрома в почвообразую-щих породах и почвах, зависимости его накопления в растениях от содержания в почве, а также уровня вовлечения элемента в биогенную миграцию степных, луговых и культурных ценозов.
Объекты и методы исследований. Исследования проводили в 12 наиболее населенных центральных и южных районах Бурятии (Западное
Забайкалье), расположенных в бассейне реки Селенги - основного притока оз. Байкал, на котором формируется 50% водного стока озера. Ключевые площадки размером 100 х 100 м закладывали на типичных участках степей, лугов и культурных посевов таежных, лесостепных, степных и сухостеп-ных ландшафтов в соответствии с методическими рекомендациями [5]. На каждой площадке закладывали основной почвенный разрез и 4-6 полуразрезов. На всех точках наблюдения проводили сопряженное опробование почвенных горизонтов и пород, отдельных видов растений, а также укосов фитомассы с 1 м2 в 4-6-кратной повторности. Отбор проб - в период наибольшей биопродуктивности (массового цветения растений доминантов). Растения подвергали сухому озолению при 450°С. Содержание хрома во всех пробах определяли атомно-абсорбционным методом с пламенной ато-мизацией вещества в смеси ацетилен-воздух после серии предварительных операций при подготовке проб к анализу [6]. Аналитическая повторность 3-кратная. Пределы обнаружения хрома в почвах 7.5, в растениях 0.5 мг/кг. Относительная погрешность определения 6-9%. Математическую обработку данных проводили стандартными методами по [7]. Определяли следующие статистические параметры: п - количество определений, М - средняя арифметическая, т - ошибка средней арифметической, V- коэффициент вариации, г - коэффициент корреляции. Кроме того, рассчитывали геохимический коэффициент концентрации (Кк) и биогеохимический - коэффициент биологического поглощения (Кб).
Хром в почвообразующих породах. Содержание хрома в почвообразующих породах региона изменялось от 17 до 100 мг/кг (табл. 1). Самое низкое содержание хрома (17-25 мг/кг) отмечено в аллювиальных и делювиальных песчаных отложениях таежных, а самое высокое (84-100 мг/кг) в делювиальных суглинистых отложениях степных ландшафтов. Наиболее часто встречающиеся концентрации хрома - 25-65 мг/кг (76% от всего количества определений). Среднее содержание хрома во всей совокупности изученных почвообразующих пород равно 50 мг/кг, что в 1.7 раза ни-
ХРОМ В ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТАХ ЛАНДШАФТОВ ЗАБАЙКАЛЬЯ Таблица 1. Содержание хрома в почвообразующих породах Забайкалья
Почвообразующая порода
п Хром, мг/кг
пределы колебаний среднее
К
Делювиальные песчаные отложения
Аллювиальные отложения Песчаные отложения
Делювиальные отложения, суглинки
То же, супеси
Аллювиальные отложения
Северная часть изученной территории Таежные ландшафты 5 26-34
5 17-23
8 25-33
Лесостепные ландшафты 16 27-46
10 24-32
16 17-33
Южная часть изученной территории Сухостепные ландшафты
30
20
29
36
28
30
0.4
0.2 0.4
0.4
0.3 0.4
Делювиальные отложения, 15 55-95 71 0.9
суглинки
То же, супеси 15 42-70 54 0.7
Аллювиальные отложения 15 45-95 68 0.8
Древнеозерные отложения 6 70-95 80 1.0
Эоловые пески 7 34-45 40 0.5
Степные ландшафты
Делювиальные отложения, 5 84-100 92 1.1
суглинки
То же, супеси 22 40-65 53 0.6
Эоловые пески 9 40-55 47 0.6
Аллювиальные отложения 18 35-90 58 0.7
Примечание. Кк - коэффициент концентрации, равный отношению среднего содержания хрома в породе к среднему содержанию хрома в земной коре. Среднее содержание хрома в земной коре по [9] 83 мг/кг.
же его среднего содержания в литосфере. Это свидетельствует о рассеянии хрома в почвообразующих породах региона по отношению к среднему содержанию в литосфере: коэффициент концентрации (рассеяния) в среднем составляет 0.4-0.7 и лишь в единичных случаях он достигал 1.0.
Геологически Забайкалье представляет собой весьма неоднородную территорию. Здесь развиты изверженные, метаморфические, осадочные образования докембрия, палеозоя, мезозоя и кайнозоя. Доминирующими горными породами являются гранитоиды, вместе с тем встречаются диориты, сиениты, габбро, дуниты, базальты, известняки, песчаники, глинистые сланцы [8]. При этом породы пространственно часто сменяют друг друга, что создает литологическое разнообразие территории, с которым связана вариабельность литогеохимиче-ского фона. Хром относится к литофильным элементам, накапливающимся в повышенных количествах в основных породах - 230 мг/кг и в 16 раз меньше в кислых - 14 мг/кг, в средних - 100 мг/кг [9]. Поэтому преобладание в качестве коренных
горных пород в регионе кислых и средних пород является причиной пониженного по сравнению с кларком содержания хрома.
Анализ пространственного распределения хрома в почвообразующих породах региона позволил выявить локальную особенность: содержание хрома в среднем в два раза выше в почвообразующих породах южной части (степные и сухо-степные ландшафты) по сравнению с северной (таежные и лесостепные). Различное содержание хрома в почвообразующих породах обусловлено прежде всего характером коренных пород: на севере доминируют кислые породы, а на юге наряду с ними встречаются средние и основные. В частности, в щелочных базальтах Джидинского р-на содержание хрома достигало 80-380 мг/кг [10]. Кроме того, ландшафтно-геохимические условия северных р-нов: слабокислая реакция почвообразующих пород и почв (рН 6.0-6.3) и более высокая увлажненность (400-600 мм осадков) способствуют миграции хрома из ландшафтов, а южных -
Содержание Сг в почвообразующих породах, мг/кг
Рис. 1. Зависимость содержания хрома в почвах от
его концентрции в почвообразующих породах.
рН 7.0-8.5 и аридность (250-300 мм осадков), напротив, его фиксации.
Содержание хрома зависит от гранулометрического состава пород. Оно ниже в супесях и песках и выше в 1.5-1.9 раза в суглинистых отложениях. Это связано с тем что хром, как и многие другие рассеянные элементы, концентрируется на отрицательно заряженной поверхности высокодисперсных глинистых частиц за счет сорбции на ней путем электростатического взаимодействия и даже включения его в межпакетное пространство и образования более прочных внутрисферных комплексов [11]. Содержание глинистой фракции в различных почвообразующих породах Забайкалья изменялось в 3 раза - от 5 до 15%.
Важное значение в оценке уровня содержания хрома в породах и почвах имеет соотношение между основными компонентами их химического состава - оксидом кремния и суммой оксидов других элементов. Чем выше содержание кремнезема, тем меньше количество рассеянных элементов. Содержание 8Ю2 в почвообразующих породах Забайкалья варьирует от 61 до 73%, а доля оксидов других элементов от 27 до 39% [12]. Поэтому различия в содержании глинистых минералов и соотношении между диоксидом кремния и оксидами других элементов существенно влияет на количество хрома в породах и в значительной мере определяет гетерогенность его пространственного распределения.
Хром в почвах. Для региона характерна географическая неоднородность распределения хрома в почвах, обусловленная различиями его содержания в породах. На рис. 1 видна четкая зависимость содержания хрома в почвах от его концентрации в почвообразующих породах. Тесную сопряженность этих параметров отражает коэффициент линейной корреляции: г = 0.92. Это связано с тем, что
масса изученных нами почв на 94.5-98.8% состоит из минерального вещества (содержание гумуса -1.2-5.5%). Поэтому элементный состав почв обусловлен прежде всего составом вещества почвообразующих пород.
Дифференциация рассеянных элементов в почвенном профиле контролируется содержанием органического вещества, илистой фракции, наличием сорбционных геохимических барьеров, рН среды. В условиях Забайкалья следует выделить два наиболее характерных типа вертикального распределения хрома. В каштановых почвах и мучнисто-карбонатных черноземах степных и сухостепных ландшафтов при наличии щелочного сорбционного барьера в карбонатном горизонте наблюдается повышенное накопление хрома в 1.6-1.8 раза по сравнению с почвообразующей породой. Это обусловлено как увеличением рН в горизонте Вк до 7.6-8.7 (в горизонте А рН 7.0-7.2) и оса
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.