ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2012, № 2, с. 166-172
ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.41
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ (МЕДЬ, СВИНЕЦ, НИКЕЛЬ, КАДМИИ) В ОРГАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ БУРЯТИИ
© 2012 г. Г. Д. Чимитдоржиева1, А. З. Нимбуева2, Е. А. Бодеева1
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 2Бурятский республиканский педагогический колледж, 670034, Улан-Удэ, ул. Хоца-Намсараева, 5
e-mail: galdorj@gmail.com Поступила в редакцию 23.06.2009 г.
Приводятся уровни накопления меди, свинца, никеля и кадмия в системе: порода —»- почва —»- растения —органическое вещество в серых лесных почвах. В почвообразующих породах серых лесных почв Бурятии содержание меди, свинца, никеля не превышает кларка, а кадмий отмечен в следовых количествах. Содержание меди и никеля в гумусовом слое почв ниже, чем в породе, а свинца превышает таковое. Содержание меди, свинца, никеля в органической части почвы и в травянистой растительности находится в соответствии с их количеством в почве и не превышает средние фоновые, кларковые значения. Кадмий не обнаружен в надземной части травостоя, однако присутствует в корневой массе и в органогенном слое почвы. В гумусе серых лесных почв тяжелые металлы преимущественно находятся в кислом фильтрате, остающимся после осаждения гуминовых кислот.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что органические вещества являются основным источником плодородия почв и сорбентами химических элементов [3, 24]. Концепция об общих закономерностях образования в почвах соединений химических элементов, их системной организации и защитных функциях в экосистеме подробно изложена Мотузовой [26]. В современных условиях в связи с развитием тури-стическо-рекреационной зоны на территории бассейна оз. Байкал возникла необходимость оценки экологической обстановки в регионе. Наряду с хорошей изученностью микроэлементного состава почв и растений Забайкалья [16, 20—22, 30, 31] исследований содержания тяжелых металлов (ТМ) в органическом веществе серых лесных почв не проводилось. Физиологическая роль и уровни фитотоксичности ТМ рассмотрены Авцы-ным с соавт. [1].
Цель работы — определение уровней накопления в почвах и растениях меди, свинца, никеля и кадмия, а также их распределение в органическом веществе почвы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследования послужили серые лесные неоподзоленные почвы, формирующиеся в нижних частях северных склонов хребтов: Улан-Бургасы на рыхлых песчаных отложениях (разр. 1); Тункинские гольцы на аллювиальных песчаных отложениях (разр. 2); Малханский на элювий-
дэлювий гранитодиоритов (разр. 3) под березово-осиновыми лесами с богатым травянистым покровом.
Определение физико-химических свойств почв проводилось общепринятыми методами [2, 4]. Валовое содержание ТМ определено методом атомно-абсорбционной спектроскопии в почвах после разложения прокаленного образца ИБ в присутствии И2804 и перевода в солянокислый раствор [2]; в органической части почвы, полученной после многократной обработки почвы, и в гуминовых препаратах, выделенных из этого же фильтрата смесью 0.5 н. ШОИ с 0.01 М ЭДТА [34]; в растительных образцах после их сухого озоления и последующего перевода осадка в солянокислый раствор [2]. Органическое вещество кислого фильтрата, оставшееся после осаждения ГК, принимали за ФК согласно методу Гримме [34]. ТМ определяли в вытяжке смеси №0И и ЭДТА [32], поскольку она извлекает значительное количество органического вещества, слабо действуя на минеральную часть почвы, в смешанных из трех разрезов почвах, сформированных под одним и тем же биогеоценозом, очень близких по основным физико-химическим свойствам (табл. 1). Содержание гумуса и его фракционный состав иссследовали методом Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой [2].
Одновременно с почвенными образцами на тех же пробных площадках для определения биопродуктивности фитоценоза и уровня накопления в нем ТМ производился укос надземной мас-
Таблица 1. Физико-химическая характеристика серых лесных почв лесостепи Бурятии, п = 3 (слой 0—20 см)
Местоположение разреза С общ, % рН водный Содержание частиц (мм), % Сумма поглощенных оснований, мг-экв/100 г
<0.001 <0.01
Разр. 1. с. Дулан, хр. Улан-Бургасы 2.3 6.3 2.9 14.9 19.5
Разр. 2. с. Галбай, Тункинские гольцы 2.2 6.4 2.6 17.6 18.8
Разр. 3. с. Малый Куналей, хр. Малханский 2.1 6.5 4.3 21.9 21.0
Таблица 2. Фракционный состав углерода гумуса серых лесных почв Бурятии (п = 3), % от С общ
Глубина, С общ, % С гк С фк Негидролизуе- С гк
см 1 2 3 £ 1а 1 2 3 £ мый остаток С фк
5-17 2.2 2.9 16.0 10.1 29.0 7.2 0 10.1 2.2 19.5 51.5 1.5
сы с площади 1 м2, а также отбор корней из монолита размером 25 х 25 х 20 см3. Анализируемые растения не подразделялись на виды, семейства, поскольку целью работы было определить уровень накопления ТМ в целом в укосах надземной фитомассы. Элементы рассчитаны в миллиграммах на килограмм породы, почвы и растений.
Количество ТМ, экспериментально найденное в объектах исследований, сравнивали с кларками по Виноградову [7] и средними региональными [11]. Под органической частью почвы нами подразумеваются гумусовые вещества, экстрагированные методом [34] из образцов почв, лишенных растительных остатков.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Исследованиями в области геохимии и почвоведения [6, 7, 12—15, 17, 23, 24, 26] выявлено, что элементный состав почв имеет системную организацию и региональные особенности изменения в зависимости от состава горных пород и растений. Известно, что природным источником ТМ являются породы. В ходе почвообразовательного процесса происходит перераспределение элементов, содержащихся в материнской породе, но особенности химического состава почвообразую-щих пород в связанных с ними почв сохраняются. Ионы ТМ способны специфически адсорбироваться почвами с образованием относительно прочных связей координационного типа с некоторыми поверхностными функциональными группами. Специфическая адсорбция избирательна и зависит как от свойств сорбируемых
ионов, так и от природы поверхностных функциональных групп, поэтому ТМ энергично адсорбируются почвами из растворов [27].
Серые лесные почвы, сформированные на легких почвообразующих породах, идентичны по основным параметрам плодородия: низкое содержание углерода гумуса — 2.1—2.3%; величина рН слабокислая — 6.3—6.5; сумма поглощенных оснований — 18.8—21.0 мг-экв/100 г; содержание илистых частиц составляет 2.6—4.3%; количество физической глины — 15—22%. В гумусе преобладают ГК (С гк : С фк = 1.5), а в их фракции — кальциевые гуматы, последнее является отличительной особенностью региональных серых лесных почв (табл. 2). Это обусловлено качественным составом надземного опада березы, осины с преобладанием бобовых растений в богатом лесном разнотравье. Величина негидролизуемого остатка, определяемого по разности между С общ и суммой С гк и С фк, высока (52% от С общ).
По мнению Ильина и Сысо [18], специфическая адсорбция ТМ обусловлена составом гумуса и гидрооксидов железа и марганца, наличием тончайших пленок на глинистых частицах, которыми обеднены изучаемые почвы.
Почвообразующие породы изучаемых серых лесных почв содержат мало меди, свинца, никеля, а кадмий найден в следовых количествах (рисунок).
В рыхлых песчаных и аллювиальных отложениях (разр. 1 и 2) меди находится соответственно 28 и 36, а в элювио-делювий гранитодиоритов (разр. 3) — 19, и в среднем — 28 мг/кг, что подтверждает данные Иванова и Сосоровой и Кашина
ФК
2.5 54%
II
ФК
2.5
52%
III
ФК
8.1
60%
IV
А
£ = 4.6
£ = 4.2
£ = 13.4
£ = 0.1
ФК
0.1
100%
мг/кг
30 -
25 -
20 -
15 -
,ГК 10 -
2.1 5 -
46% 0 25
г
20 -
15 -
10 -
\ГК 2 5 -
48% 0 70
60 -
50 -
40 -
^ГК 5.3 40% 30 20 10 -
0
0.40 г
0.35 -
0.30 -
0.25 -
0.20 -
0.15 -
0.10 -
0.05 -
0
Б
I I
гор. С гор. А подземная надземная масса растений
Содержание тяжелых металлов (меди (I), свинца (II), никеля (III) и кадмия (IV)) в гумусовых веществах (А) и в системе: порода—почва—растение (Б), мг/кг.
I
[16, 31]. Например, песчаные породы Западной Сибири также содержат незначительное количество меди — 11 мг/кг, а тяжелые — 44—55 мг [18].
Свинец содержится в песках и аллювиях (разр. 1 и разр. 2) изучаемых почв: 10 и 8, а в элювио-делю-виях (разр. 3) — 12, в среднем его содержание составляет 10 мг/кг, что также меньше кларка литосферы — 16 мг/кг [7]. По Иванову [16] в почвооб-разующих породах Забайкалья эта величина близка 24 мг/кг. В зависимости от гранулометрического состава пород содержание свинца изме-
няется: в глинистых его содержится 20, карбонатных — 9, песчаных — 7 мг/кг [15].
Количество никеля в породах данных почв следующее: 39 — в элювио-делювии гранитодиори-тов, 59 — в аллювиальных отложениях, в песчани-ко-галечниковых — 42, что в среднем составило 47 мг/кг, что также ниже кларка литосферы, равного 56 мг [7]. В осадочных породах его концентрация находится в пределах 5—90 мг/кг, причем наиболее высокие значения характерны для глинистых отложений, а низкие — для песчаников [19].
Таблица 3. Статистические данные содержания тяжелых металлов в органическом веществе серых лесных почв, выделенных по методу Гримме (п = 3), мг/кг
Элемент Органическое вещество Гуминовые кислоты
М Ь т 5 V, % М ± т 5 V, %
Медь 4.6 ± 0.5 0.8 17.4 2.1 ± 0.6 1.0 47.6
Свинец 4.2 ± 1.1 1.9 45.2 2.0 ± 1.5 1.6 80.0
Никель 13.4 ± 1.0 1.7 12.7 5.3 ± 0.5 0.9 17.0
Кадмий 0.1 ± 0.1 0 0 0 0 0
Кадмий обнаружен в следовых количествах в почвообразующих породах серых лесных почв. По Иванову [16] в почвообразующих породах Забайкалья количество его колеблется от 0.001 мг/кг в рыхлых осадочных породах до 0.08 мг/кг в элю-вио-делювии основных пород и эоловых песках. А по данным Добровольского [14], содержание кадмия в глинистых породах составляет 0.3, карбонатных — 0.04, песчаных — 0.05 мг/кг.
Естественное содержание элементов в п о ч -в а х наследуется от породы. В органогенном слое исследуемых почв содержится 15 мг/кг меди, то есть находится в пределах региональных фоновых значений [11], это связано с незначительным содержан
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.