научная статья по теме ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ ПОРОДА-ПОЧВА-ГУМУС-РАСТЕНИЕ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ МЕРЗЛОТНОЙ ПОЧВЫ БУРЯТИИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ ПОРОДА-ПОЧВА-ГУМУС-РАСТЕНИЕ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ МЕРЗЛОТНОЙ ПОЧВЫ БУРЯТИИ»

АГРОХИМИЯ, 2014, № 1, с. 90-96

УДК 632.122.1:631.41:631.445.4(571.54)

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ ПОРОДА-ПОЧВА-ГУМУС-РАСТЕНИЕ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ МЕРЗЛОТНОЙ

ПОЧВЫ БУРЯТИИ

© 2014 г. Г.Д. Чимитдоржиева1, А.З. Нимбуева2, Е.А. Бодеева3

1Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, Россия Е-та11: gal-dorj@gmail.com 2Бурятский республиканский педагогический колледж 670034, Улан-Удэ, ул. Хоца-Намсараева, 5, Россия 3Бурятская сельскохозяйственная академия 670024 Улан-Удэ, ул. Пушкина, 8, Россия

Поступила в редакцию 29.07.2013 г.

Не обнаружено загрязнений тяжелыми металлами Си, N1, Сг, Сё, 2п, РЬ основных компонентов экосистем территорий Озерного свинцово-цинкового рудника Западного Забайкалья. Их содержания в почвообразующей породе, лугово-черноземной мерзлотной почве и в их гумусовых веществах, а также в травянистой растительности не превышали кларка и величин ПДК. Показано, что гумусовые вещества (гуминовые и фульвокислоты) являлись барьером для тяжелых металлов при транслокации их в растения.

Ключевые слова: тяжелые металлы, система порода-почва-гумус-растение, лугово-черноземная мерзлотная почва, Бурятия.

ВВЕДЕНИЕ

Микроэлементы присутствуют в живых организмах в малых количествах, играют важную роль, входя в состав биологически активных веществ, регулирующих нормальную жизнедеятельность организма. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других жизненно важных соединений, необходимых для многих биохимических процессов, недостаток микроэлементов замедляет эти процессы и даже останавливает их. Си, N1, Сг, Сё, Zn, РЬ в количествах, превышающих их физиологическую потребность, можно считать тяжелыми металлами (ТМ). Токсическое действие повышенных концентраций ТМ заключается в том, что они легко реагируют с биомолекулами, особенно с белковыми, в связи с тем, что ионы металлов высокореакционноспособны, а в белковых макромолекулах имеются многочисленные функциональные группы [1].

Следует отметить, что влияние ТМ на живые организмы весьма разнообразно. Это обусловлено, во-первых, химическими особенностями металлов, во-вторых, отношением к ним организмов и, в-третьих, условиями окружающей среды.

Изучение содержания ТМ в лугово-чернозем-ной мерзлотной почве Бурятии в связи с разработ-

кой Озерного свинцово-цинкового месторождения в Еравнинской котловине представляет актуальную научную задачу, отвечающую практическим запросам охраны окружающей среды. Исследовав содержание ТМ до начала промышленной разработки, можно определить так называемые фоновые природные их количества, содержащиеся в породе, почвах, в травянистой растительности на относительно чистых территориях, а также оценить способность гумусовых веществ связывать эти элементы. Разработка руды на месторождении набирает темпы, поэтому целью работы было определение содержания ТМ (Си, N1, Сг, Сё, Zn, РЬ) в системе порода-почва-гумус-растение лу-гово-черноземной мерзлотной почвы Бурятии.

Согласно современным экотоксикологическим данным [2], исследованы опасные Си, №, Сг, Сё, и поскольку объект исследования расположен в районе разработок РЬ и Zn, то эти ТМ включены в список исследованных элементов.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В 2005-2007 гг. изучали содержание ТМ в мерзлотной лугово-черноземной почве, сформированной на древних озерных отложениях на

Таблица 1. Физико-химическая характеристика лугово-черноземной мерзлотной почвы

Горизонт Слой, см рНН2О Частицы, мм Сумма поглощенных оснований, мг-экв/100 г Собщ, %

<0.001 <0.01

%

А 5-20 6.80 15.4 22.8 28 5.61

АВ 25-35 7.50 19.5 35.7 22 1.75

В1 35-70 8.20 15.2 38.0 20 0.93

Вк 70-90 8.45 24.5 44.6 14 Не определяли

ВС 110-140 8.45 11.7 21.2 Не определяли

Таблица 2. Фракционный состав гумуса лугово-черноземной мерзлотной почвы, % от Собщ почвы при п = 3

Глубина, см % ,щ б о С С ГК С ^ФК НО и Ф и и С

ГК-1 ГК-2 ГК-3 ХГК ФК-1а ФК-1 ФК-2 ФК-3 Хфк

5-15 5.6 8.5 9.6 8.1 26.2 2.3 5.4 5.2 3.2 16.1 57.3 1.6

юге Витимского плоскогорья. Определение физико-химических свойств почв проводили общепринятыми методами [3]. Валовое содержание ТМ определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии: в почвах после разложения предварительно прокаленного образца с помощью ЭТ в присутствии Н2Б04 и перевода в солянокислый раствор [3]; в органической части почвы, полученной после многократной обработки почвы, и в гуминовых препаратах, выделенных из этого же фильтрата смесью 0.5 н. №0Н с 0.01 М ЭДТА [4]; в растительных образцах после их сухого озоления и последующего перевода осадка в солянокислый раствор [3]. Органическое вещество кислого фильтрата, оставшееся после осаждения ГК, принимали за ФК, согласно методу Гримме [4]. Содержание ТМ определяли в вытяжке смеси №0Н и ЭДТА из смешанных образцов трех почвенных разрезов под целинной разнотравно-злаковой растительностью, проективное покрытие которой составляло 70-80%. Содержание гумуса и его фракционный состав исследовали методом Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой.

Объектами исследования были почвообразу-ющая порода (ПП), органогенный слой почвы, гумусовые вещества почвы, надземная масса травянистой растительности и ее корни, отобранные на лугово-черноземной мерзлотной почве. На пробных площадках производили укос надземной травянистой массы с площади 1 м2 и отбор корней из монолитов размером 25*25*20 см3. Анализируемые растения не подразделяли на семейства и виды, поскольку целью работы было определить

уровень накопления ТМ в укосах надземной фи-томассы, идущей на корм скоту. Содержание элементов рассчитано в мг/кг породы, почвы и сырой массы растений.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

По гранулометрическому составу лугово-чер-ноземная мерзлотная почва - суглинистая, содержание физической глины составляло 23%, в карбонатном горизонте - 45%. Содержание илистых частиц значительно увеличивалось вниз по профилю от 15 до 25%. Почвы насыщены основаниями по всему профилю. Содержание обменных кальция и магния составляло 28 мг-экв/100 г почвы. С глубиной содержание кальция и магния убывало. Реакция почвенной среды нейтральная; с глубиной, в карбонатном горизонте она становилась слабощелочной (табл. 1).

В со ставе гумусовых кислот значительную долю составляют гуминовые кислоты, и соотношение СГК : СФК равно 1.6, эта величина в европейских черноземах составляет 2.3-3.0 [5]. Тип гумуса в верхних горизонтах почв - фульватно-гуматный, вниз по профилю содержание фульвокислот увеличивалось. Низкой была степень гумификации (26-37% от Собщ). Особенностью состава гумуса этих почв является то, что в них высока доля углерода НО (57%), и содержание всех фракций ГК и ФК было примерно одинаковым (табл. 2).

В почвенно-геохимических исследованиях основную долю информации получают за счет оп-

Таблица 3. Среднее валовое содержание ТМ в лугово-черноземной мерзлотной почве, мг/кг

Место отбора [источник данных] Си гп Сё Сг РЬ N1

Еравнинская котловина [6] 23.1 159 1.0 67.1 22.0 15.9

Еравнинская котловина [7] 24.0 84.0 - - - -

Кларк для почв мира [8] 20 50 - - 10 40

ПДК [9] 55 100 3 100 32 85

ределения содержания валовых ТМ в почвооб-разующих породах и почвах. Это связано с тем, что в большинстве своем современные оценки биогеохимических и эколого-геохимических ситуаций опираются на этот показатель как широко апробированный на практике. Различия в содержании ТМ в верхнем горизонте почв связаны как с минералогическим, так и гранулометрическим составами пород, также и с разнообразием условий почвообразования. В России содержание ТМ в почвах регламентируются несколькими санитарно-гигиеническими показателями. В табл. 3 приведены данные о среднем содержании валовых форм изученных элементов.

Содержание меди в земной коре составляет 0.01%, среднее ее содержание в литосфере -47 мг/кг [10]. Медь образует большое число минералов, из которых наиболее распространены первичные - простые и сложные сульфиды. Медь в почвах, как и другие ТМ, входит в состав кристаллической решетки алюмосиликатов и других минералов. Преобладающей в поверхностных средах подвижной формой меди является катион с валентностью +2. Ионы меди способны прочно удерживаться в обменных позициях как неорганических, так и органических веществ [8]. В почвах медь, наряду с никелем, более опасна, чем считающиеся таковыми свинец и цинк [2]. Способность почвенного гумуса вступать во взаимодействие с различными катионами зависит от свойств металлов. Медь, по мнению многих исследователей, относится к числу сильных комплексообразователей и закрепляется в почве в виде прочных органических хелатов [11].

Известно, что химический состав почвы наследует таковой от породы. Количество меди в органогенном слое почвы составляло 23.1 мг/кг, что было на уровне ее содержания в почвообра-зующей породе - 29.8 мг/кг, которое считается низким. Подобные данные получены в работе [12] в аласных почвах Якутии. Фоновое содержание меди в почвах равно 8-38 мг/кг. Среднее содержание меди в почвах мира - 30 мг/кг [13]. Наибольшее количество меди связано с оксидами железа, марганца, гидрооксидами железа и

алюминия. При рН 7.0-8.0 растворимость меди наименьшая.

Показано, что медь была закреплена гумусом почвы в количестве 13.1 мг/кг, что составляло ~6% от валового ее содержания. Основная доля меди в гумусе была связана с ФК - 11.2, меньшая -в ГК - 2.9 мг/кг почвы (рисунок а). Аналогичные данные получены в работе [14], авторы которой считают, что значительная доля катионов меди связывается ФК внутрисферно в двухвалентном состоянии, причем основными агентами взаимодействия меди в молекулах этой кислоты являются свободные радикалы СООН-- и ОН--групп.

Корневые системы травянистой растительности аккумулировали медь в количестве 17.8 мг/кг вследствие барьерной функции корней [15, 16] и невысокого коэффициента биологического поглощения элемента (КБП), в надземной массе ее содержание было меньше в 2 раза. Аналогичные результаты приведены в работе [15]. Связанная с органическим веществом медь трудно вымывается, и, по-видимому, существенно уменьшается ее доступность растениям. Показатель интенсивности за

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.

Показать целиком