Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
ШАКИРОВ Юлай Салаватович
КОНЦЕНТРАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
В ПОЧВАХ, ПОРОДАХ И РАСТЕНИЯХ ЗАПАДНОГО,
СЕВЕРНОГО И СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО РЕГИОНОВ
РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
Специальность 03.02.13 - почвоведение
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Уфа-2012
Диссертационная работа выполнена на кафедре земледелия и почвоведения Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Башкирский государственный аграрный университет
Научный руководитель | кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры земледелия и почвоведения ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет Асылбаев Ильгиз Галлямович |
Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, профессор кафедры агрохимии, защиты растений и агроэкологии ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет Багаутдинов Фатих Ягудович |
кандидат сельскохозяйственных наук, заместитель начальника отдела карантина растений и контроля за качеством безопасностью зерна и продуктов его переработки Управления Россельхознадзора по Республике Башкортостан Зиннатуллин Салават Гайнанович | |
Ведущее предприятие | ГОУ ВПО Оренбургский государственный университет, г. Оренбург. |
Защита состоится л26 апреля 2012 г. в 12 ч. на заседании диссертационного совета Д 220. 003.01 при ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет по адресу: 450001, Республика Башкортостан, г.Уфа,
ул. 50-летия Октября, 34.
Факс +7 (347) 228-08-98
E-mail:bgau@ufanet.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет.
Автореферат разослан л26 марта 2012 г. и размещен на официальном сайте ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет www.bsau.ru, а также в сети Интернет Министерства образования и науки Российской Федерации vak.mon.gov.ru.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор с.-х. наук, доцент Р.Р. Гайфуллин
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В процессе эволюции в биосфере сложилось равновесие между живыми организмами и количеством химических элементов, вовлекаемых в биогеохимический круговорот. В условиях техногенеза человек научился концентрировать атомы химических элементов в производственно-технологических циклах, обеспечивая коммуникативные условия своего существования, что в ряде регионов неизбежно привело к загрязнению почвы. Почва, являясь неоднородной многокомпонентной частью биосферы, стала мощным барьером, способным накапливать химические элементы, выводя их из биогеохимического круговорота веществ.
В Республике Башкортостан с его развитым промышленным и аграрным производствами, техногенное загрязнение накладывается на поступление химических элементов в почвы из-за повышенного естественного геохимического фона (Опекунова, Алексеева-Попова, 2001; Опекунов, Опекунова, 2005). Это обстоятельство увеличивает экологический риск (Алексеев, 1987; Ильин, 1991; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Bheemalingeswara, 1991 и др.). Химические элементы попадают на поверхность почвы, включаются в почвообразовательный процесс, поглощаются растениями и поступают в пищевые цепи живых организмов (Коршиков, 1996; Кулагин, 1998; Кулагин и др., 2000; Хазиев и др., 2000; Хабиров, Хазиев, Габбасова, 2001; Проблемы экологии Е, 2003; Зинатуллин 2004; Баимова 2009; Хабиров, Габбасова, Асылбаев, 2010).
При повышении антропогенных нагрузок на агроэкосистемы, объективная оценка содержания тяжелых металлов в почвах и растениях приобретает большую экологическую и социальную значимость.
Целью работы явилось определение концентрации химических элементов (в том числе редкоземельных и радиоактивных) в почвах, породах и растениях и оценка их содержания в лесных, пахотных, луговых экосистемах западного, северного и северо-восточного регионов Республики Башкортостан. В соответствии с целью исследований были поставлены следующие основные задачи:
Цизучить закономерности пространственного распределения химических элементов в почвах и породах;
Цвыявить особенности накопления химических элементов в растительности в природных условиях и агроценозах;
Цдать оценку изученных регионов по содержанию токсичных элементов в почвах, породах и растениях.
Научная новизна. Определено валовое содержание химических макроэлементов (литий, натрий, магний, алюминий, фосфор, сера, калий, кальций, железо), микроэлементов (бор), редкоземельных (бериллий, галлий, германий, рубидий, иттрий, цирконий, ниобий, палладий, серебро, теллур, цезий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, гафний, тантал, платина, золото, таллий, висмут) радиоактивных (торий, уран) и тяжелых металлов различного уровня токсичности (свинец, ртуть, кадмий, селен, мышьяк, цинк, сурьма, молибден, медь, кобальт, никель, хром, вольфрам, барий, стронций, марганец, ванадий, скандий) в почвах луговых, лесных и пахотных экосистем западных, северных и северо-восточных регионов Республики Башкортостан. Установлены особенности и закономерности распределения этих элементов по профилю почв в зависимости от почвообразующей породы и растительности.
Для западных, северных и северо-восточных регионов Республики Башкортостан дана сравнительная оценка почв в зависимости от содержания токсичных элементов в породах и растениях.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Изменение содержания химических элементов в почвах, породах и растениях обусловлено как генетическими свойствами почв, сформированных в различных экосистемах и ландшафтах, так и характером и уровнем антропогенных воздействий.
2. Содержание химических элементов в растениях зависит от концентрации их в почвах и породах, чем больше их в почвах, тем больше в растениях, но в целом концентрация их больше в растениях, чем в почвах и породах.
3. В западном регионе наблюдается концентрация в верхних слоях почв бора, алюминия, калия, кальция, скандия, титана, стронция, циркония, иода, меди. В северо-восточном регионе наибольшими загрязнителями являются: цинк, селен, мышьяк, молибден, хром, медь, барий, вольфрам и марганец.
4. На западе загрязнение почв и высокое содержание токсичных элементов в растениях в основном связано с техногенными факторами, на северо-востоке - с природными аномалиями, на севере - Уфимское плато является наиболее чистым в экологическом отношении районом (кроме стационара Караяр).
Практическая значимость. Результаты исследований по содержанию токсичных элементов используются для мониторинга окружающей среды. Выявленные территории с высокой концентрацией тяжелых металлов могут служить основой для конкретных мероприятий по ремедиации загрязненных почв, особенно сельскохозяйственных угодий. Установленные закономерности внутрипрофильного и пространственного распределения тяжелых металлов в почвах дополняют существующую информационную базу по экологической ситуации региона. Полученные результаты также могут быть использованы почвенно-агрохимическими, мелиоративными и природоохранными службами Республики Башкортостан при разработке Концепции Обеспечение агроэкологической безопасности в Республике Башкортостан и республиканской Межведомственной целевой программы Агроэкологическая безопасность Республики Башкортостан до 2020 г..
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены и обсуждались на V съезде Докучаевского общества почвоведов (Ростов-на-Дону, 2008), на Всероссийской научной конференции, посвященной 40-летнему юбилею Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН Биосферные функции почвенного покрова (Пущино, 2010), Всероссийской научно-практической конференции в рамках XX Юбилейной специализированной выставки АгроКомплекс-2010 (Уфа, 2010), Международной научной конференции Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России (Санкт-Петербург, 2011), Всероссийской научно-практической конференции Системы высокоурожайного земледелия и биотехнологии как основа инновационной модернизации АПК в условиях климатических изменений (Уфа, 2011). Результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах, в том числе 2 в изданиях, в рецензируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству. Она включает 202 страницы машинописного текста, 13 таблиц, 8 рисунков и 13 приложений. Список литературы включает 352 наименования, в том числе 40 иностранных.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Обзор литературы. Приведен подробный анализ литературных данных по содержанию и распределению химических элементов в почвах, породах и растениях различных экосистем функционирующих в условиях техногенеза.
Условия и методика проведения исследований. Почвенные разрезы закладывались на постоянных экологических стационарах западных, северных и северо-восточных регионов Республики Башкортостан (Распределение на регионы условное). На западе исследования проводились на 6 стационарных участках: Райманова гора, Присюньское лесничество, Акбарисовское лесничество, Туймаза, Нарыштау, Япрыково. На севере на 5 стационарных участках: Байки, Магинск, Абызово, Караяр, Бирск. На северо-востоке на 7 стационарных участках: Вознесенка, Большеустикинское, Карлыханово, Ногуши, Ургала, Еланлино, Аркаулово.
Экспериментальная работа выполнялась маршрутно-экспедиционным и лабораторно-аналитическими методами. Элементный состав почв определялся методом масс-спектрометрии с индуктивносвязанной плазмой - ICP-MS, PLASMA-QUAD, фирма VG instruments. Агрохимические исследования почв проводились общепринятыми методами (Аринушкина, 1970). Полученные результаты обрабатывались статистически (Доспехов, 1979; Дмитриев, 1995) с помощью программы Microsoft Excel, statistica for Windows 4.5 и stadia 6.2.
Концентрация химических элементов в почвах, породах и растениях. Если в начале ХХ века, при жизни В.И. Вернадского ученым было известно о концентрации в живых организмах и в почвах 20-25 элементов, в 80-ые годы - 50 элементов, то нами в 2003-2009 годы определено содержание 63 элементов в почвах, породах и растениях западных, северных и северо-восточных регионов Республики Башкортостан (табл. 1).
Таблица 1 Пределы колебаний химических элементов в почвообразующих
породах, почвах и растениях западных, северных и северо-восточных регионов
Республики Башкортостан
Элемент | Порода | Почва | Растения |
1 | 2 | 3 | 4 |
итий, Li7 | 1,2-1,35 | 36,5-1520,0 | 0,1-46,0 |
Бериллий, Be9 | 0,015-2,10 | 0,68-3,50 | 0,1-0,61 |
Бор, B11 | 32,0-79,5 | 112-1675 | 0,42-253,0 |
Натрий, Na23 | 173,5-1050 | 3617-12270 | - |
Магний, Mg24 | 2955-30845 | 1543-10163 | - |
Алюминий, Al27 | 345-429 | 13000-109067 | - |
Фосфор, P31 | 177-1410 | 11,3-9500 | 6470-9490 |
Сера, S34 | 529-1890 | 81-130333 | 220-2920 |
Калий, K39 | 271 | 6213-8920 | - |
Кальций, Ca43 | 26200-14100 | 3577-13733 | - |
Скандий, Sc45 | 0,55-131,0 | 6,5-65 | 0,1-4,1 |
Титан, Ti49 | 155-7760 | 2995-34867 | 16-544 |
Ванадий, V51 | 14-797 | 117-725 | 1,4-53 |
Хром, Cr52 | 6,7-587 | 13,8-260,3 | 1,1-34,0 |
Марганец, Mn55 | 150-5990 | 389-2040 | 29-289 |
Железо, Fe57 | 424-135000 | 50250-123000 | 981-7710 |
Кобальт, Co59 | 1,6-37,0 | 6,67-33,3 | 0,05-2,2 |
Никель, Ni60 | 6,6-148,0 | 1,0-179 | 1,4-106 |
Медь, Cu65 | 9,9-325 | 1,6-509 | 1,3-67,0 |
Цинк, Zn66 | 2,1-47,0 | 2,5-244,0 | 0,0-185 |
Галлий, Ga71 | 0,42-75,0 | 6,1-26,0 | 0,01-1,70 |
Германий, Ge74 | 0,35-3,30 | 0,12-1,75 | 0,01-2,50 |
Мышьяк, As75 | 1,71-1050 | 8,27-246,0 | 0,26-7,2 |
Селен, Se78 | 0,29-181,5 | 0,27-26,0 | 0,13-5,9 |
Рубидий, Rb85 | 0,14-62,0 | 16,0-67,3 | 3,10-31,0 |
Стронций, Sr88 | 56,0-730.0 | 8,9-340,7 | 5,1-419,0 |
Иттрий, Y89 | 0,65-27,0 | 8,67-27,0 | 0,02-6,3 |
Цирконий, Zr90 | 2,1-492,0 | 40,5-138,7 | 0,0-157,0 |
Ниобий, Nb93 | 0,2-5,1 | 0,6-7,9 | 0,01-2,5 |
Молибден, Mo95 | 0,13-3,0 | 0,03-2,17 | 0,04-2,2 |
Палладий, Pd108 | 0,08-0,95 | 0,13-1,10 | 0,01-1,5 |
Серебро, Ag109 | 0,09-1,90 | 0,16-75,5 | 0,10-2,2 |
Кадмий, Cd114 | 0,03-2,40 | 0,10-1,20 | 0,04-2,30 |
Олово, Sn120 | 1,00-2,40 | 0,0-9,23 | 7,7-86,0 |
Сурьма, Sb121 | 0,00-1,14 | 0,00-4,15 | 0,00-0,90 |
Теллур, Te126 | 0,00-0,69 | 0,01-2,05 | 0,00-0,24 |
Цезий, Cs133 | 0,00-12,00 | 1,85-5,93 | 0,00-0,54 |
Барий, Ba137 | 25,0-17500 | 57,0-4788,6 | 7,30-114,0 |
антан, La139 | 0,94-26,00 | 9,7-52,0 | 0,00-7,40 |
Церий, Ce140 | 0,99-46,00 | 22,0-95,5 | 0,00-12,0 |
Празеодим, Pr141 | 0,22-5,90 | 3,10-13,50 | 0,00-1,60 |
Неодим, Nd146 | 0,66-25,0 | 13,00-60,00 | 0,00-7,0 |
Самарий, Sm147 | 0,24-25,0 | 2,75-12,5 | 0,07-1,30 |
Европий, Eu151 | 0,09-2,60 | 1,00-3,00 | 0,01-0,30 |
Гадолиний, Gd157 | 0,45-5,80 | 2,73-14,50 | 0,00-1,30 |
Продолжение таблицы 1
1 | 2 | 3 | 4 |
Тербий, Tb159 | 0,03-0,84 | 0,34-1,85 | 0,00-0,21 |
Диспрозий, Dy163 | 0,25-3,40 | 2,00-10,70 | 0,00-1,50 |
Гольмий, Ho165 | 0,03-0,92 | 0,61-2,10 | 0,00-0,31 |
Эрбий, Er166 | 0,15-2,30 | 1,18-5,85 | 0,00-1,10 |
Тулий, Tm169 | 0,01-0,36 | 0,16-0,78 | 0,00-0,12 |
Иттербий,Yb174 | 0,02-2,90 | 1,10-5,65 | 0,00-1,30 |
ютеций,Lu175 | 0,01-0,70 | 0,17-0,85 | 0,00-0,19 |
Гафний,Hf178 | 0,03-15,0 | 2,25-7,90 | 0,00-6,80 |
Тантал,Ta181 | 0,03-1,80 | 0,00-1,17 | 0,00-0,44 |
Вольфрам,W184 | 0,00-80,0 | 0,00-11,05 | 0,00-28,0 |
Платина,Pt195 | 0,00-3,90 | 0,01-3,60 | 0,00-0,58 |
Золото,Au197 | 1,00-0,61 | 0,00-0,52 | 0,00-0,08 |
Ртуть,Hg202 | 0,00-0,36 | 0,00-4,00 | 0,00-0,70 |
Таллий,Tl205 | 0,01-0,50 | 0,12-0,66 | 0,00-0,10 |
Свинец,Pb208 | 0,00-1690,00 | 0,00-94,0 | 0,00-0,79 |
Висмут,Bi209 | 0,00-1,0 | 0,1-1,15 | 0,00-0,37 |
Торий,Th232 | 0,08-9,50 | 1,81-14,3 | 0,00-1,70 |
Уран,U238 | 0,50-12,00 | 0,40-3,45 | 0,00-1,10 |
Как видно из таблицы экспериментальные данные свидетельствуют об аккумуляции многих химических элементов в верхних гумусовых горизонтах почв т.к. в породе их содержание во многих случаях ниже, чем в почвах. Концентрация некоторых элементов в растениях больше чем в почвах (фосфор, германий, стронций, цирконий, молибден, палладий, кадмий, олово, вольфрам).
Благодаря живым организмам сложные химические элементы разрушаются и извлекаются из горной породы в верхние горизонты и закрепляются в органоминеральном комплексе почвы. Это явление можно назвать концентрационной функцией почв.
Оценка почв западного региона по содержанию
химических элементов
Почвенный покров на стационарах западного региона представлен преимущественно черноземами типичными и типично-карбонатными, и в меньшей степени серыми и темно-серыми лесными почвами. Почвообразующие породы составляют в основном делювиальные карбонатные глины, тяжелые и легкие суглинки и элювий известняков.
Черноземы типичные в большинстве своем среднемощные. Морфологическими особенностями являются интенсивная темно-серая окраска гумусового горизонта, хорошая комковато-зернистая структура, рыхлое сложение, повышенный уровень вскипания от HCl. Содержание гумуса изменяется в широком диапазоне от 4,7 до 12,8%, целинные почвы обычно высокогумусные, а пахотные среднегумусные. Реакция среды близка к нейтральной или слабощелочная при наличии свободных карбонатов. Почвы насыщены основаниями, в составе которых преобладает кальций. Эти свойства определяют высокую поглотительную способность и буферность черноземов типичных, т.е. высокую экологическую устойчивость.
Серые и темно-серые лесные почвы региона характеризуются меньшей мощностью перегнойно-аккумулятивного горизонта, серой и темно-серой окраской, комковато-мелкозернистой структурой, наличием выраженного уплотненного иллювиального горизонта. Содержание гумуса в серой лесной почве составляет 4,09%, а в темно-серой 7,87%, с глубиной гумусированность обеих почв резко снижается. Верхние горизонты характеризуются слабокислой реакцией среды, которая к низу профиля возрастает до нейтральной. Формирование этих почв на элювии карбонатных пород обусловило значительное содержание поглощенных оснований в составе почвенно-поглощающего комплекса.
Изученные серые лесные почвы также можно охарактеризовать достаточно высокой экологической устойчивостью.
Одним из ведущих факторов загрязнения окружающей среды в западном регионе является нефтедобыча.
Известно, что в нефти содержится большое количество токсичных веществ, таких как галогены, тяжелые металлы и радиоактивные элементы. В золе нефти содержание ванадия и никеля достигает 60% от суммарного количества металлов. В меньших количествах в нефти присутствуют Zn, Cd, Hg, Fe, Cu, Ag, B, Al, Ca, Sn, Tl и др.
Загрязнение почв может происходить при аварийных выбросах нефти и попутных рассолов, аэрогенном осаждении продуктов сгорания углеводородсодержащего топлива, т.е. сверху - вниз, или из-за поступления токсичных элементов из загрязненных грунтовых вод, явлении достаточно распространенном в районах нефтедобычи при их близком залегании.
В первом случае содержание элементов в перегнойно-аккумулятивных горизонтах почв, как правило, выше, чем в почвообразующей породе, во втором случае - ниже. Вместе с тем при глубоком залегании грунтовых вод элементный состав почвенного профиля определяется, прежде всего, составом коренных и почвообразующих пород. Так, в почвах стационаров Райманова гора и Нарыштау (табл.2) вследствие этого явления накапливаются следующие элементы: бор, алюминий, калий, кальций, скандий, титан, стронций, цирконий, иод.
Аэрогенным поступлением обусловлено содержание хрома, марганца, цинка, рубидия, олова, натрия, сурьмы, свинца, причем концентрации некоторых весьма значительны (Cr, Mn, Sn). Почва стационара Райманова гора выделяется аномально высоким количеством меди, сопоставимым с его содержанием в почвах Зауральского горнорудного региона.
Таблица 2 Элементный состав почв Западного региона Республики Башкортостан, мг/кг.
Элемент | Р.2-2003. Чернозем типичный, лес | Р.3-2003. Серая лесная, лес | Р.6-2003. Чернозем типичный карбонатный, лес | Р.7-2003.Чернозем типичный карбонатный, пашня загрязненная нефтью | Р.8-2003. Чернозем типичный карбонатный, пашня, контроль | |||||||
А1 4-35 | С 70-85 | А14-19 | В134-44 | С81-150 | А1 4-36 | СД 150-200 | А1 7-28 | В 47-60 | С 70-80 | А 0-30 | С 80-100 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
Li | 7,06 | 8,34 | 5,04 | 5,1 | 9,84 | 9,76 | 6,79 | 10,25 | 10,61 | 10,57 | 9,33 | 8,35 |
Be | 0,1 | 0,14 | 0,09 | 0,12 | 0,14 | 0,14 | 0,1 | 0,12 | 0,15 | 0,17 | 0,14 | 0,07 |
В | 9,09 | 89,44 | 5,83 | 3,39 | 26,37 | 14,15 | 19,95 | 3,9 | 12,11 | 22,13 | 1,18 | 57,9 |
Na | 336 | 268,4 | 499 | 391,9 | 315,4 | 375,5 | 595,4 | 368,8 | 342,4 | 314,9 | 350,2 | 299 |
Mg | 1356 | 1724 | 753,6 | 894 | 2480 | 2069 | 1606 | 1583 | 1993 | 2090 | 1593 | 1674 |
Al | 1004 | 1137 | 922,7 | 1033 | 1427 | 1041 | 1153 | 1192 | 1139 | 1043 | 1202 | 1003 |
Р | 318 | 98,3 | 111,3 | 13,59 | 4,25 | 160,3 | 22,21 | 28,89 | 19,15 | 18,1 | 26,14 | 22,79 |
К | 1251 | 1213 | 1448 | 1627 | 1828 | 1698 | 1299 | 1545 | 1323 | 1261 | 1601 | 1234 |
Са | 1568 | 46664 | 5851 | 5113 | 21730 | 13285 | 36978 | 10603 | 40539 | 54849 | 14888 | 42118 |
Sc | 15,18 | 22,65 | 7,14 | 9,09 | 21,22 | 14,78 | 18,35 | 17,51 | 18,83 | 20,27 | 18,02 | 18,22 |
Ti | 5026 | 5910 | 5298 | 5899 | 6623 | 5278 | 5383 | 5294 | 5942 | 5653 | 5754 | 5014 |
V | 34,35 | 37,46 | 24,54 | 28,67 | 44,26 | 35,12 | 35,15 | 35,81 | 38,87 | 35,47 | 3967 | 31,74 |
Cr | 46,94 | 44,18 | 49,41 | 24,31 | 38,55 | 74,92 | 36,18 | 31,89 | 30,57 | 26,48 | 31,06 | 23,18 |
Mn | 804,1 | 467,1 | 64,73 | 513,6 | 300 | 529,9 | 507,3 | 500,8 | 431,4 | 432,9 | 493,7 | 375 |
Fe | 1885 | 2042 | 1211 | 1508 | 3110 | 2119 | 1953 | 2071 | 2114 | 2151 | 2111 | 1705 |
Co | 8,16 | 8,65 | 6,43 | 6,54 | 9,72 | 8,56 | 7,43 | 7,43 | 8,13 | 7,63 | 7,47 | 6,64 |
Ni | 86,93 | 97,76 | 42,92 | 39,67 | 122,3 | 84 | 37,08 | 40,28 | 42,03 | 58,59 | 56,58 | 42,83 |
Cu | 100,7 | 13,62 | 21,75 | 26,43 | 9,61 | 13,48 | 32 | 24,22 | 19,81 | 15,8 | 26,89 | 15,32 |
Zn | 3,23 | 0 | 20,69 | 0,17 | 0 | 9,03 | 3,51 | 10,59 | 6,3 | 3,88 | 7,03 | 5,09 |
Ga | 1,28 | 1,48 | 1 | 1,18 | 1,79 | 1,32 | 1,2 | 1,41 | 1,48 | 1,35 | 1,49 | 1,2 |
Ge | 0,09 | 0,08 | 0,03 | 0,12 | 0,1 | 0,04 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
As | 2,4 | 8,16 | 2,12 | 0,53 | 2,85 | 3,11 | 2,14 | 2,14 | 1,78 | 2,78 | 1,76 | 5,76 |
Продолжение таблицы 2
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
Se | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Rb | 25,33 | 23,14 | 19,29 | 21,47 | 25,98 | 27,13 | 14,88 | 23,56 | 18,37 | 18,22 | 24,94 | 17,48 |
Sr | 75,2 | 107,5 | 130,4 | 108,8 | 100,8 | 99,53 | 151,2 | 139,8 | 193,3 | 184,1 | 109,3 | 198,3 |
Y | 9,16 | 6,62 | 5,11 | 4,91 | 5,92 | 7,31 | 6,46 | 7,64 | 6,93 | 6,16 | 7,66 | 5,79 |
Zr | 47,42 | 245.4 | 68,54 | 193,7 | 306,9 | 94,72 | 159,9 | 189,5 | 216,5 | 205,7 | 201,6 | 189,2 |
Nb | 0,32 | 0,82 | 0,36 | 0,77 | 0,91 | 0,36 | 0,52 | 0,64 | 26,3 | 0,65 | 0,64 | 0,79 |
Mo | 0,06 | 0,04 | 0,1 | 0,05 | 0,09 | 0,05 | 0,15 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 0,07 | 0,04 |
Ag | 0 | 0 | 0,38 | 0 | 0 | 0 | 0,64 | 0,12 | 0 | 0 | 0,27 | 0 |
Cd | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,2 | 0,05 | 0,02 | 0,12 | 0 |
Sn | 7,54 | 4,69 | 6,42 | 1,61 | 7,52 | 6,85 | 0,42 | 0,68 | 0,65 | 0,56 | 0,64 | 0,38 |
Sb | 0,49 | 0,34 | 0,36 | 0,31 | 0,55 | 0,45 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
I | 0,12 | 0,16 | 0,09 | 0,08 | 0,03 | 0,1 | 0,06 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,03 | 0,03 |
Cs | 1,32 | 1,77 | 0,83 | 0,84 | 1,63 | 1,47 | 0,64 | 1,27 | 1,28 | 1,24 | 1,24 | 0,99 |
Ba | 503,6 | 633,6 | 623,7 | 196,6 | 433,7 | 801,9 | 484 | 428,9 | 376 | 422,7 | 188,5 | 459,1 |
Hg | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,01 | 0 | 0 |
Tl | 0,08 | 0,13 | 0,11 | 0,13 | 0,12 | 0,12 | 0,05 | 0,11 | 0,09 | 0,09 | 0,11 | 0,08 |
Pb | 10,09 | 6,74 | 1,31 | 17,83 | 10,65 | 11,92 | 5,12 | 8,66 | 8,37 | 7,73 | 7,34 | 5,89 |
Bi | 0,38 | 0,36 | 0,38 | 0,24 | 0,52 | 0,45 | 0,35 | 0,38 | 0,25 | 0,18 | 0,46 | 0,12 |
С аварийным выбросом нефти из-за прорыва трубопровода связано загрязнение почв стационара Япрыково. По содержанию привнесенного углерода почва разреза 7 характеризуется средним уровнем загрязнения. Но анализ накопления элементов в профиле этой почвы и разреза 8, заложенного в качестве контрольного показал, что отсутствие внешних признаков загрязнения не гарантирует выбор чистой фоновой почвы. В обоих случаях выявлено превышение концентрации ряда элементов по сравнению почвообразующей породой (Na, Al, K, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Y, Mo, Ag, Sn, Cs, Pb, Bi). Почвы стационара Япрыково выделяются также очень низким содержанием фосфора и появлением высокотоксичного кадмия. В растениях, произрастающих на загрязненных территориях, происходит накопление токсичных элементов. В листьях земляники в концентрациях, существенно выше фоновых обнаружены: Pb, Sr, V, Rb, Ba; в листьях тысячелистника - Cd, Rb, Ba. Урожай сельскохозяйственных культур на этой почве может оказаться не пригодным для питания.
В результате исследований обнаружено повышенное содержание многих элементов, обусловленное как природным, так и техногенными факторами. С техногенными факторами связана аккумуляция высокотоксичных химических элементов: алюминия, хрома, марганца, меди, цинка, свинца, молибдена в черноземах типичных карбонатных стационара Япрыково связанных с нефтедобычей. Концентрация ряда химических элементов (магния, кальция, железа, титана, меди, стронция, циркония) в почвах стационаров Райманова гора и Нарыштау обусловлена их высоким содержанием в почвообразующих породах. Наиболее экологически чистыми в регионе являются серые лесные почвы Присюньского лесничества.
Оценка почв северного региона
по содержанию химических элементов
На севере Республики Башкортостан обособленно выделяется Уфимское плато. Это плоская возвышенность с сильно расчлененным карстово-эрозионнным рельефом, сложенная твердыми известняками, доломитами, пестроцветными мергелями, местами песчаными отложениями. Почвообразующие породы представлены в основном карбонатными элювиально-делювиальными глинами. Здесь формируются почвы с укороченным профилем. Другой общей особенностью почв является высокое содержание гумуса. Это обусловливается минерализацией растительных остатков в условиях континентального климата и близкого залегания известковых коренных пород с относительно высоким содержанием кальция, который нейтрализует кислые продукты разложения и закрепляет гумус в форме гуматов кальция.
В почвенном покрове преобладают серые лесные, дерново-карбонатные и перегнойно-карбонатные почвы. Перегнойно-карбонатные почвы больше приурочены к замшелым пихтарникам, соснякам и ельникам. В этих почвах под слаборазложенной оторфованной подстилкой залегает органо-минеральный горизонт, состоящий из перегноя и мелких обломков щебня карбонатных пород, мелкозем часто выщелочен от карбонатов.
Скандий. В изученных почвах среднее содержание скандия по профилю колеблется от 17,5 до 43,3 мг/кг. Наибольшее содержание скандия характерно для лесной перегнойно-торфяной почвы (Магинск, лиственница). Если в подстилке этой почвы содержится 31 мг/кг скандия, на глубине 12-27 см в горизонте А1 - 44 мг/кг, в горизонте АС на глубине 27-50 см - 55 мг/кг. Таким образом, накопление скандия в профиле почв, в большей мере, связано с современными почвообразовательными процессами и миграцией этого элемента в результате биогеохимических циклов, хотя в почвообразующих породах содержание скандия, как правило, в несколько раз выше, чем в поверхностных горизонтах.
Ванадий. Содержание ванадия в коренных породах колеблется от 14 до 49 мг/кг, в почвах - от 117 до 149 мг/кг. Распределение ванадия по профилю почв сходно с изменением скандия и титана: в верхних горизонтах содержание титана меньше, а в иллювиальных горизонтах - больше, т.е. к низу почвенного профиля концентрация ванадия повышается. В целом по содержанию ванадия почвы Караидельского района могут служить, фоновыми, для других стационаров.
Хром. По содержанию хрома, почвы и породы в Караидельском районе, отличаются наименьшими показателями по сравнению с другими стационарами. Так, в коренных породах содержится 6,7-36,0 мг/кг хрома, в профиле почв 31,8-71,0 мг/кг. Самым низким содержанием хрома отличаются органогенные лесные перегнойно-торфяные горизонты (12-14 мг/кг), в минеральных гумусово-аккумулятивных горизонтах его содержание достигает 50-60 мг/кг, а в иллювиальных горизонтах - 80 мг/кг. Низкое содержание хрома в регионе свидетельствует об отсутствии техногенного загрязнения.
Марганец. Почвы Караидельского района по сравнению с почвами других стационаров характеризуются не большим содержанием марганца с колебаниями от 435 (Магинск) до 654 мг/кг (Байки) и эти показатели могут служить фоновыми. В глобальном масштабе в почвах других районов содержание марганца доходит до 2040 мг/кг (Кирябинское, Учалинский район). По распределению марганца в профиле почв четкой дифференциации не наблюдается, есть тенденция к накоплению в иллювиальных горизонтах и в почвообразующей породе. В почвах, по сравнению с коренными породами, содержание марганца больше.
Кобальт. По содержанию кобальта почвы Караидельского района по сравнению с другими районами характеризуются наименьшими величинами, от 6,6 до 12,3 мг/кг. Минимальные концентрации кобальта 1,9-2,9 мг/кг отмечаются в перегнойно-торфяных почвах, максимальные в темно-серых лесных и аллювиальных почвах.
Никель. Распределение никеля в горных породах сходно с распределением кобальта и железа. В верхних горизонтах изученных почв, кроме аллювиальной, содержание никеля колеблется от 23 до 40 мг/кг. Высоким содержанием никеля отличается А0 в пойменной почве (116 мг/кг). К низу почвенного профиля всех типов почв отмечается увеличение его концентрации.
Медь. Медь - один из самых подвижных тяжелых металлов. Его распределение в различных почвах и в генетических горизонтах колеблется от 0 до 46амг/кг почвы. Содержание меди в почвах близко к его содержанию в коренных породах (9,1-16,0 мг/кг).
Цинк. По литературным данным концентрация цинка в глинистых осадках и сланцах колеблется от 80 до 120 мг/кг, в песчаных и карбонатных породах - от 10 до 30 мг/кг. В большинстве типов почв цинк концентрируется в поверхностных горизонтах. Распределение цинка в почвах Караидельского района по генетическим горизонтам неоднозначное. Так, максимальное содержание цинка отмечается в торфяно-перегнойной остаточно-карбонатной почве под ельником 170 мг/кг, в наилке аллювиальной почвы содержится 120 мг/кг цинка, а в нижележащих горизонтах до СД - отсутствует. Для сравнения: в техногенно-загрязнненной зоне Учалинского ГОКа в поверхностном горизонте почвы содержание цинка составляет 292 мг/кг. В целом в почвах Караидельского района в среднем по профилю содержание цинка колеблется от 30 до 100 мг/кг, что может быть использовано в качестве фонового показателя.
Мышьяк. Распределение мышьяка в почвах мира равномерное и колеблется в пределах 0,5-2,5 мг/кг, в глинистых отложениях возрастает до 13 мг/кг. В различных генетических горизонтах почв описываемой зоны содержание мышьяка варьирует от 2,9 до 40 мг/кг. Наименьшее содержание мышьяка характерно для верхних горизонтов, в нижележащих горизонтах его концентрация повышается т.е. в почвах не наблюдается аккумуляция мышьяка. В среднем по профилю количество мышьяка составляет 8,3-34,3 мг/кг. Эти показатели можно использовать как контрольные для дальнейшего мониторинга окружающей среды. Наименьшее содержание мышьяка (2,9 мг/кг) характерно для перегнойно-торфяной почвы стационара Магинск под лиственницей. В горизонте АС на глубине 27-50 см уже содержится 31 мг/кг мышьяка. Под хвойными лесами соединения мышьяка под действием фульвокислот разрушаются и передвигаются в нижележащие горизонты, где фиксируются гумусовыми и глинистыми компонентами почвы. Очень высокая концентрация мышьяка обнаружена в коренной породе стационара Караяр. Это явление отражается и на почве, концентрация мышьяка в них несколько выше по сравнению с другими почвами. Некоторая аккумуляция мышьяка отмечается в А0 аллювиальной почвы. Необходимо отметить, что в погребенных горизонтах мышьяк также обнаруживается и в достаточно высоких концентрациях. В целом в изучаемой зоне техногенного накопления мышьяка не наблюдается.
Селен. Селен находится в почве в трех формах: селениды, селениты и селенаты. В кислых глеевых почвах и в почвах с высоким содержанием органического вещества преобладают селениды, они мало подвижны и недоступны для растений. В хорошо дренируемых минеральных почвах (рН близко к нейтральному) доминируют селениты. Селениты щелочных металлов растворимы, а селениты железа нерастворимы и труднодоступны для растений. В щелочных и хорошо аэрируемых почвах содержатся селенаты, они легко растворимы и наиболее доступны для растений. Водно-растворимые формы соединений селена биологически доступны. В сильно-карбонатных и бедных полуторными оксидами почвах селен легко растворяется в воде. Источником воздушного загрязнения селеном может быть сжигание угля.
В исследуемой зоне из семи разрезов повышенное количество селена в верхнем горизонте почв обнаружено только в двух разрезах: в количестве 20 мг/кг в лесной подстилке в торфянисто-перегнойной почве под лиственницей и в количестве 23 мг/кг в наилке аллювиальной почвы (Абызово, луг). В других почвах, в верхних горизонтах, селена содержится в небольших количествах - 0-0,70 мг/кг. Среднее содержание селена по профилю почв колеблется от 0,25 (Караяр) до 15,0 (Магинск), хотя в стационаре Караяр отмечается наибольшее содержание селена в коренной породе (2,4-7,1мг/кг).
Стронций. Стронций концентрируется в земной коре в магматических и карбонатных породах. Свойства стронция близки к свойствам кальция, поэтому в природе стронций ассоциируется с кальцием, и в меньшей мере с магнием. Отношение Sr/Са довольно постоянно в биосфере и используется для идентификации повышенных концентраций Sr в среде. Большая часть стронция осаждается в виде биогенных карбонатов в форме раковин беспозвоночных. Изотоп Sr90, производимый в ходе многих ядерных реакций, попадает в круговорот воды, который связан с круговоротом кальция и стронция. В условиях Уфимского плато коренные породы характеризуются высоким содержанием стронция - 150-512 мг/кг. В почвообразующих породах содержание стронция колеблется от 57 до 120 мг/кг, в верхних горизонтах - от 41 до 95 мг/кг.
Молибден. Содержание молибдена в почве близко к содержанию его в материнских породах. Значительная часть молибдена связана с органическим веществом и водными оксидами железа. Растворимость и доступность молибдена для растений зависит от рН и условий дренирования. В США в поверхностном слое почвы содержится от 0,08 до 640 мг/кг. При концентрации молибдена от 1,5 до 17,8 мг/кг аллювиальные почвы выделены как токсичные для пастбищных животных. Известкование кислых почв - наиболее известный способ повышения доступности молибдена для растений. Почвы, развитые на обогащенных молибденом материнских породах опасны для здоровья населения. Техногенное загрязнение молибденом - это добыча, выплавка и обработка металлов, рафинирование нефти, сточных вод. В почвах Караидельского района содержание молибдена колеблется от 0,12 до 0,73 мг/кг, в породах - от 0,23 до 0,49 мг/кг.
Палладий. Палладий концентрируется в марганцевых рудах, углях и фосфоритах. Содержание палладия в верхнем горизонте почв изменяется от 0,5 до 30 мг/кг. В почвах описываемого района концентрация палладия составляет 0,25-0,81 мг/кг.
Кадмий. Главный фактор, определяющий содержание кадмия в почвах - химический состав материнских пород. Его содержание в почвах 0,07-1,1 мг/кг, фоновое содержание - 0,5 мг/кг. Более высокие значения свидетельствуют об антропогенном вкладе. В любой почве активность кадмия зависит от рН, он наиболее подвижен при рН 4,5-5,5. Загрязнение кадмием - наиболее серьезная опасность для здоровья человека и животных.
В известняковых горных породах концентрация кадмия колеблется от 0,09 мг/кг до 0,54 мг/кг. В почвообразующих породах и почвах его содержание варьирует от 0,0 до 0,69 мг/кг. Повышенное содержание кадмия около 1,0 мг/кг отмечается в погребенной лугово-зернистой почве. В Северо-восточном регионе техногенно-биологическая аккумуляция кадмия, хотя и в небольших количествах, характерна почти для всех почв. В поверхностных органогенных горизонтах лесных и луговых серых, темно-серых лесных и дерново-карбонатных почв наблюдается наибольшее накопление кадмия. В целом в Северо-восточнном регионе напряженными по кадмию являются черноземы оподзоленные, в которых содержание кадмия в Ап достигает 1,15 мг/кг, в материнской почвообразующей породе 1,8 мг/кг, что ниже ПДК и почти в 2-4 раза превышает фоновый уровень. Возможно, в этом регионе на естественный фон накладывается техногенное загрязнение.
Вольфрам. В поверхностных органогенных горизонтах (лесная подстилка) вольфрам практически отсутствует, в иллювиальных горизонтах и в материнской породе его концентрация доходит до 1,4-1,6 мг/кг. В минеральных гумусово-аккумулятивных горизонтах содержание вольфрама составляет 0,19-1,0амг/кг. Интересно отметить тот факт, что исключением является погребенный гумусовый горизонт лугово-зернистой аллювиальной почвы, где отмечается очень высокое содержание вольфрама (51 мг/кг), что также характерно для коренных пород стационара Караяр (25-80 мг/кг). Возможно, в ранние геологические периоды имел место перенос вольфрама из выветренных горных пород в рядом расположенные ландшафты.
Ртуть. Накопление ртути в почве контролируется образованием органических комплексов и осаждением. Металлизированная ртуть подвижна и легко поглощается живыми организмами и растениями. Среднее содержание ртути в почвах США колеблется от 0,04 до 0,28 мг/кг.
В горных коренных породах максимальное содержание ртути в количестве 0,22-1,1 мг/кг отмечается на стационаре Караяр. В почвообразующих породах этого стационара ртуть не обнаружена, хотя в верхнем горизонте темно-серой лесной почвы под луговой растительностью содержится 0,1 мг/кг ртути. В верхних горизонтах других изученных почв содержится 0,09-4,8 мг/кг ртути, а в материнской породе 0,05-4,4 мг/кг.
Свинец накапливается в почвах, и этот процесс носит необратимый характер (Ильин, 1991). В коренных известняковых породах содержание свинца колеблется от 1,1 до 9,3 мг/кг, в почвообразующих материнских породах от 3 до 26 мг/кг. В верхних горизонтах почв содержание свинца изменяется от 21 до 40 мг/кг. Самые чистые по свинцу почвы выявлены на стационаре Караяр. Наибольшая аккумуляция свинца характерна для подстилки торфянисто-перегнойнных остаточно-карбонатных почв под ельником и под лиственницей, а также для А0 аллювиальной серой лесной погребенной почвы. Также наблюдается некоторое накопление свинца в темно-серой лесной почве под петрушкой.
Торий. Торий, как и уран, принадлежит к серии актинидов и является единственными представителями этой серии в земной коре. Они сходны по своим геохимическим особенностям. В процессе выветривания торий и уран легко мобилизуются, образуя комплексные неорганические катионы, которые входят в состав органических соединений. Среднемировые значения содержания тория в почвах находятся в пределах 3,4-10,5 мг/кг. Торий относится к токсичным элементам для человека. Концентрация тория колеблется от 8,3 до 14,3амг/кг, эти показатели являются наибольшими по сравнению с почвами других регионов. Максимальное содержание тория (до 16 мг/кг) отмечается в Караяре.
Уран. Отмечается роль микроорганизмов в геохимическом цикле урана. Среднее содержание урана в почвах мира колеблется от 0,79 до 11 мг/кг, в почвах Караидельского района - от 0,79 до 3,0 мг/кг.
Оценка почв северо-восточного региона
по содержанию химических элементов
Почвенный покров Северо-восточного региона представлен преимущественно светло-серыми, серыми, темно-серыми лесными почвами, черноземами оподзоленными и выщелоченными с небольшими массивами дерново-подзолистых, дерново-карбонатных почв. Встречаются также лугово-черноземные, лугово и торфяно-болотные, аллювиальные луговые и недоразвитые почвы на выходах коренных горных пород. Почвы региона характеризуются относительно благоприятным гумусным состоянием и физико-химическими свойствами. Они отличаются укороченностью гумусового профиля, неблагоприятными агрофизическими свойствами и тепловым режимом, пониженной биологической активностью, низкой обеспеченностью подвижным фосфором и азотом.
Северо-восточный регион отличается от других регионов небольшой загруженностью промышленными объектами. Однако наши исследования показали наличие широкого распространения ряда токсичных элементов (титана, ванадия, меди, никеля, цинка, селена, стронция, серы, циркония, церия, рубидия, гафния, вольфрама, ртути, свинца) в высоких концентрациях в почвообразующих породах, почвах и растениях.
Рисунок 1 - Изменение содержания фосфора, марганца и бария
в профиле чернозема выщелоченного. Вознесенка (у Малиновой горы). Луг, выгон.
Рисунок 2 - Изменение содержания мышьяка, стронция, циркония, церия и неодима
в профиле чернозема выщелоченного. Вознесенка (у Малиновой горы). Луг, выгон.
Рисунок 3 Изменение содержания серебра, молибдена, цезия, празеодима, самария
и европия в профиле чернозема выщелоченного. Вознесенка (у Малиновой горы). Луг, выгон.
Установлено, что содержание титана в почвах стационаров колеблется в пределах 3000-6750, в породах 155-7760, в растениях 425-1700 мг/кг. Самое большое содержание титана в условиях Северо-восточного региона обнаружено в соломе овса - 1700, в муке гречихи - 505, в муке овса - 371 (Большеустикинск), в соломе рапса - 1010 и в пшеничной муке - 182 мг/кг (Ногуши). По данным Кабата-Пендиас, Пендиас (1981) содержание титана в растениях составляет 0,15-80,0 мг/кг.
Содержание никеля в породе варьирует от 16 до 147, в почве - от 38 до 224 и в растениях от 9,9 до 972 мг/кг. В почве стационара Вознесенка (поле кормового севооборота) в 300 м от горы Малиновой, где расположен карьер по выработке известняков на аллювиальной лугово-зернистой почве никель не обнаружен, а в растениях рапса, выращенных на этой почве его содержится максимальное количество - 972 мг/кг. По-видимому, корневая система рапса, достигающая 3 м, выносит этот элемент из почвообразующей и коренной породы. На этом поле после известкования материалом карьера горы Малиновое было обнаружено очень высокое содержание селена - 185 мг/кг и других токсичных элементов. В настоящее время карьер по предложению ученых закрыт. В перспективе необходимо провести рекультивацию карьера, поскольку пыль от вскрышной породы, содержащей высокотоксичные химические элементы распространяется водой и ветром в окружающую среду. Известь также была внесена в других хозяйствах района. Видимо поэтому в соломе рапса также в больших количествах обнаружены сера - 6090, титан - 1010, ванадий - 126, цинк - 308, стронций - 221, цирконий - 74, селен - 2,7, рубидий - 23 мг/кг. В зерне яровой пшеницы содержание никеля минимальное - 9,9 мг/кг. В целом, как солома, так и зерно яровой пшеницы отличаются меньшим содержанием токсичных элементов, по сравнению с рапсом. Содержание ванадия в почвах региона колеблется от 100 до 487, в породах - 16-541 мг/кг и в растениях - 16-422 мг/кг. Минимальное содержание отмечалось в зерне озимой ржи (Ногуши), максимальное - в соломе овса (Большеустикинское). По литературным данным содержание ванадия в растениях небольшое (в пределах 0,5-2700 мкг/кг или 5*10-6 - 0,27*10-2 мг/кг).
Рисунок 4 - Изменение содержания селена, кобальта, свинца и меди в профиле чернозема выщелоченного. Вознесенка (у Малиновой горы). Луг, выгон.
В глобальном масштабе содержание марганца в почвах изменяется от 10 до 9000 мг/кг. Токсичность для растений при содержании около 500 мг/кг, дефицит - 15-25 мг/кг (Рис. 1). В почвах северо-востока марганца содержится в пределах от 270 до 13500, в породах 115-2120, в растениях - 32-289 мг/кг.
Содержание меди в почвах региона составляет 24-63 (Рис. 4), в породах - 9,9-95, в растениях 5,6-67 мг/кг. Наибольшим содержанием меди (67 мг/кг) характеризуется зерно гречихи взятое в 5 км от Большеустикинска по трассе в сторону Месягутово, наименьшим - солома пшеницы (Вознесенка) - 4,7 мг/кг.
Известно, что концентрация цинка в глинистых сланцах составляет 80-120, в песчаных карбонатных породах - 10-30 мг/кг. В почвообразующих породах Северо-востока цинка содержится 3,1-66,0, в почвах - 38-273 и в растениях 22-308амг/кг. Эти данные свидетельствуют о загрязнении почвы и продукции растениеводства цинком.
Селен широко распространен в земной коре. В магматических породах содержание селена 0,01-0,05, в осадочных наибольшее содержание его в глинах - 0,4-0,6, в известняках и доломитах - 0,03-0,1 мг/кг. В породе на стационаре Вознесенка содержание селена 181,5 мг/кг (Рис. 4), в других стационарах 0,58-4,8 мг/кг. Содержание селена в почвах колеблется от 1,1 до 37, в растениях 1,1-7,4 мг/кг. Источником воздушного загрязнения селеном может быть сжигание угля. В целом можно отметить, что экологическая ситуация по селену в Северо-восточной лесостепной зоне неблагоприятная.
Стронций концентрируется в земной коре в магматических породах и карбонатных осадках. В коренных породах исследуемого района содержание стронция довольно высокое - 80-502 мг/кг. Большая часть стронция осаждается в виде биогенных карбонатов в форме раковин беспозвоночных. Поэтому содержание стронция в породах довольно высокое. В почвах содержание стронция колеблется от 82 до 195 мг/кг (Рис. 2), в растениях от12 до 431 мг/кг. Минимальное содержание стронция наблюдается в соломе яровой пшеницы (Вознесенка), максимальное - в соломе овса (Большеустикинск).
Распространенность циркония в земной коре 20-500 мг/кг, содержание в почве наследуется от коренных пород. Среднее содержание циркония в США - 224, в Австралии - 350 мг/кг. На базальтах и андезитах - 330-850, а на песчаниках - 90-160, на торфяниках 32 мг/кг. В почвах РБ в пределах Северо-востока содержания циркония составляет 30-192 (Рис. 2), в растениях - 3,1-133 и в породах - 2,1-492 мг/к, - т.е. к низу почвенного профиля отмечается его увеличение. Однако не всегда высокому содержанию циркония в породах соответствует высокое содержание его в почве. Например, на стационаре Вознесенка содержание циркония в породе 2,1, а в почве - 138 мг/кг (среднее по профилю). В стационаре Аркаулово, наоборот высокому содержанию циркония в породе соответствует более низкое содержание его в почве (в породе - 492, а в почве 59,0амг/кг). Максимальное содержание циркония отмечается в соломе овса стационара Большеустикинск (133 мг/кг) и в соломе рапса из стационара Вознесенка (74 мг/кг).
В растениях трех стационаров установлено наличие высокого содержания вольфрама, тогда как в других местах его не оказалось. В Еланлино в соломе озимой ржи вольфрама содержится 6070 мг/кг (в породе - 4,30, в почве - 10,35 мг/кг, в Ногуши в соломе озимой ржи - 159 (в почве - 0,7 мг/кг), в Большеустикинске в соломе овса - 817 (в почве - 0,51, в породе 0,0).
Сведений о распространении и содержании гафния в почвах практически нет. Нами установлено, что в почвах Северо-востока содержание гафния колеблется от 1,5 - 9,2 мг/кг, к нижним горизонтам его содержание возрастает. В почвообразующих породах содержится 0,3 - 15 мг/кг гафния.
Рисунок 5 - Изменение содержания селена, кобальта, свинца и меди
в профиле чернозема выщелоченного. Вознесенка (у Малиновой горы). Луг, выгон.
В растениях содержание гафния колеблется от 0,02 (Ногуши - солома озимой ржи) до 4,8 мг/кг (Большеустикинск - солома овса). Необходимо отметить, что в десяти случаях содержание гафния в растениях колеблется от 0,02 до 0,64. Высокое содержание гафния - 2,2 мг/кг характерно для рапса.
По содержанию ртути выделяются три образца растений, в остальных пробах ртути не обнаружено. В соломе озимой ржи обнаружено 2,6 мг/кг ртути (Ногуши), в соломе овса - 12 мг/кг (Большеустикинск), в соломе озимой ржи - 94 мг/кг (Еланлино). В почвообразующих породах ртуть практически отсутствует. В некоторых почвах отмечается наличие ртути в концентрации 0,17-1,9 мг/кг (Рис. 5), но в большинстве почв она не обнаружена. Следовательно, накопление ртути в растениях может быть обусловлено только поступлением из пестицидов и атмосферы.
Содержание свинца в почвах наследуется от материнских пород, однако он может накапливаться за счет масштабного аэрогенного загрязнения. Это подтверждается нашими данными: наибольшие концентрации свинца до 27амг/кг обнаруживаются в обогащенном органическим веществом верхнем слое почвы (Рис. 4). Накопление свинца в поверхностном горизонте почв носит необратимый характер и имеет огромное экологическое значение, потому что он сильно подавляет биологическую активность почв. В почвообразующих породах исследуемой зоны содержание свинца колеблется от 4,5 до 12 мг/кг. Содержание свинца в растениях коррелирует с его содержанием в почве. Наибольшее содержание свинца обнаружено в зерне гречихи - 7,9 мг/кг и овса - 5,1 мг/кг (Большеустикинск, около автомагистрали), в зерне озимой ржи 6,6 мг/кг (Ногуши) в остальных случаях - от 0 до 4 мг/кг. Естественный уровень содержания свинца в растениях в незагрязненных условиях должен быть в пределах 0,1-10, в съедобных растениях - 0,001-0,08 мг/кг сырой массы и 0,5-3,0 мг/кг сухой. Фоновый уровень содержания свинца в кормовых растениях в среднем для трав - 2,1, клевера - 2,5 мг/кг. Повышенное содержание свинца в овощах в индустриальных районах опасно для здоровья. Свинец токсичен и для растений: нарушает фотосинтез, дыхание и другие важнейшие функции.
Северо-восточный регион не загружен промышленным производством, но содержание многих токсичных элементов в почвах очень высокое (Рис. 1-5). Очевидно, в значительной степени это обусловлено геохимией ландшафта, составом коренных и почвообразующих пород, и биологической аккумуляцией. Имеет место также трансрегиональный аэрогенный перенос токсичных элементов. Таким образом, загрязнение почв может быть не только техногенным, но и естественным или природным, связанным с эволюцией ландшафта.
Очевидно также, что естественное загрязнение почвы тяжелыми металлами и редкоземельными элементами происходит в результате выворачивания коренных пород на поверхность в результате разработки карьеров, а также припахивания почвообразующих пород и горизонта ВС при глубокой обработке неполноразвитых почв. Следовательно, в таких случаях необходимо ограничение вспашки, залужение и перевод этих земель в другие угодья с ограниченным сельскохозяйственным использованием. Такие участки выявляются только при организации экспедиционных и глубоких аналитических исследований.
ВЫВОДЫ
1. Концентрация химических элементов в почвах западных, северных и северо-восточных регионов Республики Башкортостан изменяется в широком диапазоне.
2. В западном регионе почвенный покров представлен в основном черноземами типичными, которые характеризуются высокой экологической устойчивостью. Наличие нефтедобывающей и перерабатывающей промышленности обусловливают накопление в почвах натрия, алюминия, калия, хрома, марганца, кобальта, меди, цинка, иттрия, молибдена, серебра, олова, свинца, висмута. В этих почвах наблюдается повышенное содержание галогенов, тяжелых металлов и радиоактивных элементов.
С химическим составом почвообразующих пород, слагающих Райманову гору и Нарыштау, связано накопление в почвах магния, кальция, железа, титана, меди, стронция и циркония.
3. В Северном регионе почвенный покров представлен в основном темноЦсерыми, серыми и торфянисто-перегнойными почвами, обладающими меньшей экологической устойчивостью, но в связи с отдаленностью региона от промышленных центров и высокой залесенностью накопление больших концентрации токсичных элементов не выявлено (за исключением геохимической аномалии стационара Караяр). Содержание химических элементов в почвах этого региона можно принять в качестве фоновых при расчетах уровней загрязнения в Республике Башкортостан.
4. В Северо-восточном регионе сформирован широкий ряд почв - от дерново-подзолистых до черноземов оподзоленных и выщелоченных. Естественное загрязнение обусловлено в основном поступлением токсичных элементов из почвообразующих и коренных пород (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, селен, цинк, никель, бор, медь, вольфрам, ванадий, барий, титан, стронций, рубидий, гафний, цирконий и др.), биогенным накоплением (особенно серы, мышьяка), наличием природных аномалий (редкоземельные элементы, особенно празеодим, неодим и гадолиний в серой лесной почве стационара Аркаулово). С техногенными факторами связана аккумуляция свинца, ртути, селена, цинка, ванадия, стронция и др.
5. Содержание токсичных элементов в растениях зависит от многих факторов: поступления из почвы, почвообразующей породы, из атмосферы вследствие трансрегионального переноса, с минеральными удобрениями, пестицидами, известковым материалом или техногенными загрязнителями. Поэтому статистически достоверные связи не выявляются. В растениях нефтедобывающих районов (земляника, тысячелистник) заметно накопление свинца, стронция, ванадия, рубидия, кадмия и бария. В соломе рапса после известкования (карьер горы Малиновой) наблюдается повышенное содержание селена, серы, титана, ванадия, цинка, стронция, циркония, рубидия. В мятлике луговом повсеместно накапливаются мышьяк и стронций. С повышенным содержанием кальция в почве связана тенденция увеличения содержания в растениях бора, кобальта, никеля, селена, олова, тория, урана и большинства редкоземельных элементов. Луговая растительность аккумулирует бор, кадмий, селен, литий, ванадий, цезий, железо. Лес способствует выносу из почвообразующих пород стронция, мышьяка, титана, скандия и др., и задерживает поступление в почву элементов из атмосферы.
6. Экологические условия в Республике Башкортостан по содержанию токсичных элементов ухудшаются с востока на запад: Северо-восточный, Северный, Западный регион. На западе загрязнение почв и высокое содержание токсичных элементов в растениях в основном связано с техногенными факторами, на северо-востоке - с природными аномалиями, северные районы - являются чистыми в экологическом отношении.
Рекомендации
1. В нефтедобывающем западном регионе не рекомендуется использовать в пищу землянику и как лекарственное средство-тысячелистник, поскольку в них концентрации свинца, стронция, ванадия и бария превышают предельно допустимые концентрации.
2. На известкованных участках в хозяйствах Дуванского района рекомендуется вести мониторинг по содержанию селена, серы, титана, ванадия, цинка, стронция, циркония, рубидия, как в почвах, так и в растениях, поскольку их содержание также превышает ПДК.
3. На лугах с преобладанием мятлика в Северо-восточном регионе следует ограничить выпас скота и заготовку сена вследствие накопления в этих растениях мышьяка и стронция.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
- Шакиров, Ю.С. Оценка степени химического загрязнения почвенного покрова экосистем Южного Урала / Хабиров И.К., Асылбаев И.Г., ЯкуповаИ.Ж., Якупова Р.А., Рафиков Б.В., Шакиров Ю.С. // Вестник ОГУ. - № 6. Ц2009. - С. 402-408.
- Шакиров, Ю.С. Оценка почв западного региона РБ по содержанию химических элементов / Асылбаев И.Г., Хабиров И.К., Шакиров Ю.С. // Вестник БГАУ. - № 4. - 2011. - С 9-14.
- Шакиров, Ю.С., Экологический анализ химического состава почв Южного Урала / Хабиров И.К., Асылбаев И.Г., Рафиков Б.В., Аглетдинов Р.Н., Шакиров Ю.С. // Материалы V съезда Докучаевского общества почвоведов. Ростов-на-Дону, 18-23 августа 2008. - С. 64.
- Шакиров, Ю.С. Критерии агроэкологической оценки земель Северной лесостепной зоны Республики Башкортостан /Акбиров Р.А., Шакиров Ю.С., Субушев И.А. / Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК // Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках ХIХ международной специализированной выставки Агрокомплекс-2009. Часть II. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2009. - С. 68-71.
- Шакиров, Ю.С. Агроэкологическая оценка почв Южного Урала и приемы управления их плодородием / Хабиров И.К., Асылбаев И.Г., Кузнецов В.И., Гилязетдинов, Р.Г., Ягафаров Р.Г., Рафиков Б.В., Шакиров Ю.С. // Материалы Международной научной конференции Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России / Под ред. Б.Ф. Апарина. - СПб.: Издательский дом С.-Петербургского государственного университета, 2011. - С. 127-129.
- Шакиров, Ю.С. Новые средства и приемы управления плодородием почв Южного Урала. Системы высокоурожайного земледелия и биотехнологии как основа инновационной модернизации АПК в условиях климатических изменений / Хабиров И.К., Асылбаев И.Г., Кузнецов В.И., Габбасова И.М., Ягафаров Р.Г., Рафиков Б.В., Шакиров Ю.С. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа: НВП БашИнком, 2011. - С. 226-235.
Подписано в печать 20.03.2012аг. Формат бумаги 60841/16
Усл.-печ. л. 1,40. Бумага офсетная
Гарнитура Таймс. Печать трафаретная. Заказ 395. Тираж 100 экз.
Типография ФГОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет
450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии