Геохимические барьеры и внутрипрофильное распределение микроэлементов в педосфере черневых лесов

Библиографический список

1. Айвазян, А.Д. Геохимия степных ландшафтов / А.Д. Айвазян, Н.С. Касимов // Вестник Моск. Университета. Сер. География. — 1979.— №3.

2. Бабошкина, С.В., Тяжелые металлы в природных и техногенных ландшафтах Алтая / С.В.Бабошкина, А.В. Пузанов, И.В. Горбачев // Природа. 2007. №3.

3. Баранова, Н.Н. О содержаниях и формах нахождения Au, As, Fe, Sb в минералообразующих растворах золото-сульфидно-тел-луридных месторождений / Н.Н. Баранова, А.Б. Полынский // Геохимия. 1995. №12.

4. Беспамятнов, Г.Н. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. / Г.Н. Беспамятнов, Ю.А. Кротов— Л.: Химия, 1985.

5. Ведина, О.А. Атомно-абсорбционное определение и содержание мышьяка в почвах. Автореф. дис. ... канд. биол. наук. — М., МГУ, 1979.

6. Вильямс, В.Р. Почвоведение / В.Р. Вильямс. — М.: «Сельхозгиз». — 1946.

7. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах /А.П. Виноградов — М.: Изд-во АН СССР, 1957.

8. Гамаюрова, В.С. Мышьяк в экологии и биологии / В.С. Гамаюрова. — М.: Наука, 1993.

9. Дмитриев, Е.В. Математическая статистика в почвоведении / Е.В. Дмитриев.— М.: МГУ, 1995.

10. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник. В 6 кн. / Под ред. Э. К. Буренкова. Кн. 3: Редкие р-элементы. —

М.: Недра, 1996.

11. Ильин, В.Б. Мышьяк в почвах Западной Сибири в связи с региональным мониторингом окружающей среды / В.Б. Ильин,

Г.А. Конарбаева // Почвоведение. — 1995. — №5.

12. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. — М.: Мир, 1989.

13. Карпова Е.А. Мышьяк в почвах Сихоте-алинского биосферного заповедника: автореф. дис.. канд. биол. наук.— М.: МГУ, 1986.

14. Карпова, Е.А. Поглощение мышьяка почвами и минералами / Е.А. Карпова, Г.В. Мотузова, Н.Г. Зырин // Тр. ин-та эксперим. метеорол. Госкомиздата. — 1987.

15. Лакин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. — М.: Высш. школа, 1980.

16. Мальгин, М.А. Мышьяк в почвах юга Западной Сибири /М.А. Мальгин., А.В. Пузанов // Сибирский экологический журнал — 1996.— №2.

17. Мотузова, Г.В. Соединения микроэлементов в почвах / Г.В. Мотузова. — М.: Эдиториал УРСС, 1999.

18. Ониси, Х. Геохимия мышьяка / Х. Ониси, Э.Санделл // Геохимия редких элементов. — М.: ИЛ. 1959.

19. Ориентировочно допустимые концентрации тяжелых металлов и мышьяка в почвах. Издание официальное. — Гигиенические нормативы 2.1.7.020-94.— М.: Госкомсанэпиднадзор России. 1995. 6 с.

20. Перельман, А.И. Геохимия ландшафта /А.И. Перельман— М.: Высш. школа, 1975.

21. Почвы Горно-Алтайской автономной области / Под. ред. РВ. Ковалева— Новосибирск: Наука, 1973. 352 с.

22. Эмсли, Дж. Элементы / Дж. Эмсли — М.: «Наука», 1993.

23. Barcelo, J. Arsenic and heavy metal contamination of soil and vegetation around a copper mine innorthern Peru / J. Barcelo, J. Bech, C. Poschenrieder // The Science of the Total Environment. — 1997. — №29.

24. Chalmers, A. Geochemical processes affecting the solubility of selenium an arsenic in ground water, Tulare Basin / A. Chalmers //

Amer. Soil. Sci. — 1997. — №4.

25. Delaune, R.D., Arsenic in wetland vegetation: availability, phitotoxicity and effects on plant grouth and nutrition / R.D. Delaune, A.A. Carbonell, M.A. Aarabi, R.P. Gambrell // The Science of the Total Environment.— 1998.— Т 217, №3.

26. Deschenes, L. Partition and speciation of chromium, copper and arsenic in contaminated soils / L. Deschenes, C.F. Balasoiu, G.J.

Zagury // The Science of the Total Environment. — 2001. №3.

27. Goessler, W. Arsenic species in an arsenic gyperaccumulation fern, pityrogramma calomelanos / W. Goessler, K. Francesconi // The Science of the Total Environment. — 2002. — Т 284, №1-3.

28. Gough, L.P. Biogeochemistry of Arsenic and Cadmium, Fortymile River Watershed, East-Central Alaska / J.G. Crock, W.C. Day, J.

Vohden. // Geologic Studies in Alaska by the U.S. Geological Survey. — 1999.

29. Kabata-Pendias, А. Ecological consequences of As, Cd, Hg and Pb enrichment in European soil / А. Kabata-Pendias // Global

Perspectives on Lead, Mercury and Cadmium Cycling. — SCOPE. Published by Wiley Eastern Ltd., 1994.

30. Manninen, K.G. Specification of mobile arsenic in soil samples as a function of pH / K.G. Manninen, M. Pantsar-Kallio //The Science

of the Total Environment. — 1997. — №206.

31. Shacklette, H.T. Toxicity of hearvy metals in the environment / H.T. Shacklette, J.A. Erdman, Th.F. Harms / ed. F. W. Boehme.— N.Y.: Dekker, 1978. — Pt. 1.

Статья поступила в редакцию 17.01.08.

УДК 631.4

А.В. Салтыков, м.н.с., ИВЭП СО РАН, г. Барнаул

А.В. Пузанов, д-р биол. наук, проф., ИВЭП СО РАН, г. Барнаул

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ И ВНУТРИПРОФИЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПЕДОСФЕРЕ ЧЕРНЕВЫХ ЛЕСОВ

Изучено аккумулятивное действие геохимических барьеров в педосфере черневых лесов в зависимости от субстратной породы и элемента склона.

Ключевые слова: геохимические барьеры, биогеохимия, микроэлементы, почвы, черневые леса

Внутрипочвенная миграция микроэлементов в зна- тором для иммобилизации химических элементов,

чительной степени подвержена влиянию геохимичес- которая приводит в некоторых случаях к новообразова-

ких барьеров в педосфере. Именно они являются фак- ниям, вплоть до минералообразования. Вследствие это-

го геохимические барьеры можно использовать как индикаторы для обнаружения токсичных содержаний микроэлементов.

Цель и задачи исследования. Цель исследования — изучить влияние геохимических барьеров на внутри-почвенное распределение микроэлементов в черневых лесах. Задачи исследования: охарактеризовать геохимические барьеры в педосфере черневых лесов; изучить характер аккумуляции микроэлементов на биохимическом и сорбционном барьерах.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования является педосфера на территории распространения черневых лесов юга Западной Сибири. Для неё характерно: слабовыраженная или полностью отсутствующая подстилка, тёмно-серый или бурый гумусовый, более светлый и лёгкий подзолистый и самый плотный, ореховатый иллювиальный горизонты, высокое содержание гумуса гуматно-фульватного состава, слабокислая реакция среды и глинистый гранулометрический состав [1].

Предметы исследования — геохимические барьеры и микроэлементы (олово, свинец, ниобий, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий и молибден).

Основные методы — сравнительно-географический и сравнительно-генетический. Почвенные разрезы закладывали в системе ландшафтно-геохимических катен.

Физико-химические свойства почвы определялись общепринятыми методами в почвоведении, микроэле-ментный состав — методом количественного плазменно-спектрального анализа.

Результаты и их обсуждение. Для педосферы чер-невых лесов характерны два основных барьера — био-геохимический и сорбционный. Биогеохимический барьер связан с образованием на данной территории огромной растительной и микробной биомассы, чему способствуют сложившиеся здесь относительно мягкие гидротермические условия [2, 3, 4]. В почвенном профиле барьер формируется в пределах гумусово-аккумулятивного горизонта. Сорбционный барьер связан с большим содержанием в почвенной массе глинистых и в частности илистых фракций гранулометрического состава, так как почвообразование в черневых лесах протекает на тяжелосуглинистых и глинистых субстратных породах. Он формируется в пределах иллювиального горизонта. Основными факторами, определяющими эти барьеры, являются содержание гумуса (биохимический барьер) и физической глины (сорбционный барьер) (табл. 1). А. И. Перельман [5] выделяет ещё ряд показателей (градиент и контрастность барьера), характеризующих геохимические барьеры.

Рассмотрим, как распределяются микроэлементы по геохимическим барьерам в педосфере черневых лесов.

Олово и молибден имеют схожее содержание на всех барьерах (табл. 2). Так на биохимическом барьере среднее содержание олова колеблется от 3,1 (на бурой глине) до 5,4 (на гранитном элювии) мг/кг, а молибдена — от 3,0 (на бурой глине) до 6,0 (на гранитном элювии) мг/кг. На сорбционном барьере их концентрации, наоборот, увеличиваются: олово — 4,8-5,3 мг/кг, молиб-

ден — 3,7-7,3 мг/кг. Максимальное содержание на сорбционном барьере, как для олова, так и для молибдена приходится на территорию залегания гранитного элювия, хотя эта субстратная порода занимает среднее положение по их содержанию среди остальных пород. Аналогичная ситуация складывается для этих микроэлементов в различных элементах склона.

Таблица 2

Содержание исследуемых микроэлементов на биогео-химическом и сорбционном барьерах в различных условиях

Микроэлементы, субстратные породы, элементы склона Барьеры

биогеохи- мический сорбци- онный

Олово: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 3,1 і 0,6 4.6 і 0,4 5,4 і 0,6 3,9 і 0,7 4.6 і 0,5 4,0 і 0,6 5.3 ± 1,1 4,9 ± 0,8 5.3 ± 0,8 4,8 ± 0,2 6,0 ± 1,2 4,7 ± 1,0

Молибден: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 3.0 і 0,3 4.0 і 0,4 6.0 і 0,5 3,7 і 0,4 4,6 і 0,6 3,2 і 0,5 3.7 ± 0,5 5.2 ± 0,6 7.3 ± 2,5 4,0 ± 0,3 5.7 ± 1,2 4,6 ± 0,8

Свинец: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 21,2 і 2,1 17.8 і 0,7 17.9 і 1,0 18,1 і 1,5 19.3 і 1,0 19.3 і 1,9 22.6 ± 1,4 19.8 ± 2,4 16.6 ± 0,4 18,0 ± 2,4 18.9 ± 1,3 23.6 ± 1,2

Ниобий: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 20.0 і 2,3 17.5 і 1,9 24,4 і 5,3 18.6 і 1,0 21.1 і 2,9 17.2 і 2,5 17.1 ± 1,3 17.1 ± 1,4 19,3 ± 5,3 18.2 ± 1,9 18,0 ± 2,2 16.3 ± 1,4

Кобальт: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 19.7 і 3,6 14.8 і 2,1 10,1 і 1,1 19,0 і 4,9 12,7 і 2,1 17,6 і 2,1 18.8 ± 2,3 16.8 ± 2,0 11,1 ± 2,2 13,0 ± 1,0 14,6 ± 2,5 21,2 ± 1,9

Никель: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 30.9 і 2,4 43.7 і 4,7 37,3 і 3,1 40.9 і 6,6 36.8 і 3,3 37,2 і 3,9 44,1 ± 2,2 50.4 ± 4,3 49,9 ± 11,0 46,8 ± 4,7 46,7 ± 4,7 48.4 ± 3,9

Медь: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 29,3 і 4,1 33,8 і 3,3 22,2 і 6,6 28.2 і 5,8 25,6 і 3,8 32.3 і 3,4 41.5 ± 3,6 40.1 ± 3,2 32.3 ± 9,7 41.3 ± 4,8 37.5 ± 5,1 40.1 ± 3,2

Цинк: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 44,9 і 5,9 68,8 і 5,5 64.7 і 5,9 58,5 і 13,0 60,4 і 3,5 55.8 і 5,7 60.2 ± 2,7 62.3 ± 4,0 61.3 ± 4,2 60.3 ± 3,1 61,7 ± 2,4 61,1 ± 4,3

Цирконий: бурые глины сланцевый делювий гранитный элювий верхняя часть склона средняя часть склона нижняя часть склона 251.3 і 19,3 198,6 і 17,9 218.4 і 45,6 220,8 і 19,1 221,3 і 23,0 216,1 і 22,7 225,4 ± 21,0 203.0 ± 10,2 186,9 ± 46,5 197.1 ± 19,6 202.3 ± 23,2 226.3 ± 19,2

Таблица 1

Содержание гумуса и физической глины в почвенных горизонтах

Барьеры Мощность барьера, м Содержание,%

гумус физическая глина

Биогеохимический Сорбционный 0,3 і 0,2 1,2 і 0,4 7,0 і 0,7 1,4 і 0,2 41,7 і 2,1 53,4 і 2,5

1B

Накопление свинца происходит на сорбционном барьере независимо от субстратной породы, причём вниз по склону его содержание в этом барьере увеличивается до 23,6 мг/кг. То же происходит и на биохимическом барьере.

В почвенной массе на бурой глине кобальт и медь распределяются равномерно между барьерами. Ниобий, цинк и никель в большей степени аккумулируется на биохимическом барьере (20,0 мг/кг, 60,1 и 44,0 мг/кг соответственно).

Библиографический список

1.Мальгин, М.А. Биогеохимия микроэлементов в Горном Алтае / М.А. Мальгин. — Новосибирск: Наука, 1978. — 272 с.

2.Таранов, С.А. К характеристике почвенного покрова Горной Шории / С.А. Таранов // Тезисы докладов к конференции почвоведов Сибири и Дальнего Востока. - Горно-Алтайск, 1962. — С. 100-101.

3.Таранов, С.А. Экологические и генетические особенности почв лесного пояса Горной Шории / С.А. Таранов // Лесные почвы горного окаймления юго-востока Западной Сибири. — Новосибирск: Наука, 1974. — С. 75-133.

4.Трофимов, С.С. Экология почв и почвенные ресурсы Кемеровской области / С.С. Трофимов. — Новосибирск: Наука, 1975. — 299 с.

5.Перельман, А.И. Геохимия ландшафта / А.И. Перельман. — М.: Астрея, 2000. — 647 с.

Статья поступила в редакцию 17.01.08.

На сланцевом делювии, на биохимическом барьере, происходит увеличение содержания олова, молибдена, никеля и цинка, за счёт их биологической аккумуляции. Кобальт и ниобий на этой породе ни на одном барьере не аккумулируются.

Содержание большинства исследуемых микроэлементов вниз по склону на сорбционном барьере увеличивается. На биохимическом же барьере изменений не происходит.

УДК 631.4

Т.А. Рождественская, канд. биол. наук, с.н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул А.В. Пузанов, д-р биол. наук, проф., ИВЭП СО РАН, г. Барнаул

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И МЫШЬЯК В ЧЕРНОЗЕМАХ ПРЕДГОРИЙ СЕВЕРНОГО АЛТАЯ

Определено фоновое содержание тяжелых металлов и мышьяка в незагрязненных почвообразующих породах и почвах Бие-Катунского междуречья, выявлены ведущие факторы, определяющие поведение микроэлементов в почвах. Полученная информация может быть использована при мониторинге окружающей среды.

Ключевые слова: тяжелые металлы, мышьяк, биогеохимия, чернозем, почвы, Алтай

В связи с усиливающимся загрязнением окружающей среды элементами-токсикантами все более актуальной становится задача выявления содержания тяжелых металлов в незагрязненных почвах. Изучение биогеохи-мического поведения тяжелых металлов и мышьяка в компонентах биосферы — одна из важнейших задач современной экологии, так как биогеохимическая ситуация в регионах является важным фактором их устойчивого развития и функционирования. Для исследуемого района — междуречья Катуни и Бии — информации такого рода практически нет. Рассматриваемая территория удалена от крупных промышленных центров, являющихся источниками техногенного загрязнения ландшафтов элементами-токсикантами, на 100 км, и содержание тяжелых металлов и мышьяка в компонентах ее экосистем может служить в качестве фонового.

Цель исследований — определение фонового содержания тяжелых металлов и мышьяка в педосфере Бие-Катунского междуречья и изучение особенностей био-геохимического поведения элементов в почвах.

Задачи исследования: выяснить уровень концентрации элементов-токсикантов в почвообразующих породах и почвах, выявить факторы, определяющие биогеохимическое поведение элементов, дать санитарно-гигиеническую оценку сложившейся на изучаемой территории ситуации.

Территория исследования представляет собой холмисто-увалистые предгорья и низкогорья северо-восточного Алтая, расчленена многочисленными балками, долинами мелких речек. Естественная растительность представ-

лена луговыми степями и остепненными лугами, в настоящее время почти полностью распаханными.

Почвообразующими породами служат средние и тяжелые лессовидные суглинки. Коренные породы почти всюду перекрыты мощным чехлом рыхлых отложений.

Преобладающие почвы — черноземы выщелоченные (табл. 1). На границе с зоной горно-лесных почв встречаются черноземы оподзоленные.

Черноземы выщелоченные распространены по плосковершинным низкогорьям, подгорным равнинам и по увалистым предгорьям. Формируются эти почвы под луговыми степями и остепненными лугами. Развитие черноземов оподзоленных происходит в результате ос-тепнения почв, ранее находившихся под лесом [1].

По мощности гумусового горизонта черноземы выщелоченные и оподзоленные в основном среднемощные и мощные, по содержанию гумуса — среднегумусные и тучные, характеризуются довольно высокой емкостью поглощения. Реакция среды черноземов выщелоченных слабокислая в верхней части профиля и щелочная в нижней, оподзоленных — слабокислая по всему профилю. Гранулометрический состав — от легко- до тяжелосуглинистого, преобладает крупнопылеватая фракция. Четко выражено накопление илистых частиц в горизонтах В1 и В2 (см. табл. 1).

Определение свойств почв выполнено общепринятыми в почвоведении и агрохимии методами, содержания химических элементов — методом атомной абсорбции.