Распределение йода в почвах Тувинской горной области

18. Дмитриев, А. Н. Природные самосветящиеся образования. - Новосибирск: Изд-во института математики СО РАН, 1998. -243 с.

19. Дмитриев, А. Н. Землетрясения и межгеосферные взаимодействия // Алтайское (Чуйское) землетрясение: прогнозы, характеристики, последствия: Матер. научно-практ. конф. - Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2004. - С. 82-95.

Материал поступил в редакцию 5. 09. 2007.

УДК 631.438

A.B. Пузанов, С.В. Бабошкина, Д.Н. Балыкин, H.A. Мешков

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЙОДА В ПОЧВАХ ПВИНСКОЙ ГОРНОЙ ОБЛАСП

Выявлены закономерности распределения йода в почвенном покрове в системе высотной поясности. Достаточно невысокое содержание йода в почвах обусловливает высокий уровень заболеваемости животных и человека эндемическим зобом.

Биогеохимическая ситуация является одним из факторов устойчивого развития горных регионов. Иод - незаменимый микроэлемент для животных и человека. Он входит в состав тироксина - гормона щитовидной железы, регулирующего важнейшие обменные процессы в организме [1]. Недостаток тироксина в организме человека и животных приводит к глубоким функциональным изменениям: к ослаблению обмена азотистых веществ и углеводов, понижениюокислительно-восстановитель-

ных процессов и газообмена, уменьшению концентрации фосфора и кальция в крови. Йодная недостаточность у животных приводит к снижению их продуктивности и воспроизводительной способности. Дефицит йода и его негативные последствия проявляются чаще всего в горных странах. Центрально-азиатское внутриконтинен-тальное положение Тувинской горной области обостряет дефицит йода в экосистемах и усугубляет развитие эндемического зоба у животных и человека.

Объекты исследований - основные типы и подтипы почв Тувы: горно-луговые, горно-лесные бурые, горнолесные черноземовидные, горно-лесные серые, черноземы выщелоченные, обыкновенные и южные, каштановые, светло-каштановые, лугово-каштановые и бурые пустынно-степные почвы.

Иод в почвах определяли роданидным методом, физико-химические свойства почв определены общепринятыми в почвоведении методами.

В работе приняты следующие обозначения вариационно-статистических параметров: n - объем выборки; lim

- пределы колебания параметров; X - средняя арифметическая; Sx - ошибка средней арифметической; CV -коэффициент вариации в %.

Йод в почвах

В биогеохимическом цикле йода на континентах пе-досфера играет доминирующую роль.

Тувинская горная область - один из немногочисленных регионов, где биогеохимия йода до последнего времени оставалась неизученной. Пространственное и внут-рипрофильное распределение йода в почвах достаточно полно исследовано в ряде регионов [2-16]. Концентрация йода существенно варьирует как в педосфере мира в целом, отдельных регионов, так и в пределах однотипных почв и генетических горизонтов (табл. 1-3). Исходное многообразие содержаний йода в почвообразующих породах различного генезиса, петрографии и гранулометрии, вариабельность концентраций микроэлемента в растениях, проявление целой гаммы почвообразовательных процессов различного уровня в педосфере горной страны, контрастность ландшафтно-геохимических обстановок в системе высотной поясности, ярко выраженное проявление процессов экзогенеза (дефляция, эрозия) предопределили значительные колебания содержаний микроэлемента в почвах и почвенном покрове региона исследований (см. табл. 1-3). Минимальные концентрации йода свойственны песчаным и супесчаным гумусовым горизонтам каштановых и светло-каштановых почв Улуг-Хемской и Хемчикской котловин, максимальные -иллювиальным карбонатным горизонтам черноземных почв Турано-Уюкской котловины и реликтовым горизонтам максимальной аккумуляции карбонатов каштановых почв Убсунурской котловины.

Высокое содержание йода в тяжелосуглинистых и в значительной мере окарбоначенных отложениях отражает интегральный эффект степени дисперсности и геохимического сродства к карбонатам. Иод, высвобождающийся в процессе гипергенеза и поступающий в результате внутрипрофильной миграции, прочно фиксируется карбонатами почвообразующих пород различного генезиса.

Таблица 1

Распределение йода по профилю почв Тувинской горной области, мг/кг

Генетический горизонт, глубина образца, см Гумус СаСОз Ил Физическая глина pH води. Емкость поглощения, мг-экв/100г почвы I

%

Почвы горного окаймления

Горно-таёжная дерновая тяжелосуглинистая. Хр. Бура. Разрез 169

Аяео 5-15 2,0 1,0 8,2 48,6 4,4 43,0 1,6

АСд 40-50 0,7 1,4 7,0 40,1 4,0 33,0 2,0

Горно-лесная бурая тяжелосуглинистая. Хр. Бура. Разрез 204

Генетический горизонт, глуби- Гумус CaCOs Ил Физическая глина pH водн. Емкость поглощения, мг-экв/100г почвы I

%

А 0-10 10,8 Нет 12,1 47,2 6,3 44,4 1,8

в 11-21 4,0 -"- 10,0 45,3 5,9 32,0 2,5

вск 30-40 4,2 30,5 9,8 46,8 7,2 22,0 3,0

с„ 50-60 1,6 16,0 3,4 39,9 7,2 11,0 3,6

Горно-лесная черноземовидная легкосуглинистая. Хр. Восточный Танну-Ола. Разрез 29

А 10-20 10,3 Нет 4,3 17,1 6,7 44,9 1,2

AB 23-33 1,9 -"- 11,2 25,8 6,7 28,2 1,6

В 40-50 1,0 -"- 10,3 21,9 6,9 24,6 1,1

вск 70-S0 0,8 13,4 11,6 26,8 8,3 18,0 1,3

С„ 90-100 0,6 8,3 9,8 23,6 8,5 10,0 1,0

Почвы степных и сухостепных котловин, Турано-Уюкская котловина

Темно-каштановая легкосуглинистая. Разрез 7

0-10 3,2 0,7 4,1 21,4 7,1 24,6 1,2

Bk 30-40 2,9 12,0 5,6 17,8 7,6 26,4 1,1

BCk 50-60 0,9 15,6 0,9 11,0 7,5 29,0 5,8

Ck 70-S0 0,3 6,0 6,7 15,6 8,1 24,6 2,6

Ск 95-105 0,2 5,4 5,8 12,8 8,0 12,3 2,8

Темно-каштановая суглинистая. Разрез 2

К А пах 3-13 3,4 11,2 7,4 35,8 7,9 37,0 1,1

14-24 2,9 11,4 8,8 35,0 8,0 36,1 1,0

вк 30-40 0,7 17,8 21,4 47,8 8,3 25,5 1,3

ВСК 65-75 0,9 11,8 13,5 27,0 8,2 21,1 1,9

Ск 90-100 0,3 5,1 5,8 12,1 8,3 22,9 1,3

Чернозем южный супесчаный. Разрез S

Ак 0-15 3,9 2,1 5,2 19,5 7,6 21,1 1,4

вк 20-30 1,4 7,6 8,1 22,3 8,3 14,1 5,4

Ск 55-65 0,6 4,1 5,2 14,0 8,3 19,4 1,0

Чернозем обыкновенный легкосуглинистый. Раз] эез 163

А 0-15 8,2 1,5 2,2 26,7 6,8 63,0 2,5

А' 15-25 8,0 1,2 7,8 28,2 6,9 64,0 2,7

А к 30-40 4,6 7,6 6,2 31,4 7,2 32,0 2,8

АВК 50-60 1,9 33,9 8,4 34,4 7,4 3,6 2,8

вК 62-72 1,3 28,2 11,8 40,9 7,5 11,7 3,2

ВСК S0-90 0,9 20,0 10,2 31,4 7,6 8,1 3,3

СК 90-100 0,3 12,1 4,7 19,2 7,4 9,0 3,2

Чернозем обыкновенный суглинистый. Разрез 143

д 0-10 6,6 Нет 6,7 30,9 5,8 36,0 1,9

А 12-21 6,3 -"- 6,2 30,1 5,9 34,0 2,0

к В1 21-29 3,4 9,8 9,8 29,7 7,2 25,1 3,2

к В 2 29-3S 2,7 12,1 10,7 29,5 7,4 17,0 3,5

ВСК 50-60 1,6 19,0 10,3 34,1 8,1 8,0 5,4

СК 70-S0 0,6 10,8 5,6 28,4 7,4 8,0 6,0

Чернозем выщелоченный легкосуглинистый. Раз рез 160

А 0-10 4,2 Нет 0,8 17,4 6,5 37,0 2,2

AB 22-32 3,1 -"- 2,2 20,2 6,6 29,0 2,4

к В1 40-50 0,4 4,9 0,0 11,9 7,2 3,0 2,4

к в 2 70-S0 0,7 26,1 16,5 32,8 7,8 12,0 4,7

вск 110- 120 0,4 20,5 19,0 36,7 7,7 8,0 4,6

Ск 140-150 0,2 16,8 19,7 33,9 7,7 12,0 4,4

Убсунурская котловина

Светло-каштановая супесчаная. Разрез 21

А 10-20 2,0 Нет 2,1 11,6 7,1 24,6 0,8

вк 30-40 1,7 19,2 7,4 17,3 8,3 16,0 0,8

вск 50-60 1,1 17,3 11,8 25,3 8,5 15,0 1,9

к с 1 S0-90 0,6 17,1 18,5 29,8 8,7 10,0 2,2

Темно-каштановая супесчаная. Разрез 2S

д ^пах 0-10 2,4 Нет 1,2 8,0 7,5 22,0 1,4

Ак 10-20 2,2 13,5 4,8 12,4 8,3 12,0 1,4

Генетический горизонт, глуби- Гумус СаС03 Ил Физическая глина pH водн. Емкость поглощения, мг-экв/100г почвы I

%

Вк З0-40 1,1 20,1 5,6 15,6 8,8 13,0 2,0

С„ 55-б5 0,5 5,0 4,7 8,9 8,б 9,0 3,5

Хемчикская котловина

Каштановая песчаная. Разрез 51

А 0-10 2,7 Нет - - 7,5 - 0,7

Ак 1З-2З 3,9 18,8 - - 7,9 - 0,7

вк З0-40 1,1 16,0 - - 8,0 - 2,7

вск 50-б0 0,4 10,4 - - 7,5 - 2,8

С„ S0-90 0,3 11,5 - - 7,5 - 3,4

Лугово-каштановая солончаковатая. Разрез 63

А 0-10 5,3 23,2 - - 8,3 - 2,2

Bg 15-25 2,6 16,5 - - 8,5 - 2,3

BCg 40-50 0,8 10,8 - - 8,б - 2,3

BCg б0-70 0,5 Нет - - 8,1 - 1,7

С S0-90 0,7 -"- - - 7,9 - 2,3

Улуг-Хемская котловина

Лугово-каштановая солончаковатая супесчаная. Разрез 200

Ак 0-З 5,0 9,0 12,3 16,1 7,7 - 2,5

Ак 5-15 4,6 12,1 11,2 18,7 7,3 - 3,0

АВК 2З-ЗЗ 2,2 38,5 - - 7,2 29,7 3,3

вк 40-50 1,3 38,5 10,0 36,9 7,0 18,0 3,5

С„ S0-90 0,8 13,4 10,7 41,3 7,0 - 3,3

Чернозем южный супесчаный. Разрез 185

К А пах 0-10 3,0 5,7 3,9 13,2 7,4 26,0 1,0

Вк З0-40 2,1 21,2 6,4 17,7 7,7 18,0 2,7

Ск б0-70 0,7 8,7 2,7 12,0 7,б 15,0 3,0

Чернозем обыкновенный супесчаный. Разрез 20

д ^ пах 0-13 4,1 Нет 1,6 12,5 б,7 16,0 1,2

AB 1З-2З 3,5 -"- 1,9 11,3 б,9 15,0 1,2

вк З0-40 1,6 4,6 4,8 12,2 7,8 12,6 1,1

вк 50-б0 1,1 6,3 7,1 21,5 8,0 19,0 1,2

Ск S0-90 0,7 12,5 8,1 22,2 8,4 15,0 1,8

Чернозем обыкновенный легкосуглинистый. Разрез 13

Ak 5-15 10,1 Нет 4,8 16,5 б,8 35,0 1,1

AB 20-З0 2,9 -"- 7,4 23,1 б,9 28,0 1,0

к В1 42-52 2,8 10,7 4,4 15,0 7,5 33,0 1,0

к В 2 б0-70 0,9 14,9 6,6 21,4 8,1 20,0 1,3

к В 3 110-120 0,5 9,6 3,7 12,8 8,2 17,0 1,1

Ск 150-160 0,4 8,3 5,3 18,5 7,9 23,0 1,9

В целом, несмотря на процессы перераспределения в почвенном профиле и ландшафтах, уровень концентрации йода в почвообразующих субстратах определяет уровень содержания микроэлемента в почвах различной генетиче-

ской принадлежности (см. табл. 2, 3).

Таблица 2

Распределение йода в почвенном покрове и почвах Тувинской горной области, мг/кг

Географический район, почвы, автор n X ± Sx Cv lim

Убсунурская котловина 28 2,9 ± 0,36 бб,0 0,8-8,6

Улуг-Хемская котловина 205 1,8 ± 0,07 5б,0 0,7-7,5

Турано-Уюкская котловина 157 2,5 ± 0,12 б2,0 0,8-10,3

Хемчикская котловина 22 1,8 ± 0,20 53,0 0,7-3,7

Тоджинская котловина 10 1,8 ± 0,18 33,0 1,0-2,6

Горные окаймления 4б 1,75 ± 0,13 50,0 0,8-4,3

Тува в целом (Пузанов, 2000а,б) 470 2,1 ± 0,06 б3,0 0,7-10,3

Горно-лесные бурые 13 2,3 ± 0,33 53,0 1,0-4,3

Горно-лесные черноземовидные 37 1,6 ± 0,10 39,0 0,8-3,5

Черноземы южные и обыкновенные 201 2,4 ± 0,10 64,0 0,8-10,3

Географический район, почвы, автор n X ± Sx Су lim

Каштановые 199 1,9 ± 0,08 62,0 0,7-8,6

Гумусосфера 175 1,4 ± 0,05 46,0 0,7-4,4

Почвы Алтая (Мальгин, 1988) 222 2,4 Сл.-8,8

Горные почвы б. СССР (Ковальский Андрианова, 1970) 88 2,4 0,6-9,5

Почвы б. СССР в целом (Ковальский Андрианова, 1970) 473 2,6 Сл.-25,4

Европейская часть б. СССР (Зборищук, Зырин, 1974) 2,6 0,98-6,3

Минеральные почвы Забайкалья (Кашин, 1987) 0,93 ± 0,08

Почвы мира (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989) 2,8 0,1-40

Таблица 3

Распределение йода в генетических горизонтах почв Тувинской горной области, мг/кг

Генетический горизонт n X ± Sx Су Иш

Горно-лесные бурые

А, AB 10 1,9 ± 0,20 33,0 1 - 2,6

В 6 1,8 ± 0,54 73,0 0,8 - 4,2

ВС, С 8 2,2 ± 0,47 62,0 0,8 - 4,3

Горно-лесные черноземовидные

А, AB 19 1,2 ± 0,07 24,0 0,8 - 1,7

В 8 1,4 ± 0,18 38,0 0,8-2,2

ВС, С 12 1,8 ± 0,18 35,0 1 - 2,6

Черноземы обыкновенные

А 57 1,6 ± 0,08 39,0 0,8 - 3,3

вк 37 2,6 ± 0,26 60,0 0,9-7,8

вск, Ск 41 3,3 ± 0,32 62,0 1 - 10,3

Черноземы южные

А 21 1,8 ± 0,19 47,0 0,8-4,4

вк 22 2,8 ± 0,37 62,0 1,3-7,5

ВСК, ск 23 2,5 ± 0,31 59,0 1-7,5

Каштановые почвы

А 77 1,6 ± 0,08 46,0 0,7 - 4,4

вк 45 2,1 ± 0,17 57,0 0,7 - 5,4

вск, ск 75 2,3 ± 0,17 63,0 0,8 - 8,6

Среднее содержание йода в почвенной толще Тувинской горной области близко к уровню концентрации в педосфере других регионов (см. табл. 2), но в почвенном покрове Хемчикской, Улуг-Хемской и Тоджинской котловин, а также в гумусовом горизонте отмечен весьма низкий, экологически опасный уровень содержания йода.

Как правило, в большинстве исследованных почв

биогенная аккумуляция отсутствует, даже в высокогуму-сированных горно-лесных черноземовидных почвах (см. табл. 1). По мнению ряда авторов, органическое вещество почв - решающий фактор, контролирующий поведение йода в почвенном профиле [2,5;7,13;14;17]. Напротив, для всех почв Тувы коррелятивная зависимость между содержанием гумуса и концентрацией йода отсутствует или очень слабая (табл. 4).

Таблица 4

Коэффициент корреляции между содержанием йода и физико-химическими свойствами почв

Тувинской горной области

Параметры л n r

Ил 108 0,15

Физическая глина 108 22

Карбонаты 365 0,41

Реакция среды 458 0,06

Емкость поглощения 104 -0,32

Гумус (каштановые) 74 0,18

Гумус (черноземы) 78 -0,09

Гумус (горно-лесные) 23 -0,16

Ярко выраженные дефляционные процессы в степ- ние йода вместе с тонкодисперсными гумусированными,

ных и сухостепных котловинах обусловливают отторже- насыщенными микроэлементом частицами, что приво-

дит к резкому снижению содержания микроэлемента в гумусовых горизонтах.

Практически для всех типов почв Тувы свойственно увеличение концентрации йода вниз по профилю (см. табл. 1). В горно-лесных почвах транзитных ландшафтов (бурых, черноземовидных, серых), характеризующихся промывным или периодически промывным типом водного режима, слабокислой реакцией среды и высокой инфильтрацией, мобильные соединения йода выщелачиваются в нижнюю часть профиля, оседая на щелочном барьере карбонатных горизонтов, или мигрируют за пределы почвенной толщи и ландшафта в целом с латеральным стоком. В черноземных и каштановых почвах степных и сухостепных котловин региона исследований, как правило, максимум содержания йода приурочен к горизонтам аккумуляции карбонатов, высокое содержание которых обусловлено не только особенностями почвообразования, но и реликтовым характером обызвесткован-ных горизонтов со значительным содержанием карбонатов. Концентрированное выпадение летних осадков, присущее для степных и сухостепных котловин Центральной Азии, обусловливает накопление йода в иллювиально-карбонатных горизонтах черноземных и каштановых почв, а максимум микроэлемента в окарбоначен-ных горизонтах почвообразующих пород, залегающих ниже глубины промачивания, связан с особенностями накопления галогенов в процессе формирования озерноаллювиальных отложений в четвертичный период. Коррелятивная положительная связь средней силы характерна только между концентрацией йода и содержанием карбонатов, влияние степени дисперсности и содержания гумуса и емкости поглощения не подтверждается

(см. табл. 4).

Таким образом, тип водного режима, реакция среды и высокое содержание карбонатов - ведущие факторы, обусловливающие внутрипрофильное распределение йода в почвах Тувинской горной области.

Наблюдается накопление йода в результате испарительной концентрации в солончаковатых лугово-каштановых почвах аккумулятивных ландшафтов Улуг-Хемской и Хемчикской котловин. Аналогичная закономерность отмечена для почв подчиненных позиций и в других регионах [4; 8; 10; 13].

В гумусовых горизонтах как горно-лесных почв, так и почв степных и сухостепных котловин Тувинской горной области, содержание йода меньше нижней пороговой концентрации - 2-5 мг/кг [18].

Ландшафтно-геохимические условия в степных и сухостепных котловинах и, прежде всего, щелочная реакция среды и высокое содержание карбонатов на фоне очень низкого содержания йода обусловливают низкую доступность микроэлемента растениям, низкий уровень концентрации в природных водах, а, следовательно, недостаточное поступление в организм животных и человека, и как следствие, высокий уровень заболеваемости эндемическим зобом.

Таким образом, содержание йода существенно колеблется в педосфере Тувинской горной области, карбонаты - ведущий фактор, определяющий поведение йода в горно-лесных и степных почвах, низкий уровень содержания йода и его соединений в почвах обусловливает недостаточное его поступление в пищевые цепочки, что является причиной высокого уровня заболевания животных и человека эндемическим зобом.

Работа выполнена при поддержке гранта РГНФ 07-06-18019е, а также гранта РФФИ 06-08-00-438 Библиографический список

1. Авцын, А. П. Микроэлементозы человека / А. П. Авцын, А. А. Жаворонков, М. А. Риш, А. С. Строчкова. - М.: Медицина, 1993. -496 с.

2. Зырин, Н. Г. Йод в некоторых почвах Русской равнины и Крыма / Н. Г. Зырин, Т. X. Имади // Агрохимия. - 1967. - №1. - С. 100-116.

3. Адерихин, П. Г. Йод в почвах центрально-черноземных областей / П. Г. Адерихин, Н. А. Протасова // Почвоведение. -1969. -№ 11. - С. 53-60.

4. Ириневич, А. Д. Йод в почвах Молдавии / А. Д. Ириневич, И. 3. Рабинович, В. А. Фильков // Почвоведение. - 1970. - №11. -С. 58-68.

5. Ковальский, В. В. Микроэлементы в почвах СССР / В. В. Ковальский, Г. А. Андрианова. - М. : Наука, 1970. - 179 с.

6. Санько, П. М. Йод в травах и почвах лугов, в грунтовых и озёрных илах БССР / П. М. Санько, Л. И. Лозовский, И. А. Синица // Агрохимия. - 1973. - №10. - С. 110-118.

7. Зборишук, Ю. Н. Среднее содержание бора, марганца, меди, цинка, молибдена и йода в почвах европейской части СССР /

Ю. Н. Зборищук, Н. Г. Зырин // Агрохимия. - 1974. - №3. - С. 88-94.

8. Аникина, А. П. Йод в почвах и растениях Центральной Барабы / А. П. Аникина // Сиб. вестн. с.-х. науки. - 1975. - №1. - С. 1521.

9. Зырин, Н. Г. Содержание йода в пахотном слое почв Европейской части СССР / Н. Г. Зырин, Ю. Н. Зборищук // Почвоведение. -1975.- №9. - С. 49-54.

10. Степанян, М. С. Содержание валового и водорастворимого йода в почвах Армянской ССР // Агрохимия. - 1976. - №10. - С. 138-140.

11. Мальгин, М. А. Йод в почвах Алтая / М. А. Мальгин // Почвоведение. - 1980. - № 8. - С.74-81.

12. Оголева, В. П. Уровни содержания и особенности распределения цинка и йода в почвах Волгоградской области / В. П. Оголе-

ва,

Н. К. Бессережнова // Агрохимия. - 1985. - №5. - С. 80-85.

13. Кашин, В. К. Биогеохимия, фитофизиология и агрохимия йода / В. К. Кашин. - Л. : Наука, 1987. - 261 с.

14. Мальгин, М. А. Проявление йодной недостаточности на Алтае / М. А. Мальгин. - Горно-Алтайское отделение Алтайского книжного издательства, 1988. - 56 с.

15. Дибирова, А. П. Содержание йода в почвах Дагестана / А. П. Дибирова, А. Б. Салманов // Почвоведение. - 2004. - №5. -С. 546-550.

16. Конарбаева, Г. А. Галогены в почвах юга Западной Сибири / Г. А. Конарбаева. - Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2004. - 200 с.

17. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

18. Ковальский, В. В. Геохимическая экология / В. В. Ковальский. - М. : Наука, 1974. - 299 с.

Материал поступил в редакцию д. O9. 2OO7.