Никель в почвах алтая

Каштановые почвы характеризуются относительно равномерным распределением гумуса по профилю. Мощность гумусосферы каштановых почв долины средней Катуни равна 15±8 см. В горизонте А содержание гумуса составляет 4,3±0,4%, при колебаниях от 2,8% до 6,8 % (табл. 1, 2).

В среднем запасы гумуса в 40 см слое почв долины средней Катуни небольшие — примерно 65 т/га. Запасы наземной и подземной фитомассы незначительны и

соответствуют запасам фитомассы зоны сухих степей — 4-5 ц/га [9].

Если смотреть градацию пахотных почв по степени гумусированности для Западно-Сибирского региона [10], разнотипные почвы долины Средней Катуни относятся к средне и высокогумусным. Состав гумуса преимущественно фульватно-гуматный, за исключением каштановых почв, отличающихся гуматно-фульватной природой качественного состава гумуса.

Библиографический список

1. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и его процессы трансформации / Л. Н. Александрова. — Ленинград: Наука, 1980. — 288 с.

2. Арчегова, И. Б. О гумусе в вязи с нетрадиционным пониманием почвы / И. Б. Арчегова // Почвоведение.— 1992.— №1.— С. 58-64.

3. Почвы Горно-Алтайской автономной области.— Новосибирск.: Наука, 1973.— 351 с.

4. Аринушкина, Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. — М.: Изд-во МГУ, 1970. — 488 с.

5. Хмелев, В.А. Почвы низкогорий Северного Алтая / В.А. Хмелев. — Новосибирск: Наука, 1982. — 153 с.

6. Кленов, Б. М. К вопросу о природе гумуса основных типов почв Горного Алтая / Б. М. Кленов // Доклады сибирских почвоведов к IX международному конгрессу почвоведов. — Новосибирск, 1968. — С. 122-140.

7. Экологические исследования и разработка системы мониторинга состояния природной среды в зоне влияния Катунских водохранилищ: отчет о НИР. Том II. — Барнаул, 1991 — С. 13-14.

8. Богданов, Н. И. Состав гумуса черноземов Западной Сибири / Н. И. Богданов // Третья конференция почвоведов Сибири и Дальнего Востока.— Новосибирск, 1964.— С. 38-47.

9. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения.— Москва, 2003.— С. 184-187.

Статья поступила в редакцию 03.04.08

УДК 631.4

И.А. Архипов, канд. географ. наук, с.н.с. ИВЭП СО РАН

НИКЕЛЬ В ПОЧВАХ АЛТАЯ

На территории Алтая изучено распределение никеля в почвах всех высотных поясов. Установлены тесные корреляционные связи между концентрацией никеля в почвах и почвообразующих породах. Содержание никеля в почвах, почвообразующих породах и растениях Алтая оценено с экологических позиций.

Ключевые слова: Алтай, почвы, распределение, никель, растения.

Никель — широко распространенный в природе элемент, необходимый для всех организмов. Он участвует в структурной организации ДНК, РНК и белков, при его избытке подавляются процессы фотосинтеза и транспирации, появляются признаки хлороза [1]. При выветривании горных пород никель легко высвобождается и осаждается преимущественно с оксидами железа и марганца. Кларк никеля в литосфере по оценкам разных исследователей [2, 3, 4] колеблется в пределах 58 — 95 мг/кг, в основных породах его больше чем в кислых [5]. Невысокий уровень содержания элемента в гранитах (22 мг/кг) [6], в осадочных породах концентрация элемента значительно варьирует: в песчаниках — 1,2-18 мг/кг, глинистых сланцах — 21-100, в карбонатных породах — 2,3-16 мг/кг. [7]. В континентальных отложениях никель находится в основном в виде сульфидов и арсенидов, ассоциируется также с фосфатами, силикатами и карбонатами [8].

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования были выбраны основные типы почв в системе высотной поясности Алтая и дикорастущие виды травянистых растений.

Исследуемые почвы сформированы в различных экологических условиях, на породах, неоднородных по генезису, минералогии и гранулометрии, имеют исходно разный уровень концентрации исследуемого элемента.

Черноземы обыкновенные и южные, сформированы на четвертичных отложениях, представленных

суглинками, супесями и песками ледникового, элювиального, делювиального и аллювиального происхождения. Гранулометрический состав легкосуглинистый, супесчаный либо песчаный. Основные запасы гумуса сосредоточены преимущественно в верхней полуметровой толще, гумус имеет гуматную природу [2]. Реакция среды в верхней части профиля исследуемых черноземов нейтральная или близкая к нейтральной, в нижней — щелочная. Реакция среды во многом зависит от наличия карбонатов. Превращение химических соединений осуществляется в окислительной обстановке.

Каштановые почвы составляют основу почвенного покрова межгорных котловин Юго-Восточного Алтая. Суровый климат, бедная растительность, низкий уровень осадков и обилие карбонатов приводят к формированию мощных (даже сцементированных) карбонатных горизонтов, являющихся одним из геохимических барьеров для микроэлемента.

Горно-лесные бурые почвы формируются в средней, наиболее увлажненной части лесного пояса и занимают значительные площади у верхней границы леса [4]. Процессы почвообразования осуществляются под влиянием различных формаций бореальной тайги. Почвы развиты на элювио-делювии и элювии хлоритово-се-рицитовых сланцев и песчаниках интрузивных пород. Вниз по профилю увеличивается защебненность, и облегчается гранулометрический состав.

Ареал распространения горно-лесных черноземовидных почв ограничивается среднегорными района-

ми Центрального и Северного Алтая. Исследуемые почвы развиты под парковыми лиственничными лесами. Гранулометрический состав суглинистый и среднесуглинистый, водный режим промывной или периодически промывной, основной почвообразовательный макропроцесс— дерновый.

Горно-лесные серые почвы занимают нижнюю часть горно-лесного пояса. Формируются на обедненных первичными минералами тяжелых суглинках и глинах под пихтово-осиновыми или осиново-березовыми лесами.

Горно-лесные дерново-подзолистые почвы распространены на Бие-Катунском низкогорном междуречье, а также на правобережье р. Бия и верхней части бассейна р. Кокса. Почвы сформированы на тяжелых покровных суглинках и бурых бескарбонатных глинах под формациями черневой тайги в условиях низкогорного рельефа.

При выполнении полевых работ использовали сравнительно-географический и сравнительно-генетический методы [3]. Пробы почв отбирали по генетическим горизонтам. Почвенные разрезы закладывали в системе геохимически сопряженных ландшафтов.

Физико-химические свойства почв определяли общепринятыми в почвоведении методами, валовой никель — методом количественного плазменно — спектрального анализа в лаборатории биогеохимии почв ИПА СО РАН.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Никель в почвообразующих породах.

Днища котловин Центрального Алтая образованы разнообразными по литологическому и гранулометрическому составу почвообразующими породами, что в значительной степени влияет на вариабельность концентрации исследуемого элемента.

Почвообразующие породы, на которых формируются черноземы котловин, представлены большей частью карбонатными лессовидными суглинками различного генезиса. Они отличаются значительным содержанием каменистых включений в виде дресвы, хряща, щебня, галечника, малым содержанием в составе мелкозема илистой фракции и высоким содержанием карбонатов. Каштановые почвы сформированы на супесчаных галечниковых озерно-аллювиальных карбонатных отложениях. Содержание никеля в почвообразующих породах Чуйской и Курайской котловин немного выше уровня кларка. Так, делювиальные отложения Чуйской котловины содержат никеля 30-60 мг/кг, аллювиальные отложения Курайской котловины — 80 мг/кг. Наиболее обеднены никелем песчаные отложения — 20-85 мг/кг. Глубина расположения карбонатных горизонтов определяется проявлением конкретных почвообразовательных процессов и положением почв в рельефе. Миграция и аккумуляция микроэлементов на равнинах и возвышенностях криоаридных районов происходит в локальных геохимических системах, где областями сноса являются местные водораздельные пространства а областями аккумуляции — заболоченные западины, озерные и солончаковые впадины, долины мелких рек (подчиненные ландшафты).

Уровень валового содержания никеля в почвообразующих породах определяется так-же их гранулометрическим составом. Концентрация никеля в почвообразующих породах имеет следующие значения: карбонатные суглинки — 43мг/кг, супесчаные отложения — 42, песчаные отложения — 48 мг/кг.

Никель в почвах. Среднее содержание N1 в почвах мира в обобщении А. Кабаты-Пендиас показано на рис. 1.

Наиболее насыщены им почвы аридных и семиаридных районов, особенно на вулканических породах, гли-

нистых и суглинистых, богатых органикой; для США оценки содержания никеля соответственно 7-150, 5-200 (суглинистые); 5-50 глинистые. Растения, концентрирующие этот элемент (сон-трава, грудница мохнатая), способны накапливать его в 30-50 раз больше изначальной концентрации, при этом они приобретают изменчивые формы [8].

Рис. 1. Никель в почвах некоторых стран мира [8]

В большинстве изученных типов почв никель по профилю распределяется равномерно. Его биогенного накопления не отмечено даже в почвах с ярко выраженным дерновым макропроцессом — оподзоленных и выщелоченных черноземах, гумусовые горизонты которых отличаются высоким содержанием органического вещества (табл. 1).

Таблица 1

Содержание никеля в почвах Алтая

Почвы N К о л ебания Среднее

мг/кг

Горно-тундровые 10 49-64 58

Горно-луговые 36 41-79 65

Горно-лесные бурые 10 31-60 52

Дерново-глубоко- подзолистые 12 52-88 67

Горно-лесные серые 10 47-94 63

Горно-лесные черноземовидные 35 24-85 69

Черноземы южные 12 24-88 61

Черноземы оподзоленные 34 40-88 62

Черноземы выщелоченные 25 15-40 32

Каштановые 31 20-85 59

Почвенный покров в целом 215 15-94 64

Гумусо-аккумулятивный горизонт 67 15-60 64

Почвообразующие породы 45 29-91 69

Среднее содержание в почвах мира [9] 20

Кларк в почвах [8] 58

Горно-лесные почвы Алтая отличаются сравнительно высоким уровнем концентрации никеля (см. табл. 1), унаследованном от тонкодисперсных почвообразующих пород (тяжелых суглинков и глин), обогащённых микроэлементом. Наиболее высокий уровень концентрации элемента наблюдается в горизонтах с максимальным содержанием илистых и глинистых частиц. На пове-

дение микроэлементов в почвенном профиле исследуемых почв, направленность и интенсивность миграционного потока могут оказывать влияние следующие их свойства и процессы:

1) вертикальный вынос химических элементов растительностью, образующей большую биомассу;

2) наличие в профиле гумусовых горизонтов с большими запасами гумуса (для горно-лесных черноземовидных почв).

В профиле черноземов никель распределяется равномерно (табл. 2). Причиной этому служат следующие геохимические особенности профиля черноземов степных котловин Алтая:

1) миграция и аккумуляция химических соединений происходит в условиях нейтральной и щелочной реакции среды и окислительной обстановки, которая способствует накоплению катионогенных элементов с переменной валентностью и увеличению растворимости анионогенных;

2) процессы химического выветривания проявляются слабо, превалируют явления физической дезинтеграции минеральной фазы;

3) наличие мощных карбонатных горизонтов со значительным содержанием карбонатов.

Таблица 2

Никель в черноземах котловин Центрального Алтая

Различные подтипы каштановых почв составляют основной фон почвенного покрова котловин Юго-Восточного Алтая, Чуйской и Курайской. Уровень содержания, аспекты миграции, аккумуляции и биологического поглощения микроэлемента в каштановых почвах определяет ряд факторов:

1) непромывной тип водного режима, осложняющий водную миграцию и способствующий накоплению элемента в верхних горизонтах;

2) окислительная обстановка, предполагающая увеличение содержания подвижных форм;

3) сорбционный и испарительный геохимические барьеры, обусловливающие концентрацию никеля в широком интервале рН;

4) низкое содержание органического вещества;

5) наличие мощных карбонатных горизонтов, щелочная реакция среды.

Для каштановых почв сухостепных котловин свойственно равномерное распределение по профилю либо аккумуляция никеля в верхних горизонтах. Значительное влияние на распределение никеля по профилю оказывает наличие карбонатных горизонтов и испарительная концентрация. Единственный барьер в почвах этого типа — щелочной, формирующийся на границе гумусового и иллювиального карбонатного горизонтов за счет увеличения рН, но контрастность этого барьера невелика из-за окарбоначенности всего профиля (табл. 3).

Никель, активно мигрирующий в кислой среде в катионной форме, не аккумулируется в сухостепных ландшафтах вследствие господства окислительной геохимической обстановки. По степени влияния физикохимических свойств почв на уровень концентрации никеля можно составить следующий убывающий ряд:

физическая глина > ил > емкость поглощения > CaCOg > pH > гумус (табл. 4).

Таблица 3 Никель в каштановых почвах котловин Юго-Восточного Алтая

Генетический горизонт Число проб Пределы колебания Среднее

мг/кг

А 33 30-82 64,б

Вк 35 20-71 б9,4

Ск 36 20-73 б4,8

Таблица 4

Корреляционная зависимость между содержанием никеля и физико-химическими свойствами почв Алтая

Физико-химические свойства почв Валовой никель (r) Число коррелируемых пар

Ил 0,65 100

Физическая глина 0,82 100

рН водный 0,31 100

Емкость поглощения, мг/экв на 100 г почвы 0,58 100

Гумус 0,27 100

Содержание элемента в почвах России регламентируется следующими нормативами: ОДК песчаных и супесчаных почв — 20 мг/кг, суглинистых и глинистых (кислых) — 40, суглинистых и глинистых (нейтральных) — 80. В Германии относительно безопасным валовым содержанием никеля в пахотных почвах считается 80-200 мг/кг [9].

Никель в растениях. Никель легко извлекается растениями из почвы. Нормальное содержание никеля в злаковых — 0,1-1,7, в бобовых — 1,2-2,7 мг/кг сухого вещества [10]. При техногенном загрязнении почв в пищевой цепи может появиться опасная для здоровья животных и человека концентрация никеля. На территории Алтая природный недостаток или избыток никеля, способный оказать токсическое воздействие, не выявлен (табл. 5).

Таблица 5

Никель в растениях и гумусовых горизонтах почв Алтая

Вид растения Почва, разрез Ni, мг/кг

Р* П*

Володушка золотистая Bupleurum aureum Горно-лесная черноземовидная, разрез 10а 0.5 62

Коротконожка лесная Brachypodium sylvaticum 3.5

Василистник альпийский Thalictrum alpinium 0.1

Манжетка сибирская Alchemilla sibirica Горно-луговая разрез 11а 4 47

Горец птичий Poligonum avicularum 1.4

Ива козья Salix caprea 2.7

Лютик едкий Ranunculus acer Горно-лесная бурая Разрез 13а 5.5 54

Герань белоцветковая Geranium albiflorum 2.5

Чемерица любеля Veratrum lobelianum 2.8

Генетический горизонт Число проб Пределы колебания Среднее

мг/кг

А 15 25-60 45,5

АВ 9 40-70 54,2

В 16 35-60 48,8

ВС 9 40-50 45,0

С 10 45-70 53,1

Лютик едкий Ranunculus acer Горно-лесная черноземовидная Разрез 14а 3.3 41

Лапчатка золотоцветковая Potentulla chrysantha 2.7

Мятлик Крылова Poa krylovii 3.9

Астра алтайская Aster altaicus Чернозем обыкновенный Разрез 15а 3.2 40

Ковыль волосатик Stipa capullata 5.1

Подмаренник северный Galium septentrionale 1.9

Чий блестящий Achnatherum splendens Каштановая, 26а 2 47

Надземная масса 1.6

Войлок степной 15.7

Примечание. Р* содержание никеля в растениях: П* содержание никеля в гор. А почв.

По данным табл. 5 можно заключить, что некоторые виды растений сухостепных котловин Алтая обла-

дают аккумулирующей способностью и накапливают никель в довольно значительных количествах (дл 35% от валового содержания его в почвах).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Материнские породы являются фактором, определяющим содержания элемента в сформированных на них почвах. Зависимость концентрации никеля от генетического типа отложений прослеживается слабо. По степени влияния физико-химических свойств почв на уровень концентрации никеля можно составить следующий убывающий ряд: физическая глина > ил > емкость поглощения > СаС03 > рН > гумус. Различия в уровне содержания и особенностях внутрипрофильно-го распределения никеля в исследуемых почвах определяются различным характером увлажнения, генезисом и минералогией почвообразующих пород, особенностями почвообразовательных макропроцессов. Загрязнения никелем компонентов среды не обнаружено. Содержание микроэлемента в почвах соответствует фоновому значению и экологической опасности не представляет.

Библиографический список

1. Почвы Горно-Алтайской автономной области / Под ред. Р.В. Ковалева.— Новосибирск: Наука, 1973. — 352 с.

2. Хмелев, В.А. Почвы низкогорий Северного Алтая / В.А. Хмелев. — Новосибирск: Наука, 1982. — 124 с.

3. Волковинцер, В.И. Степные криоаридные почвы / В.И. Волковинцер.— Новосибирск: Наука, 1978. — 208 с.

4. Ильин, В.Б. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области / В.Б. Ильин, А.И. Сысо.— Новосибирск: СО РАН, 2001. — 228 с.

5. Виноградов, А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных пород земной коры // Геохимия. — 1962. — № 7. — С. 555-571.

6. Виноградов, А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах / А.П. Виноградов. — М.: Изд-во АН СССР, 1957.— 238 с.

7. Беус, А.А. Геохимия окружающей среды / А.А. Беус. — М., 1976. — 248 с.

8. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях./ А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. — М., 1989. — 439 с.

9. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов / В.В. Иванов. — Москва: Экология, 1996. — 190 с.

10. Eikmann, Th. Nutzungs-und schutsgutbezogene Orientirungswerte fir (Schad) Stoff in Buden // Th. Eikmann, A. Kloke // VDLUFA —

Mitteilungen.— 1991.— H. 1.— S. 19-26.

Статья поступила в редакцию 07.04.08

УДК 504.4.054

Т.А. Рождественская, канд. биолог. наук, с.н.с. ИВЭП СОРАН, г. Барнаул A.B. Пузанов, д-р биолог.наук, проф., ИВЭП СОРАН, г. Барнаул И.В. Горбачев. м.н.с. ИВЭП СорАн, г. Барнаул

НИТРАТЫ И НИТРИТЫ В ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ АЛТАЯ

Исследовано содержание нитратов и нитритов в поверхностных и подземных водах Северного, Северо-Восточного и Северо-Западного Алтая. Выявлено, что наибольшее количество загрязнителей в поверхностных водах характерно для рек Северного и Северо-Западного Алтая — наиболее освоенных в сельскохозяйственном и промышленном отношении районов. Обнаружено нитритное загрязнение вод (>2 ПДК) в скважинах комплекса кучного выщелачивания золота.

Ключевые слова: нитраты, нитриты, подземные и поверхностные воды, снежный покров, Алтай

В современных условиях развития общества на первый план выдвигаются задачи исследования и оценки экологического состояния природной среды, в частности, гидросферы. Усиливающаяся антропогенная нагрузка на наземные экосистемы влияет на формирование обстановки, благоприятной для миграции и накопления токсикантов в водной среде. В число приоритетных показателей, определяемых при обследовании водных объектов, входят и концентрации нитратов и нитритов. Соединения азота являются одним из доминирующих видов загрязнений подземных и поверхностных вод и во многом определяют их экологическое и санитарное состояние.

В малых количествах нитраты постоянно присутствуют в организме человека, как и в растениях, и не вызывают негативных последствий. Однако постоянное употребление воды с повышенным содержанием нитратов приводит к заболеваниям крови и сердечно-сосудистой системы. Главной причиной негативных явлений являются не столько нитраты, сколько их метаболиты — нитриты. При высоком содержании нитратов в водоемах возрастает вероятность образования нитритов в количествах, токсичных для рыб. Нитраты в живых организмах в результате биохимических реакций превращаются в нитриты, из которых в желудочно-