Основные параметры распределения меди в растительном покрове Яман-Касинского медноколчеданного месторождения

выполнения сельскохозяйственных работ, эффективность использования техники и, как результат, объём производства продукции, её себестоимость, прибыль и ряд других экономических показателей.

Выводы. Сельскохозяйственная освоенность территории степной зоны Евразии представляет собой комплексный показатель, определяющий степень интенсивности вовлечения природных ресурсов и производственных сил.

На основе проведённого районирования территории степной зоны по уровню сельскохозяйственной освоенности выделены территории с высокой, средней, низкой и минимальной степенью сельскохозяйственной освоенности. 15 регионов степной зоны в наименьшей степени вовлечены в высокопродуктивное сельскохозяйственное производство — это все регионы Казахстана, Республика Калмыкия, Оренбургская, Курганская, Челябинская, Новосибирская области и Алтайский край. Только 6 регионов в степной зоне Евразии — Полтавская, Белгородская области, Республики Адыгея, Северная Осетия, Кабардино-Балкария и Краснодарский край имеют высокую сельскохозяйственную освоенность, т.е. в полной мере используют предоставленный им природно-ресурсный потенциал для развития агропромышленного

комплекса. Эти регионы расположены в крайне западной части степного региона, что подчёркивает приоритетность природно-климатического фактора (рис. 2).

Для предотвращения глубокого расслоения как внутри сельских территорий, так и во внешней связи с городом необходимо сформировать эффективное сельское управление на местах, возродить высокопродуктивный товарно-денежный обмен, кооперацию и специальные программы социального и культурного развития сельской местности.

Литература

1. Чибилёв А.А. Степи Северной Евразии. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 192 с.

2. Мильков Ф.Н. Сравнительная региональная география степных областей СССР // Вопросы географии: сб. ст. для XVIII междунар. географ. конгресса. М.-Л., 1956. С. 377—381.

3. Трофимова Л.С., Трофимов И.А., Яковлева Е.П. Развитие системного подхода в изучении сельскохозяйственных земель и агроландшафтов центрального Черноземья // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014. Т. 19. № 5. С. 1585-1588.

4. Нефёдова Т.Г. Пространственные контрасты сельской местности // Отечественные записки. 2012. № 6 (51). С. 21-40.

5. Нефёдова Т.Г. Основные тенденции изменения сельского пространства России // Известия Российской академии наук. Сер.: География. 2012. № 3.

6. Смагин Б.И., Неуймин С.К. Освоенность территории региона: теоретические и практические аспекты. Научное издание. Мичуринск: Издательство Мичуринского государственного аграрного университета, 2007. 124 с.

Основные параметры распределения меди в растительном покрове Яман-Касинского медноколчеданного месторождения

В.Б. Черняхов, к.г.-м.н., Е.Г. Щеглова, к.б.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Изучение микроэлементов в растительном покрове Оренбургской области развернулось в конце 50-х — начале 60-х гг. XX в. под руководством заведующего кафедрой почвоведения Оренбургского сельскохозяйственного института доктора сельскохозяйственных наук, профессора В.Д. Кучеренко в рамках государственной программы по химизации сельского хозяйства.

На первом этапе была исследована расти -тельность на так называемых фоновых участках, т.е. там, где содержание микроэлементов в почвенном покрове было нормальным для данной территории [1, 2]. Начало второго этапа совпало с открытием в 1960 г. Оренбургского геологического управления с мощной геохимической и лабораторной службой. Широкомасштабные геохимические исследования стали проводиться на рудных объектах области, т.е. там, где содержание микроэлементов в почвенном покрове было аномально высоким.

Благодаря исследованиям В. В. Ковальского и Д.П. Малюги было установлено, что Оренбургская

область принадлежит к Южно-Уральской биогеохимической провинции, характеризующейся повышенным содержанием меди, цинка, никеля, кобальта и других химических элементов во всей сопряжённой цепи природных сред: коренных породах, природных водах, рыхлых отложениях, почвенном покрове и растительной среде [3, 4]. Учёные доказали способность растений продолжать своё развитие и в условиях повышенного содержания микроэлементов в природных средах, определили пути и степень адаптации растений к экстремальным условиям, связанным с обогащением среды обитания тем или иным химическим элементом.

Материал и методы исследования. Целью настоящего исследования стало изучение закономерности распределения микроэлементов в растительной среде в условиях экстремально высоких содержаний микроэлементов в субстрате Яман-Касинского медноколчеданного месторождения.

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:

— определить соответствие состава элементов в растительности типоморфному комплексу элементов, свойственных медноколчеданным месторождениям;

— оценить степень влияния эродированности участков месторождений на величину коэффициента аномальности элементов в растениях;

— провести проверку избирательности накопления микроэлементов отдельными вегетативными органами растений;

— установить масштаб проявления высоких концентраций химических элементов на морфологический облик отдельных особей растительного покрова.

Наименее адаптированные организмы обнаруживают наиболее резкие морфологические и анатомические аномалии у растений, в особенности у представителей семейств маковых (Рарауегасеае), маревых (СНепорой1асеае), бобовых (РарШюпасеае), колокольчиковых (Сатрапи1асеае) и сложноцветных (Л^егасеае), возникающие под влиянием избытка тяжёлых металлов.

Адаптированные организмы по отношению к элементам, содержащимся в избытке в среде обитания, приспосабливаются за счёт сохранения во внутренних средах растения более низкой, чем в окружающей среде, концентрации элементов, т.е. поддержания отрицательного градиента, либо перестройки обмена веществ в соответствии с повышенными концентрациями элементов. Наиболее ярким примером таких адаптированных организмов являются злаки. Они не накапливают многие элементы (В, Мо, N1, Со, Б г, Li) даже в условиях значительного обогащения этими элементами среды. Этим, очевидно, объясняется полное отсутствие уродливых форм среди дикорастущих злаков на почвах и породах, обогащённых микроэлементами.

Процесс приспособления организмов к условиям геохимической среды у адаптированных форм приводит в конечном счёте к видообразованию, в то время как у неадаптированных форм — к вымиранию. Таким образом, наличие физиологических барьеров, т.е. специфических механизмов, регулирующих поглощение элементов, не является препятствием для проведения поисков рудных объектов биогеохимическими методами, так как этот фактор зависит не только от фазы развития

и возраста растений, но и от соотношения ионов в среде обитания. При этом наибольшее значение как биогеохимические индикаторы имеют виды, у которых адаптация к высокому уровню содержания химических элементов наследственно закреплена, или виды, обладающие огромной пластичностью и способностью расти в широком диапазоне концентраций элементов в среде обитания и характеризующиеся положительным градиентом накопления.

Нашими биогеохимическими исследованиями территории Оренбургской области были охвачены основные рудные районы, в том числе Яман-Касинское медноколчеданное месторождение в Медногорском рудном районе [5—9].

Результаты исследования. Яман-Касинское медноколчеданное месторождение расположено в 3 км к юго-востоку от г. Медногорска на берегу реки Блявы.

Здесь на глубине 15 м на контакте липарито-дацитовых пород и диабазов находилось компактное тело медноколчеданных руд, вокруг которого в коренных породах сформировался ореол размером 160 х 360 м с аномально высокими содержаниями Си до 50-10-3%, Zn до 1000-10"3%, РЬ до 5-10"3%, перекрытых интенсивно прокварцованными породами, которые препятствовали развитию ореолов по вертикали. В итоге на дневной поверхности, в почвенном покрове, содержание элементов было существенно ниже.

Прежде чем рассматривать уровень распределения элементов в биогеохимическом ореоле Яман-Касинского месторождения, приведём данные по зольности растений. В пределах одной биоклиматической зоны представители различных биоморф в порядке уменьшения зольности располагаются следующим образом: травы — кустарники — полукустарники — деревья.

В рассматриваемых условиях полукустарнички имеют зольность в 1,2—1,3 раза выше, чем кустарники (табл. 1). У одной и той же биоморфы зольность различных органов снижается от листьев к корням (табл. 2). Отмечается зависимость зольности от ландшафтно-геохимических условий, что

1. Зольность отдельных органов у различных жизненных форм, %

Орган растения Кустарники Полу- Злаки Многолетние Деревья

кустарники травянистые растения

Липарито-дацитовые порфиры

Стебли 3,89 3,38 5,42 4,92 -

Листья 7,19 9,80 8,8 10,8 4,08

Цветки 6,82 7,13 5,41 6,52 -

Плоды 3,96 - - 7,25 -

Надземная часть в целом 5,71 6,77 6,54 7,37 -

Диабазы

Стебли 2,77 4,89 5,97 5,15 1,7

Листья 6,70 6,5 7,1 8,0 6,4

Цветки - 6,12 6,24 8,36 -

Плоды 3,85 - - 7,46 -

Надземная часть в целом 4,44 5,84 6,43 7,49 -

проявляется в возрастании зольности в условиях рудного поля и супераквальных ландшафтов соответственно в 1,3—1,5 раза. Так, зольность листьев деревьев (осины) в супераквальных ландшафтах составляет 6,4%, а в трансортоэлювиальных ландшафтах — 4,08%. Зольность стеблей и листьев у вероники седой (Veronica incana) в условиях рудного поля составляет соответственно 6,04 и 10,00%, а у травянистых растений, произрастающих в условиях нормального поля на диабазах, зольность соответственно равна 5,15 и 8,00%. Зольность стеблей и листьев у Caragana frutex, произрастающей в контуре рудного тела, соответственно составляет 6,46 и 9,41%, что в 2,3 раза превышает зольность стеблей, в 1,4 раза — зольность листьев у кустарников, произрастающих в нормальном поле на диабазах. Зольность некоторых видов, в рассматриваемом случае у спиреи Spiraea crenata, остаётся довольно постоянной.

Концентрации химических элементов в растениях, произрастающих на липарито-дацитовых порфирах, вмещающих рудное тело, обусловлены типом минерализации и видовой принадлежностью растений. Следствием первого фактора является повышенное содержание основных типоморфных элементов, свойственных колчеданным месторождениям, во всех растениях, т.е. имеет место групповая концентрация химических элементов растениями. Следствием второго фактора является наличие некоторой избирательности в концентрации химических элементов отдельными видами растений.

Наиболее высоким содержанием Си отличаются представители двух биоморф — кустарников и полукустарничков, концентрации которых в 3 и более раза превышают среднее содержание этого элемента в золе растений для Южного Урала. В ветвях Caragana frutex, Spiraea crenata и Artemisia marschalliana концентрации Си в 5—18 раз пре-

2. Зольность некоторых видов растений, произрастающих над рудным полем, %

Вид растения Кол-во проб Корни, x Стебли, x Листья, x

Caragana frutex 18 - 0,46 9,41

Spiraea crenata 14 - 1,94 6,46

Veronica incana 15 7,59 6,64 10,0

3. Среднее содержание Си в золе растений, приуроченных к липарито-дацитовым порфирам Яман-Касинского месторождения, п-10-3%

Вид растении Cu

x CT

Деревья

Betula pendula Roth. Populas tremula L. 6,0/4,1 5,2/3,6 2,45/1,07 2,22/1,01

Кустарники

Amygdalus nana L. Caragana frutex (L.) C. Koch Ceras us fruticosa (Pall.) Woron. Cotoneaster melanocar pa Lodd. Cytisas ruthenicus Fisch. Rosa cinnamomea L. Spiraea crenata L. 5,3/3,2 16,2/6,8 5,4/0,8 -/6,0 9,3/5,7 6,0/3,4 50,4/11,5 2,29/0,66 4,03/3,79 1,95/1,65 -/2,83 8,72/3,4 3,46/0,89 1,52/10,58

Полукустарнички

Artemisia marschalliana Spreng Artemisia austriaca Jack. Thymus marschallianus Willd. 9,3/17,5 7,4/10,2 7,2/4,3 12,25/16,35 4,0/6,5 4,44/0,44

Злаки

Festuca sulcata Hack. Keeleria crisata (L.) Pers. Poa stepposa (Kryl.) Roshev. Stipa rubens P. Smirn. 3,4/2,6 3,7/4,0 5,7/2,8 -/3,5 2,38/2,38 1,03/1,41 4,33/1,17 -/7,07

Многолетние травянистые растения

Gilatella vi losa (L.) Reichb. Filipendula vulgaris Moench. Sanguisorba officinalis L. Salvia stepposa Schost. Veronica incana L. 6,0/4,4 3,5/3,2 3,7/3,3 2,9/3,8 30,0/4,0 3,77/2,74 2,00/0,84 1,78/1,15 1,13/7,48 20,00/2,83

Средний элементарный состав золы растений для Южного Урала, % 3-10-3

Примечание (здесь и далее): * — Для каждого вида в числителе указывается содержание элементов в ветвях или стеблях, а в знаменателе — в листьях

4. Среднее содержание Си в золе растений, приуроченных к диабазам Яман-Касинского месторождения, п-10-3%

Вид растении Cu

x <j

Кустарники

Amygdalus папа L. Caragana frutex (L.) C. Koch Cytisas ruthenicus Fisch. Spiraea crenata L. 6,8/3,5 25,2/5,0 13,0/3,8 30,4/20,6 3,85/0,27 16,23/2,45 9,90/0,96 23,76/29,88

Полукустарнички

Thymus marschallianus Willd. 7,5/5,4 4,51/3,84

Злаки

Festuca sulcata Hack. Poa stepposa (Kryl.) Roshev. Stipa rubens P. Smirn. 2,8/3,9 3,3/4,5 5,5/47,4 0,84/4,77 0,76/0,22 2,65/0,17

Многолетние травянистые растения

Gilatella vi losa (L.) Reichb. Filipendula vulgaris Moench. Sanguisorba officinalis L. Salvia stepposa Schost. Veronica incana L. 3,9/4,5 3,2/7,8 3,4/3,8 3,3/3,7 18,3/9,5 1,65/2,33 1,99/6,23 1,24/1,48 1,09/0,95 18,92/4,20

вышают региональный кларк растений (РКР). Способность концентрировать медь отдельными видами у этих биоморф выражена сильнее, чем у отдельных видов деревьев и травянистых растений (деровинных злаков и стержнекорневых травянистых многолетников), характеризующихся величинами содержаний, близких к РКР (табл. 3). Следовательно, концентрация химических элементов зависит не только от глубины проникновения и степени развития корневых систем. В этом отношении весьма показательна жизненная форма древесных растений. В пределах лесной зоны, где деревья являются зональной жизненной формой, концентрации многих элементов в золе древесных пород действительно наиболее чётко отражают химический состав почв и подстилающих их горных пород. Однако древесные породы при произрастании в нехарактерных для них условиях концентрируют химические элементы в более низких количествах, чем растения зональных. Виды растений одной биоморфы, близкие по экологическим требованиям, одинаково хорошо отражают геохимические особенности горных пород: Caragana frutex — Spiraea crenata, Artemisia marschalliana — A. austriaca — Thymus marschallianus (табл. 3).

Биоморфа травянистых многолетников, представленная наиболее широко распространёнными видами Galatella villosa, Echinops ritro, Fili- pendula vulgarus, Salvia stepposa, Veronica incana и др., имеет в целом, как уже указывалось, самую низкую концентрирующую способность по отношению к Cu, более выражена она лишь у петрофитного вида Galatella villosa. Вместе с тем у отдельных представителей этой биоморфы отмечаются биологические реакции, обусловленные воздействием полиметаллической рудной минерализации. В контуре рудного тела при аномальных содержаниях в

почве Си, составляющего 15• 10-3%, встречаются экземпляры Veronica incana с изменённой окраской венчика, имеющего вместо обычных синих розовые лепестки. Цветки с розовыми венчиками составляют соцветие-кисть полностью. Ветви, листья и цветки таких растений характеризуются высокими концентрациями, соответственно составляющими 50-10-3%. Экземпляры с неизменённой окраской венчика, произрастающие совместно с изменёнными экземплярами, имеют в отдельных органах (стеблях) также повышенные концентрации Cu 30 • 10-3%. Повышение концентраций меди в экземплярах с неизменённой окраской венчика в пределах рудного поля наблюдалось часто. За пределами рудного поля содержание Си в золе Veronica incana несколько превышает РКР (табл. 4).

Распределение меди в различных органах растений является нейтральным или малоконтрастным акропетальным. В условиях рудного поля контрастность акропетального распределения увеличивается. Наибольшие концентрации наблюдаются в корнях растений.

Вывод. При нормальных содержаниях Си в почвах (3 • 10-3%) в корнях содержится приблизительно в 1,5—2,0 раза больше меди, чем в надземных частях, на аномалиях — в 3,3—8,0 раза более у Galatella villosa и в 10 раз у Artemisia marschalliana. Содержание Си в стеблях и листьях у рассматриваемых видов примерно одинаково. Старые органы, какими являются прошлогодние стебли у Artemisia marschalliana, по сравнению со стеблями текущего года отличаются более высокими концентрациями. Так, в условиях рудного поля на 6 пл. у скв. 65 в стеблях прошлого и текущего года содержание Си соответственно составляет 60 • 10-3% и 15 • 10-3%, на 1 пл. — 20 • 10-3% в стеблях прошлого года и 3-10"3% — текущего года, на пл. 3 у скв. 47—4010-3% соответственно и 3 • 10-3%.

Литература

1. Кучеренко В.Д., Черняхов В.Б. Закономерности накопления в растительности типоморфного комплекса элементов мед-ноколчеданных месторождений // Микроэлементы в биосфере и их применение в сельском хозяйстве и медицине. Улан-Удэ, 1972. С. 211-213.

2. Кучеренко В.Д., Черняхов В.Б. Микроэлементы в степной и солонцово-солончаковой растительности Оренбургской области // Почвы Южного Урала и Поволжья. Уфа, 1960. Вып. 4. С. 167-171.

3. Ковальский В.В., Петрунина Н.С.. Геохимическая экология и эволюционная изменчивость растений // Доклады АН СССР. 1964. Т. 159. № 5. С. 1175-1178.

4. Малюга Д.П. О биогеохимических провинциях на Южном Урале // Доклады АН СССР. 1950. Т. 70. № 2. С. 257-259.

5. Скырлыгина-Уфимцева М.Д., Черняхов В.Б. Некоторые аспекты геохимической экологии растений медноколче-данных месторождений оренбургского Урала // Биологи-

ческая и практическая роль микроэлементов. Рига, 1972. С. 187-191.

6. Черняхов В.Б., Пименов Г.Г. К вопросам по медной биогеохимической провинции в оренбургском Предуралье // Тезисы докладов VII конференции по химизации сельского хозяйства. Оренбург: ОСХИ, 1966. С. 121-127.

7. Черняхов В.Б., Калинина О.Н., Алексеев М.И. Распределение тяжёлых металлов в растительном покрове Яман-Касинского месторождения // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Оренбург: ОГУ, 2012. С. 844-851.

8. Черняхов В.Б., Куделина И.В., Фатюнина М.В. Биогеохимические ореолы Джусинского месторождения // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Оренбург: ОГУ, 2012. С. 838-844.

9. Черняхов В.Б. Параметры геохимических ореолов в растительной среде Весеннего месторождения / В.Б. Черняхов, И.В. Куделина, М.В. Фатюнина, Т.В. Леонтьева // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Оренбург: ОГУ, 2014. С. 1085-1090.

Геоинформационный мониторинг химического загрязнения почв различных функциональных зон города Оренбурга

М.Ю. Гарицкая, к.б.н, Д.А. Маркин, магистрант, Я.С. Ивле-

ва, магистрант, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Человеческая деятельность стала глобальным фактором трансформации окружающей среды и мощным ландшафтообразующим условием. В результате антропогенной деятельности человека происходят резкоскоростные изменения в составе и строении почв. Неуклонно уменьшается площадь почвенного покрова за счёт строительства новых предприятий и городов, прокладки дорог и линий высоковольтных электропередач, затопления сельскохозяйственных угодий при строительстве гидроэлектростанций. Загрязнение почв приводит к изменению её состава и структуры. В первую очередь изменения затрагивают её биологические свойства: снижается общая численность микроорганизмов, видовое разнообразие, интенсивность микробиологических процессов, активность почвенных ферментов. Всё это ведёт к частичной, а в некоторых случаях к полной утрате плодородия почв. Учитывая, что почва является экологическим узлом биосферы, обеспечивает сопряжение биологических и геологических круговоротов, нарушение микробиологических и биологических процессов в почве неизбежно отражается на функционировании системы в целом [1, 2].

Накопление в почве токсикантов и продуктов их взаимодействия с минеральными и органическими компонентами приводит к изменению её химического состава и физико-химических свойств. В результате подобных изменений почва сама может стать токсичной средой для роста и развития растений, источником загрязнения промышленными выбросами, а также продуктами их трансформации и других компонентов биосферы. Поэтому одной из задач геохимического мониторинга является оценка степени химического загрязнения почвенного покрова [3].

Почва обладает уникальной способностью извлекать из атмосферного воздуха загрязняющие вещества во время выпадения осадков или сухого осаждения загрязняющих веществ, сорбировать на своей поверхности атмосферные выпадения и аккумулировать их в своей массе. Поэтому целью наших исследований являлась оценка экологического состояния почв в зависимости от функционального назначения и различной антропогенной нагрузки в пределах города и в пригородной зоне г. Оренбурга.

Материал и методы исследования. Ранее нами проводились исследования степени загрязнения снежного покрова города Оренбурга с последующим картированием зон экологического неблагополучия. Пробы почв отбирали в тех же точках: в придорожных зонах 15 улиц города, на расстоянии до 50 м от дорожного полотна. Количество проб зависело от протяжённости улицы и интенсивности движения. В качестве источника загрязнения рассматривались два предприятия, находящиеся в черте города, это ОАО «Гидропресс», ОАО «Завод бурового оборудования». Отбор проб осуществляли на границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ) и на расстоянии до 1000 м от источника по восьми направлениям. В пригородной зоне пробы отбирали в трёх посёлках: Пригородный, Овощевод и Старые Ростоши, на территории которых нет промышленных предприятий и интенсивного транспортного движения. Всего было отобрано около 150 проб. Исследованием было охвачено шесть функциональных зон города, а именно: центральная (включающая историческое ядро города), промышленная, коммунально-складская, селитебная, зона внешнего транспорта и пригородная [4].

Комплексная оценка степени загрязнения почвенного покрова осуществлялась по коэффициенту концентрации (К) и показателю химического