Микроэлементный состав торфяных почв Нижнего Приангарья

УДК 631.42 + 631.445.1 + 571.51 Л.В. Карпенко

МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПРИАНГАРЬЯ

В статье приводится характеристика торфяных почв Нижнего Приангарья в зоне затопления Богучанского водохранилища. Дается краткая характеристика болот района исследований, приводится классификация торфа и их физико-химические свойства. Особое внимание уделяется характеристике валового содержания некоторых микроэлементов в торфяных почвах, так как сведений о их концентрации в торфах данного региона нет. Исследованиями установлено, что торфяные почвы по содержанию изученных в них микроэлементов не превышают ПДК и поэтому характеризуются как экологически чистые.

Делается вывод, что торфяные почвы района исследований, особенно почвы низинных болот, представляют собой крупный природный ресурс и являются ценным сырьем при использовании их в сельскохозяйственных целях.

Ключевые слова: болотные экосистемы, торфяные почвы, классификация торфа, физикохимические свойства, классификация торфа, микроэлементы, ПДК, природный ресурс.

L.V. Karpenko PEAT SOILS MICROELEMENTAL COMPOSITION IN THE LOW PRIANGARIE

Characteristics of peat soils in the Low Priangarie region in the zone of Boguchansk water reservoir flooding down is given in the article. A brief bogs description in the research region and also peat classification as well as its physical and chemical features are given. Special attention is given to the characteristics of total content of some microelements in peat soils because there is no information on their concentration in peat of this region. The ra-seach shows that the peat soils do not exceed MPC (maximum permissible concentration) in the researched microelements content and therefore they are characterized as ecologically pure soils.

The author draws the conclusion that the peat soils of the researched region and especially the bog eutroph-ic soils are great natural resource and valuable raw material for the agricultural purpose use.

Key words: bog ecosystems, peat soils, peat classification, physical and chemical features, microelements, MPC, natural resource.

Введение. Болотные экосистемы имеют большое значение для сельского хозяйства, как главный источник торфа и гумуса, и как потенциально плодородные почвы.

Торф, по определению С.И. Тюремнова [1], - органическая горная порода, содержащая не более 50% минеральных веществ, образовавшаяся в результате отмирания и неполного распада болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода. Он относится к геологическому образованию, представляющему собой полезное ископаемое наряду с бурым и каменным углем, прошедшими в свое время стадию торфа.

При сельскохозяйственном использовании торфа и торфяных почв особое значение приобретает оценка их плодородия. Плодородие таких почв зависит от типа торфяной залежи (низинная, переходная или верховая), качественного состава торфов (их зольности, степени разложения, влажности, кислотности), содержания макроэлементов. Кроме того, для расчета необходимого количества микроудобрений, в которых так нуждаются эти почвы, необходима правильная оценка содержания микроэлементов в торфах.

Торфяные месторождения представляют собой благоприятную среду для накопления микроэлементов [2]. На пути движения минеральных веществ к конечным водоемам стока торфяные залежи выступают в качестве активных геохимических барьеров: восстановительного, кислого, сорбционного, биологического, механического [3]. Микроэлементы концентрируются в зонах выклинивания грунтовых вод, поступающих со стороны коренных склонов речных долин. Наиболее высокие концентрации микроэлементов часто приурочены к нижним слоям залежи.

Целью наших исследований являлось определение ботанического состава торфов Нижнего Приангарья, их классификация, изучение физико-химических свойств торфяных почв и определение содержания в них валовых форм микроэлементов. Необходимо отметить, что сведения по оценке содержания микроэлементов в торфяных почвах исследованного региона приводятся впервые.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись торфяные болота различного типа, расположенные в зоне затопления долины Ангары в связи с созданием здесь водохранилища Богучанской ГЭС. Зондирование торфяной залежи и отбор образцов торфа на все виды анализов отбирались из

болотных массивов, расположенных в окрестностях деревень Недокура, Болтурино, Проспихино, а также на левом и правом берегах р. Ковы, крупного левобережного притока р. Ангары.

На болотных массивах, разных по геоморфологическому положению и типу питания, закладывались торфяные разрезы и на всю глубину органогенного горизонта с интервалом 25 см отбирались образцы торфа для определения ботанического состава, зольности, влажности, степени разложения и физикохимических свойств торфа.

Все анализы выполнены в соответствии с методиками, которые применяются в болотоведении: ботанический состав и степень разложения - по [4], зольность - по [5]. Определение фракционного состава гумуса, подвижного азота, фосфора и калия выполнены в испытательной лаборатории экологомелиоративных проблем ФГУП «СибнИИГиМ» (г. Красноярск) Л.Р. Мукиной. Ею же были определены валовые и подвижные формы микроэлементов в торфах на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой ELAN 9000 (фирмы Perkin Elmer) в аналитической лаборатории Красноярского научно-исследовательского Института геологии и минерального сырья (КНИИГиМС).

Результаты и их обсуждение. Характеристика болот. Большая часть болот в пределах рассматриваемого района расположена в пойме Ангары и на ее первой надпойменной террасе. Это, как правило, болота низинного (евтрофного) типа. В питании таких болот основную роль играют грунтовые и полые воды. Переходные болота смешанного питания (грунтового и атмосферного) располагаются среди низинных болот на первой надпойменной террасе Ангары и ее крупных притоков, а также на водоразделах. Верховые болота преимущественно атмосферного питания встречаются редко и незначительны по площади.

По условиям геоморфологического положения низинные болота района исследований подразделяются на пойменные, старичные и долинно-балочные, а переходные и верховые - на надпойменные и водораздельные.

По характеру растительного покрова болота большей частью облесены, древостой образован елью, лиственницей, сосной, кедром, березой. Открытые необлесенные болота приурочены, главным образом, к поймам небольших рек и ручьев и представлены осоковыми, осоково-гипновыми и тростниковыми растительными группировками.

Классификация видов торфа и их физико-химические свойства. В результате ботанического анализа торфа и в соответствии с принципами классификации, принятой в болотоведении, на исследованной территории выделено двенадцать видов торфа, из которых четыре относятся к низинным, пять - к переходным и три - к верховым (табл. 1).

Степень разложения и зольность низинных и переходных видов торфа колеблются в широких пределах, в верховых видах торфа эти величины варьируют не столь значительно. Влажность торфяных почв сильно колеблется в зависимости от вида торфа (см. табл. 1).

Таблица 1

Классификация видов торфа Нижнего Приангарья и их качественная характеристика

Тип торфа Подтип торфа Группа торфа Вид торфа Степень разложения, % Зольность, % Влажность, %

Низинный Лесо- топяной Древесно- травяная Древесно- осоковый 11,0-50,0 31,0-54,0 52,0-82,0

Топяной Травяная Осоковый 15,0-50,0 9,0-74,0 53,0-88,0

Травяно- моховая Осоково- гипновый 18,0-45,0 6,0-34,0 80,0-89,0

Моховая Гипновый 18,0-26,0 8,0-14,0 68,0-88,0

Переходный Лесной Древесная Древесный 45,0 8,0 82,0

Лесо- топяной Древесно- травяная Древесно- осоковый 10,0-40,0 7,0-10,0 70,0-91,0

Топяной Травяная Осоковый 25,0-45,0 13,0-20,0 71,0-85,0

Травяно- моховая Осоково- сфагновый 15,0-35,0 4,0-11,0 79,0-90,0

Моховая Сфагновый - - -

8>§ Œ О CD ÛÛ OÛ Топяной Моховая Фускум 5,5-9,4 9,4-11,0 85,0-87,0

Ангусти-фолиум 6,0-8,0 15,0-37,0 85,0-90,0

Медиум 9,0-12,0 4,4-7,2 88,0-93,0

Реакция почвенного раствора торфяных почв колеблется в пределах 5,6—6,0 и оценивается как нейтральная, что связано с высоким содержанием кальция и магния в почвообразующих породах и водах, питающих болотные массивы.

Валовое содержание азота, фосфора и калия в торфах определяется условиями их генезиса. Химический анализ торфа показал, что содержание валовых форм азота и фосфора в верхних горизонтах торфяных почв высокое, а калия - низкое. Содержание азота вниз по профилю закономерно падает, что свидетельствует о биогенном накоплении этого элемента. А содержание фосфора, и особенно калия, вниз по профилю возрастает более чем в пять раз.

Несмотря на значительное содержание валового азота в торфе, подвижные формы аммиачного и нитратного азота составляют всего 0,5-3,0 мг/100 г почвы. Сумма нитратной и аммиачной форм азота по отношению к валовому азоту минимальна и составляет 0,015-0,026%. Подвижность фосфора варьирует в пределах 0,1-3,6%, что объясняется повышенным количеством органофосфатов в торфяной залежи. Подвижность калия высокая - 1,9-8,5%, что связано с высоким содержанием обменных кальция и магния, которые являются более активными и вытесняют калий из почвенно-поглощающего комплекса (ППК).

Низинные торфа лесного, лесо-топяного и топяного подтипов наиболее хорошо гумифицированы -содержание гумусовых веществ в них достигает 40-50%, а в органическом веществе торфа преобладают гуминовые кислоты. В других видах торфа (например, переходном торфе топяного подтипа, моховой группы) содержание гумифицированных веществ снижается до 10-20% с увеличением относительного содержания в них фульвокислот. Соотношение С^ в исследованных торфах варьирует от 35:1 до 44:1. Этот показатель с глубиной увеличивается, что свидетельствует о низкой биохимической активности торфов и замедленном разложении их из-за недостатка азота. Содержание водорастворимых форм не фиксируется, а количество подвижного органического вещества (растворимого в 0,1 н. NaOH) составляет 2,5-6,1% от общих запасов, в которых 80% приходится на фульвокислоты.

Содержание микроэлементов. На данный момент мы не располагаем сведениями о предельно допустимых концентрациях и фоне тяжелых металлов в торфах исследованной территории. Поэтому для оценки концентрации микроэлементов использовалась методика, применяемая в геохимии, сравнение полученных величин микроэлементов в торфяных почвах зоны затопления с кларками химических элементов в почве по [6] и ПДК этих же элементов в почвах.

Медь. Кларк 20, ПДК - 55 мг/кг. В целом полученные концентрации меди в торфах близки или ниже кларка почв. Из табл. 2 следует, что низкие величины элемента характерны для переходных болот долины р. Ковы (разрезы № 4-5), где меди содержится ниже кларка в 2-3 раза. Напротив, в торфах пойменных и долинно-балочных болот (разрезы № 1-3; 6-7) концентрация меди выше кларка в 1,5-2,7 раза. Содержание меди в торфах всех исследованных болот не превышает ПДК.

Цинк. Кларк 50, ПДК -100 мг/кг. Как видно из табл. 2, концентрация цинка в торфяных почвах переходных болот долины р. Ковы ниже кларка в 2,5 раза. Увеличение концентраций цинка в 1,3-2,0 раза отмечается только в придонных слоях долинно-балочного болота, расположенного в окрестностях дер. Недокура (разрез № 3), и в поверхностном слое торфяного разреза, заложенного у дер. Проспихино (разрез № 8). Концентрация элемента в торфах всех исследованных болот не превышает ПДК.

Свинец. Кларк 10, ПДК - 30 мг/кг. Известно, что источниками поступления свинца являются выбросы металлургических предприятий, автомобильный транспорт, коммунальные и промышленные воды, а также инсектициды. Исследованная территория мало подвержена влиянию антропогенных факторов, поэтому можно предположить, что содержание свинца в торфах обусловлено только природными причинами. Из табл. 2 следует, что концентрация свинца в торфах надпойменных болот долины р. Ковы (разрезы № 4-5) в 5 раз ниже кларка. В нижних слоях торфа пойменного (разрез № 1) и долинно-балочных болот (разрезы № 3, 8), заложенных на болотных массивах в окрестностях деревень Недокура и Проспихино, содержание свинца в 1,5-2,0 выше кларка почв. Торфяные почвы всех типов исследованных болот содержат свинца в 2,0-15,0 раза меньше ПДК.

142

Таблица 2

Валовое содержание микроэлементов в торфяных почвах долины р. Ангары и их профильное распределение, мг/кг

Пункт отбора образцов Тип болота, № разреза Глубина образца, см Zn Pb Cd Со № а Mn Sr

Кларк в почвах, мг/кг по А.П. Виноградову, 1957 20 50 10 0,5 80 40 200 850 300

дер. Недоку-ра Пойменное низинное болото, 1 0-25 19,0 20,0 5,4 5,0 8,7 22,0 22,0 690,0 2000

50-75 20,0 20,0 5,7 5,0 10,0 23,0 33,0 640,0 1700

50-75 37,0 63,0 17,0 5,0 39,0 70,0 160,0 480,0 950,0

Пойменное низинное болото, 2 0-10 30,0 41,0 10,0 5,0 21,0 47,0 54,0 1300,0 -

10-25 22,0 37,0 6,5 6,0 11,0 27,0 22,0 2400,0 -

25-40 30,0 86,0 12,0 7,0 18,0 42,0 55,0 1400,0 -

Долинно-балочное низинное болото, 3 0-25 14,0 20,0 4,4 5,0 4,3 10,0 5,0 1300,0 3800,0

25-50 23,0 33,0 6,8 5,0 18,0 37,0 41,0 620,0 1700,0

50-75 41,0 70,0 15,0 5,0 45,0 81,0 110,0 700,0 1100,0

75-100 35,0 92,0 17,0 5,0 28,0 71,0 100,0 450,0 < 100,0

100-125 40,0 80,0 16,0 5,0 43,0 84,0 120,0 510,0 4600,0

р. Кова, правый берег Надпойменное переходное болото, 4 0-25 5,9 20,0 2,0 5,0 1,0 < 1,0 5,0 180,0 <100,0

25-50 6,5 20,0 2,0 5,0 1,0 1,2 5,0 580,0 350,0

50-75 6,6 20,0 2,0 5,0 1,0 2,4 5,0 640,0 340,0

75-100 7,5 20,0 2,0 5,0 1,0 3,0 5,0 490,0 590,0

100-125 11,0 20,0 2,0 5,0 1,1 8,0 5,0 910,0 1100,0

р. Кова, левый берег Надпойменное переходное болото, 5 0-15 9,1 20,0 2,0 5,0 1,0 1,0 5,0 910,0 <100,0

15-25 7,1 20,0 2,0 5,0 1,0 1,0 5,0 250,0 <100,0

25-50 11,0 20,0 2,7 5,0 1,0 1,5 5,0 320,0 340,0

50-75 15,0 20,0 2,0 5,0 8,6 14,0 5,0 830,0 490,0

75-100 6,2 20,0 2,0 5,0 1,6 2,0 5,0 780,0 340,0

100-125 6,9 20,0 2,0 5,0 3,9 3,1 5,0 1600,0 590,0

125-150 11,0 20,0 2,0 5,0 8,5 6,5 5,0 3300,0 1400,0

дер. Болту-рино Надпойменное низинное болото, 6 0-50 Водная прослойка

50-75 18,0 20,0 6,8 5,0 12,0 29,0 17,0 3100,0 1200,0

дер. Проспи-хино Долинно-балочное низинное болото, 7 0-25 30,0 40,0 9,6 8,0 19,0 42,0 39,0 1200,0 -

Долинно-балочное низинное болото, 8 0-25 54,0 100,0 20,0 5,0 51,0 90,0 140,0 2300,0 880,0

25-50 23,0 67,0 6,6 5,0 20,0 32,0 26,0 4000,0 2100,0

50-75 28,0 58,0 11,0 5,0 23,0 43,0 60,0 1700,0 1100,0

Экология

Кадмий. Кларк и ПДК - 0,5 мг/кг. Содержание кадмия в почве зависит от материнской породы. Как следует из результатов анализов, торфа всех болот содержат кадмия выше кларка и выше ПДК в 10-16 раз. По шкале экологического нормирования тяжелых металлов [7] почвы с таким содержанием кадмия относятся к высокому уровню загрязнения.

Никель. Кларк 40, ПДК - 85 мг/кг. Как следует из табл. 2, концентрация никеля в большей части исследованных образцов торфяных почв не превышает кларк почв. При этом необходимо отметить, что в торфах переходных болот, расположенных в долине р. Ковы (разрезы № 4-5), его концентрация меньше кларка в 3-40 раз. Напротив, в низинных торфах долинно-балочных болот (разрезы № 3, 8) содержание никеля выше кларка в 2,0-2,2 раза. Концентрация никеля немного выше ПДК отмечена в одном образце торфа, взятом на болотном массиве у дер. Проспихино (разрез № 8).

Хром. Кларк 200, ПДК - 0,6 мг/кг. Как следует из полученных данных, концентрация элемента в торфах болот района исследований значительно ниже кларка почв. Например, в торфах переходных болот долины р. Ковы хрома содержится в 40 раз меньше кларка. Однако во всех проанализированных образцах торфа концентрация хрома превышает ПДК в 8,3-266,6 раза.

Марганец. Кларк 850, ПДК - 1500 мг/кг. Содержание марганца в исследованных образцах торфа сильно варьирует (от 180 до 4000 мг/кг). Как следует из табл. 2, превышение содержания элемента над кларком почв в 1,5-2,8 раза отмечается в низинных торфах пойменного и долинно-балочного болот (разрезы № 2-3, дер. Не-докура), в нижних слоях торфяной залежи переходного болота, расположенного на левом берегу р. Кова (разрез № 5), в 1,8-3,8 раза. Самая большая концентрация марганца отмечена в придонном горизонте торфяных почв долинно-балочного болота у дер. Проспихино (кларк превышен в 4,7 раза). В шести образцах торфа с разных глубин (разрезы № 2, 5, 6, 8) содержание марганца превысило ПДК в 1,6-2,6 раза.

Стронций. Кларк 300 мг/кг. ПДК отсутствует. Микроэлементный анализ показал, что концентрация стронция в торфах пойменного и долинно-балочного болот, расположенных у дер. Недокура (разрезы № 1, 3), значительно превышает кларк почв (в 3,6-15,5 раза). Напротив, в торфах переходных болот, залегающих на правом и левом берегах р. Ковы (разрезы № 4-5), содержание стронция близко или чуть выше кларка почв. Высокое содержание стронция выявлено также в торфах низинных болот, залегающих у деревень Болтурино и Проспихино (разрезы № 6, 8), где его концентрация превышает кларк почв в 4-7 раз.

Как показал химический анализ торфяных почв, количество подвижных форм микроэлементов, извлекаемых кислотной вытяжкой - 1М ИЫОз, составляет сотые доли от валовых форм, что объясняется образованием металлоорганических комплексов в торфяных почвах, способствующих более прочному закреплению тяжелых металлов.

Заключение. Торфяные болота и торф исследованного района являются крупным природным ресурсом. Разнообразие типового, видового и химического состава торфяных почв позволяет получать из него не только экологически безопасные удобрения, но и конкурентоспособную продукцию для сельского хозяйства и населения. Особенно ценным сырьем являются низинные торфа зоны затопления, имеющие среднюю и высокую зольность, среднюю степень разложения, сравнительно высокое содержание валового азота и фосфора, относительно высокую доступность фосфора и калия для растений.

Торфяные почвы по содержанию в них почти всех описанных выше микроэлементов в целом не превышают ПДК и поэтому характеризуются как «экологически чистые». Исключение составляют три элемента: кадмий, концентрации которого превышают ПДК в 10 и более раз, хром, содержание которого превышает ПДК в 2,2-8,3 раза, и стронций. К сожалению, в литературе нет данных о ПДК стронция в почвах, который относится к третьему классу опасности. Однако, судя по ПДК стронция в воде (8 мг/л) и в воздухе (1 мг/м3), концентрация стронция в торфах зоны затопления очень высокая. По-видимому, торфяные почвы с таким содержанием элемента будут непригодны или даже опасны при использовании их в сельскохозяйственных целях.

Литература

1. Тюремнов, С.Н. Торфяные месторождения / С.Н. Тюремнов. - М.: Недра, 1976. - 488 с.

2. Методические рекомендации по оценке содержания микроэлементов в торфяных месторождениях Европейской части РСФСР. - М., 1974. - 200 с.

3. Перельман, А.И. Геохимия / А.И. Перельман. - М.: Высш. шк., 1989. - 528 с.

4. ГОСТ 28245-89. ТОРФ. Методы определения ботанического состава и степени разложения / Государственный комитет по стандартам. - М., 1989. - 9 с.

5. ГОСТ 6801-86. ТОРФ. Метод определения зольности в залежи / Государственный комитет по стандартам. - М., 1986. - 4 с.

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

7. Орлов, Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / Д.С. Орлов, Л.К. Садовнико-ва, И.Н. Лозановская. - М.: Высш. шк., 2002. - 334 с.

'---------♦------------

УДК 46.91 + 20.1 Г.В. Кашина

ХРОНИЧЕСКАЯ АНТРОПОГЕННАЯ ТОКСИКАЦИЯ ПЧЕЛ И ПРОДУКТОВ ПЧЕЛОВОДСТВА

Изучение закономерностей перехода экотоксикантов (тяжелые металлы, радионуклиды, метаболиты устойчивых органических загрязнителей и др.) в трофических цепях «почва (вода) - энтомофиль-ные растения - медоносные пчелы - пчелосырье - продукты пчеловодства» позволяет детализировать и выявить доминантные факторы антропогенного происхождения в пчеловодстве. Различные виды объектов агроэкосистемы по-разному накапливают ксенобиотики.

Ключевые слова: экотоксиканты, тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды, энтомофильные растения, медоносные пчелы, продукция пчеловодства.

G.V. Kashina CHRONIC ANTHROPOGENIC TOXICATION OF BEES AND BEEKEEPING PRODUCTS

information about the research of laws of ecotoxicological materials transformation (heavy metals, radionuclides, stable organic pollutants metabolites) in such trophic chains as “soil( water) - entomophilous plants - honey bees - bee raw material - beekeeping products” is given in the article. It allows to work out in detail and reveal the dominant factors of anthropogenic origin in the sphere of beekeeping.The article shows that various kinds of agroecosystem objects cumulate xenobiotics differently.

Key words: ecotoxicological materials, heavy metals, radionuclides, pesticides, entomophilous plants, honey bees, beekeeping products.

Введение. В течение последних 30 лет во всех областях Западной Сибири проводилось ничем не оправданное уменьшение числа пчелиных семей. Только в период 1980-2008 гг. их число по региону сократилось в среднем на 48%. Жизнеспособность и продуктивность медоносных пчел во многом определяется состоянием окружающего агроценоза и объектов пчеловодства регионов РФ.

Предпосылками устойчивого развития территориально-производственных систем макрорегиона Сибири необходимо считать повышение существующих факторов аграрного природопользования, устранения нарастающей хронической антропогенной нагрузки и их негативного влияния на обеспечение населения биологически полноценными и экологически безопасными пчелопродуктами.

Получение экологических продуктов пчеловодства в условиях интенсивного техногенного загрязнения окружающей среды обитания медоносных пчел становится все более проблематичным. На сегодняшний день практически не существует экосистем, которые прямо или косвенно не испытывали бы антропогенного влияния. В связи с этим даже на фоновых агротерриториях возможно значительное накопление поллютантов, в том числе техногенных радионуклидов, тяжелых металлов и метаболитов пестицидов.

Систематическое поступление экотоксикантов по пищевой цепи «почва (вода) - энтомофильные растения - продуктивные пчелы - пчелопродукции», обладающих эффектами синергизма, потенцирования и материальной кумулятивности, при дополнительном стрессовом воздействии (патогенные возбудители инфекций, дефицит и дисбаланс питательных веществ в подкормках и др.) создают предпосылки хронического токсикологического поражения медоносных пчел, воздействуя в первую очередь на жизнеспособность расплода, репродуктивную популяцию медоносных пчел, их реаутивность и агрегативность иммунной системы.