Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Геохимия азота и его соединений в агроландшафтах степной зоны Южного Предуралья

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Геохимия азота и его соединений в агроландшафтах степной зоны Южного Предуралья"

МОСКОВСКИЙ ОРДША ЛЕНИНА, ОРД51А ОКТЯБРЬСКОЛ Р^ВОЛЩЖ И ОРДЕНА ТР/ДОВОГО КРАСНОГО ЗРХЬЗКИ ГОСУДАРС7В£ННЫЙ УНИВЗРСИТЗТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

Географически факультет

На правах рукоягск

ДИАНОЗА ТАТЬЯНА МИХАЙЕОША

Г20ШШ АЗОТА И. НТО С02ДИНЗНИЙ В АГРОЛАНДШАЗТАХ СТ2ПНСЙ ЗОНЫ КЕНОГО ПР^ДТРАЛЬЯ

II.00.01 - физическая география, геофизика

• и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических .»аук

Москва - 1992

Работа выполнена на кафедре геохинии ландшафтов и географии ' почв географического факультета Московского государственного университета к;.;. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель - кандидат географических наук, доцент Белякова Т.М.

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор Добровольский В.В.; доктор биологических наук, Башкин В.Н.

Ведущая организация - Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН (лаборатория биогеохимии окружающей среды).

Защита состоится *ЛЗ " 1992г. в ./У^час на

заседании физико-географического специализированного совета Д 053.05.29 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу 119899, Москва, ГСП-З', Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, аудитория 18-07.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан 1992г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук

Т.И.Кондратьева

^Актуальность работы. В условиях интенсивного развития не только промышланного, ко и сельскохозяйственного производства теория и методы геохкяш ландшафтов находят широкое применена в изучении агроладдшафтов, особенно в связи с химической мелиорацией почв.

Применение в сельскохозяйственно?! производстве высоких доз минеральных удобрений, в частности, азотных, приводит к повыпению содержания ни ратоз не только в почвах, но и в культурных растениях - npojjyxvax питания животных и людей. Поступая из почвы в растения и накапливаясь в них, нитрата стано&чтся опасными для здоровья человека в связи с их токсичностью. Особую опасность представляет возможность участия нитратов в образовании канцерогенно активных нитрозаминов в пищевых продукта?: и кормах, а тагосе в организма человека и животных.

Кроме того, при внесении минеральных удобрений, в почву соступают сопутствующие элементы - примаси (тяжелые металлы и др.), которые способны накапливаться в корне обитаемом слое и в растениях.

В связи с этим сопряженное изучение особенностей миграции и концентрации азота, его соединений, а также микроэлементов, приобретает особую актуальность.

Цель работы заключалась в изучении влияния зональных ланд-шафтно-гзохимических условий на особенности миграции и уровни концентрации азота и его, соединений, а также микроэлементов в аг/ро-ладцшафтах степной и сухостепной подзон Оренбургской области, при внесении в почву различных норм минеральных удобрений.

Для достижения поставленной цели решались следуадие основные задачи:

I. Исследовать зональный характер изменения содержания обща-

го азота - нитратов - нитрозаминов в почвах и культурных растениях элювиальных ландшафтов при исследовании разных доз азотных удобрений (60 кг/га, 90 кг/га).

2. Определить влияние дозы вносимых в почву азотных удобрений на образование канцерогенных нитрозаминов г почвах и возделываемых на них зерновых и овощных культурах.

3. Изучить особенности, миграции и концентрации, микроэлементов в агроландиафтах степной и сухостепной подзон Оренбургской облает, в связи с внесением в почву разных доз минеральных удобрений.

4. Дать сравнительную оценку особенностям концентрации общего азота, нитратов и микроэлементов, привносимых в почву о минеральными удобрениями, в контрастных по условиям формирования типах ландшафтов - элювиальном и супераквальном.

5. На основании анализа зональных ландшафтно-геохимических ус ловий, обуславливающих миграционные процессы "в системе почва - ра стениз, оценить экологическую опасность загрязнения продуктов питания токсичными веществами: нитраты - нитрозамины,' а также тяжв!-лыми металлами.

Использованные материалы. Основой для работы послужили матери алы ландшафтно-геохимических работ-, собранные автором во время по '*левых исследований в 1983-1985 годах, а также аналитических иссле дований и обобщение литературных данных.

Научная новизна работы. В работе впервые взаимосвязанно расой триваются особенности миграции и концентрации азота - нитратов -нитрозаминов и микроэлементов в система почва - растение, в связе о зональными изменениями ландшафтно-геохимических условий Юаного Предуралья, а такке в.связи о внесением,в почвы строго дозированных различных норм минеральных удобрений«

Практическая значимость работы. Ландшафтно-геохимические иссу

дования в Оренбургской области позволили выявить разика зональные условия формирования агроландшафтов и установить степень техногенного загрязнения почв и культурных растений, токстпесккли. соединениями азота и тяжелыми металлами в связи, с количеством вносимых в почву минеральных удобрений. Результаты работы могут служить для решения следующих практических Еопросов:

- разработки оптимального внесения минеральных удобрений с учетом ландшафта -геохимических условий;

- охраны окружающей среды в связи с использованием азотных удобрений в сельском хозяйства;

- экологических проблем, связанных с нормированием нитратов, аитрозаминов, тяжелых металлов в продуктах литания;

- вопросов здравоохранения - профилактика болезней, связанных о поступлением токсических ващзств в организм человека, спо-зобных вызывать нитратные отравления и микроэлекентозные заболевания.

Аггообатстя полученных результатов. Основные положения дисоер-гации докладывались (в том числе в соавторства) на X Всесоюзной юнференции. "Микроэлементы в биологии и их примзнениз в медицине I сельском хозяйства" (Чебоксары, 1985); и Всесоюзном совещание 'Теория и практика геохимических поисков в современных условиях" [Москва, 1988); УП Всесоюзном симпозиума "Концзрогзнныо И-нит-эозосоединения и их предшественники - образование и определение з окружающей среде" (Таллинн, 1990); П Всесоюзном симпозиуме по жологической онкологии "Образование канцерогенных И-нитрозо-¡оединений в экосистемах" (Киев, 1990); Конференции - 40 лет сн-сологической службы в Якутии "Актуальные вопросы клинической он-сологии и проканцерогенеза" (Якутск, 1990); XI Всесоюзной конфе->енции "Биологическая роль микроэлементов и их применение в сель-

- 4 -

ском хозяйства" (Самарканд, 1990).

По тема диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, результатов и выводов, общим объемом /36" страниц машинописного текста, иллюстрирована рисунками и ¿О таблицами. Список литературы включает наименований.

Содержание работы

СВОЛСТВА АЗОТА И КРУГОВОРОТ ЕГО В ШОСЙЕЕЕ.

Первая глава посвящена обзору литературы по вопросам^ круговорота в окружающей среде, токсичности азотсодержащих веществ -азота, нитратов, и нитрозаминов.. Приводятся данные по азотным уде брениям, внесение которых в почвы могут вызывать неблагоприятные последствия и оказывать влияние на образований канцерогенных веществ в окружающей среде. Рассматриваются нитрозосоединения, их распространение и экологическое значение.

вИЗЖО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И НЕКОТОШЕ ОСОБЕННОСТИ.

ПШРОД ШХ ЛАНДШАФТОВ ВКОГО ДРЭДУРАЛЬЯ В ПРЕДЕЛАХ ОРЕНБУРГСКОЙ 0Е1АСШ

Шное Предуралье, относящееся к предгорной части Вшого Урала, представляет собой высокую равнину с абсолютными отметками. 260-400 м, расчлененную долинами и оврагами ■ в сплошную систему увалов. Поверхностные отложения не одинаковы в разных чаатях территории: в северной чаоти широко распространены алювио-двлю-виальшв отлодения, представленные карбонатный» суглинками, е. гл нами, в юной -мезокайнозойские опесчананные коры выветривания Древние ац.и>овиальные ослояения, относимые к позднему плейстоцен

слагают надпойменные террасы р.Урал и ее крупных притоков. Они представлены глинами и песчано-галечным. материалом мощностью 4,5-5 м. Современные аллювиальные суглинистые и супесчаные образования с признаками оглевния выполняют поймы к русла рек.

Климат изучаемой территории континентальный. Среднегодовая температура, воздуха - 2,6-3,8; среднегодовой размах температуры воздуха - 45°С, количество атмосферных осадков составляет 300400 мм в год, величина испарения - 855 мм, продолжительность вегетационного периода достигает 180 дней. В направлении с севера на юг арццность климата существенно увеличивается, это проявляется в поЕьшешш среднегодовых температур воздуха (на 2°С) .уменьшении количества атмосферных осадков з среднем на 60 ш и увеличении испаряемости. Эти климатические изменения обуславливают формирование ландшафтных подзон: степной (черноземы обыкновенные и южные) и сухостепной (темно-каштановые почвы).

МЗТОДШ. ИСОВДСШАШа

Долевые, исследования. Для реке кия поставленных задач был использован главным образам, ландшафтно-геохимический метод исследования агроландшафтов Оренбургской области в разных почвенных подзонах. В пределах изучаемой территории (рис. I) в условиях элювиальных ландшафтов была выделены три экспериментальные площа-1и: I северная - с черноземами обыкновенными, П - центральная -1 черноземами южными, Ш - южная - с темно-каштановыми почвами. 1а кавдой из этих площадей закладывался мелкоделяночный опыт с тройными площадками. размером 5 х 30 м (площадью 150 м2), на котонин в почву вносились определенные дозы азотных удобрений: 60 и Ю кг/га действующего вещества. Азотные удобрения использовались

на фоне фосфорных и калийных из расчета по 60 кг/га каадого.

На П - центральной экспериментальной площади. в условиях су-перакЕального_ландшафта, приуроченного к пойма р.Урал, была заложена опытная площадка Па. Под возделываемые здесь (на аллювиальных луговых почвах) овощные культуры, нормы вносимых азотных удобрений в среднем составляли 300-350 кг/га.

Для установления сезонной динамики поведения нитратов в почвах на исследуемых опытных площадках отбирались образцы почв весной (в мае) и в конце лета в августе, а также образцы культурных растений (зерновых и овощных культур). Злаки отбирались в стадиях кущения и полной спелости при сборе урожая, с разделением их по отдельным органам.

Лаб0дат02ще_иссле20Баяия. В образцах почв (450 образцов) и растений (200 образцов) проведено определение содержания общего азота (по методу Кьельдаля), нитратов (электрометрическим методом с применением ионо-селективного электрода с ИО^-функцией типа Ш- N03-0,1)..Нктрозамины определялись по методике 'Ю.М.Канна и О.В.Таутса б Таллинском политехническом института на газовом, хроматографе РУ2-104 с детектором термической энергии ТЭА-502. Валовые формы микроэлементов определены спектральным анализом на спектрографе ДФС-13 з лаборатории. "Центрогеологкя" г.Бронницы, подвижные формы микроэлементов - атално-адсорбционным методом в ецетатно-аммонийной вытяжке в лаборатории географического факультета МГУ на спектрофотометре "Хитачи 180-70". Анализ изучения химических и. физико-химических свойств почв проведен по общепринятым методикам. Основная часть анализов выполнена автором в геохимической лаборатории географического факультета МГУ, а также в л б оратории Областной станции химизации сельского- хозяйства в г.Оренбурге Всего было выполнено 3770 определений, в том числе

Рис. I. Карта фактического материала района исследований.

(Масштаб 1:2 500 ООО) Почвы: I - черноземы обыкновенные, 2 - черноземы ют.ные, 3 - темно-ка'зтановые, 4 - аллювиальные луговые. Механический состав ппрвг! 1 глинистые я тячепосуглинистые, I \ средне- и легкосуглинистыэ, ЕШЭ супесчаные и песчаные.II, I. Щ1 экспериментальные плоцади наблюдений, опытные площадки с дозой азотных удобрений 90 кг/га, 60 «г/га и контроль.

160 определений токсичных канцерогенов - нитрозаминов. Для оценка радиальной дифференциации общего азота, нитратов и микроэлементов в компонентах агрсландшафтов рассчитан ряд коэффициентов.

Методической основой изучения геохимической дифференциации ландшафтов служили положения Б.Б.Полыпова (1953), М.А.Глазовской (1964, 1973, 1987, 1988), А.И.Перельмана (1975, 1979) и других авторов.

КСЖИЯ АЗОТА И ОСОБЕННОСТИ КОНЦЕНТРАЦИИ J0 СОЗЦШНИЙ В АГРОДАШиШТАХ СТЕПЕЙ КШ0Г0 ПРЗДУРАЯЬЯ

Почвы степные элювиальных ландшафтов, изучаемые на трех экспериментальных площадях I, П. Ш (см.рис.1), приуроченным к разным почвенным подзонам, (степеной и. сухостепной) характеризуется следующими различиями: изменением мощности гумусового горизонта (от 70 см. в черноземах обыкновенных до 35 см в темно-каштановых почвах); количпством ryi.iyca в пахотном слое (от 1% до 3,5$), что свидетельствует о разном потенциальном запасе органических веществ; количеством катионов в почвенном поглощающем.комплекса (от 34 до 25 мг-экв на 100 г почвы), а также глубиной залегашш карбонатного горизонта, что обусловливает разную миграционную способность элементов в вертикальном профиле почвы. Это непосредственно сказывается и на радиальном распределении; азота и нитратов в вертикальном профиле ni. гв элювиальных ландшафтов.

¿зот_ц_его_со2дииаии2 в система здоб^зияе. = додва вдавиольтк Д ¿упе])аквальтпс_ла:щпшфтов. При увеличении аридности климата от степной к сухостегиюй подзоне наблвдается геохимическое перерао-праделетш общего азота в почвах элювиальных ландшафтов. Абсодют-ше содержания общего азота в почвах уменьшаются от черноземов

обыкновенных к темно-каштановым.' почвам. Внесение азотных удобрений в дозах 60 и 90 кг/га способствует увеличению содержания, азота в черноземах обыкновенных в 1,5 раза по сравнению с контролем, а в темно-каштановых почвах в 1,2 раза. В еще большей -степени зональные условия формирования почв определяют сезонное распределение азота в вертикальном профиле изучаемых почв. Так, содержание азота в черноземах обыкновенных в осенний период по сравнению с весенним пери' дом уменьшается в 2,5-3 раза, а в темно-каштановых • в 1,2-1,5 разь.

Одна из широко распространенных форм азота, образующаяся как при естественных процессах в почвах, так и яри внесении азотных минеральных удобрений - нитраты. Зональные условия формирования почв обусловливают существенные сезонные различия в содержании и распределении нитратов в почвах элювиальных ландшафтов (рие.2). В июне содержание нитратов в верхних горизонтах черноземов в 3 раза. Еыше, чем в темно-каштановых почвах;, с глубиной количество нитратов в черноземах постепенно уменьшается, а а тзмно-каштаноЕых остается практически, одинаковым. В августа в черноземах содержание нитратов в 3-5 раз меньше по сравнению с июнем, а в темно-каштановых почвах почти не изменяется и остается на прежнем низком уровне. Радиальная дифференциация нитратов в весенний и осенний сезоны, при внесении азотных удобрений, аналогична"контрольным площадкам и в зависимости от дозы удобрений уровни, содержания нира-тов изменяются. При внесении аммиачной селитры в дозб '.60 кг/га содержание нитратоз в почве увеличивается в 1,4 раза, а в доза 90 кг/га - в 2 раза, по сравнению с контролем.

В отличие от элювиальных ландшафтов, супераквальные ландшафты имеют иные условия гстрации элементов. Для них характерен дополнительный привнос веществ в результате латеральной миграции из бо-

си 0.

контроль <0 20 30

Б - 60 кг/га ю го » «

В - 90 кг/га <0 го ю <0 50

см о. 20 ао со >0 »0

N0, мг/к

Черноземы обыкновенные

Черноземы южные

1емно-каштановые почвы

Содержание нитратов, мг/кг:

■в июне

---- в августе

Рис.2. Содержание и распределение нитратов в зональных почрах элювиальных ландшафтов.

лае высоко расположенных ландшафтов. В то же время супераквальныв агроландшафты, использующиеся для возделывания овощных культур с применением высоких доз минеральных удобрений. Изучение двух контрастных по условиям формирования ландшафтов з степной' зоне -элювиального и супераквального - дало возможность выявить как неодинаковые уровни концентрации в нлх общего азота и нитратов, так и различия в их радиальном распределении. Содержание общего азота в почвах супераквальных ландшафтов в 2 раза выше, чем в зональных почвах элювиальных ландшафтов. Количество нитратов в сравниваемых почвах без внесения удобрений близкое, а внесение азотных удобрений в черноземы южные в доза 90 кг/га приводит к увеличению нитратов в 2 раза, а в аллювиальных почвах при доза 200-350 кг/га -в 3-4 раза. Таким образом, высокое содержание нитратов в почвах супераквальных ландшафтов связано как с привносом их с автономных агроландпафтов, так и с большей дозой вносимых удобрений.

Дз5т_и_ндт£ата_в_система_яочза_-_р§станцэ. Содержание азота и нитратов в почве оказывают непосредственное влияние на накопление их в культурных растениях. Поведение азота в система удобрение - почва - растение довольно широко освещается, в современной литературе. Эти исследования в основной направлены на разрешение проблемы повышения урожайности различных сельскохозяйственных культур. При этом, уделяется недостаточное внимание изучению поведения азота и нитратов в зерновых культурах. Как показали каши исследования наибольшее количество азота содержится в зерне пшеницы. Внесение азотных удобрений в черноземы способствует увеличению азота не только в зерне, но и в стеблях и корнях пшеницы и ячменя. Содержание азота в стеблях увеличивается в 5 раз по сравнению с контролем и в 3 раза больша накопление в корнях. Подобное распределение общего азота в органах пшиницы характерно и для чар-

ноземов южных и темно-каштановых почв. Однако, абсолютные значения общего азота в планиде, особенно для зерна, увеличиваются от черноземов к темно-каштановым почвам.

Содержание нитратов в органах растений показывает обратную картину (рис. 3). На всех исследуемых участках наименьшее количество пиратов содержится в зерне, насколько большее - в стеблях, и еще более высокое - в корнях пшеницы. Различия в содержании нитратов в вегетативных органах пшеницы увеличиваются по мере увеличения дозы удобрений, 0 непосредственной зависимости, нитратов от дозы удобрений свидетельствует коэффициенты биологического поглощения (КБД). При сравнении КБЛ для трех экспериментальных площадей четко прослеживается увеличение КШ нитратов для корней, стеблей и зерна при смене почв от черноземов к темно-каштановым. Это соответствует, зональному изменению ландшафтно-геохимических условий миграции элементов, и, прежде всего, - изменению режима увлажнения почв.

На содержание и накопление нитратов в растениях оказывают влияние климатические факторы - температура воздуха, количество осадков, увлажнение почв. Так, в более сухом 1984 году, со среднегодовой суммой атмосферных осадков 243 мм нитраты поглощались растениями, выращиваемыми на черноземах южных и темней-каштановых почвах интенсивнее, чем в более влажном 1985 году, со среднегодовым количеством осадков 413 ш.

Кроме изучения зерновых культур, выращиваемых в условиях элювиальных ландшафтов, исследовались уровни концентрации азотсодар-жшцих веществ в овощных культурах, возделываемых на аллювиальных луговых почеэх супераквалышх, ландшафтов (площадь П®). Овощные культуры резко отличаются от зерновых по физиологическим свойствам и обладают способностью в больших количествах накапливать ни-

Контроль

13

60 кг/га

Черноземы обыкновенные («51

Черноземы гаиые

Темно-каштановые почвы

Рис. з. .Содергание нитратов в пшеницегЩЩзерно, ¡¡Йстебли.щаи корна и пахотном сдое! I • зональных почв элювиальных ландшафтов при разных дозах вносимых азотных удобрений.

тратныа формы азота, что делаат их более опасными для употребления в пище. Повышенное содержание нитратов выявлено во всех исследуемых овощных культурах." Содержание их а тыкве превышает ЦЦК по нитратам в 12 раз; в моркови - в 7 раз; в огурцах, томатах, перце, баклажанах - в 4 раза.

Цитрозамиш в по2вгрс_и_раста ниях_в_сшз.и_с_вдесе нием^зира-вад|щх_1юрм азотных ^доб^ений. Нитраты - токсичные вещества и присутствие их в растениях в количествах, превышавдих ДЕК макет вызывать отравление попадая в животные организмы. В то же время нитраты являются потенциальными предавственниками канцерогенных нитро-заминов. До недавнего времени при исследовании нитрозосоединений освещались вопросы, в основном связанные с синтезом из предшественников, особенностями метаболизма и механизма действия, канцеро-генности и биологического эффекта, и в меньшей степени - с экологических позиций. Главная опасность нитрозосоединений связана с легкостью их синтеза из предшественников (нитратов, нитритов, амины, окислы азота), многие из которых - компоненты естественного цикла круговорота азота. Поэтому, весьма важно проводить исследования нитрозаминов совместно с изучением азота и нитратов в системе почва - растение.

Анализ данных показал, что культурные растения (пшеница, ячмень, овощные культуры), выращенные без использования азотных удобрений, и почвы содержат нитрозамины, представленные в основном нитрозодиметиламином (НДМА). Эти определения свидетельствуют о неодинаковом количестве нитрозаминов в черноземах и темно-каштановых почвах. Разница в содержании нитрозаминов уменьшается с увеличенном арвдности климата от сеьерных изучаемых участков к южным и может быть связана с распределением нитратов в этих почвах, как предшественников нитрозаминов. При внесении азотных удобрений 60 кг/га в почвах наблюдается увеличение нитрозаминов в.3-4 раза. Увеличе-

БАклажааы Ц

Огурцы 2

Тыква Ш

Перец ип\

Томаты /тш/\

Морковь чпшшшп

Капуста ПШ/ШШШШШШШЛ

-■-1-«-1->-г——I-1-Г— ЦЩА мкг/кг

2 4 б 8 10 12 14 16 18:

Рис.4. Содержание нитрозодаметиламина в овощных культурах, выращиЬаемых на аллювиальных луговых почвах супер-аквальных ландшафтов.

ние дозы азотных удобрений до 90 кг/га не вызывает дальнейшего накопления нитрозаминов.

Содержание нитратов в исследуемых растениях может быть достаточным для синтеза нитро'соединений, однако большую роль в этом процессе играют физиологические особенности самого растения. Внесение азотных удобрений не увеличивает содержание НДМА в зерне и стеблях пшеницы, чем она отличается от ячменя и кукурузы. Для ячменя, выращиваемого в сухостепной подзоне на темно-каштановых почвах, отмечена прямая зависимость увеличения содержания НДМА от ' дозы азотных удобрений как в зерне, так и в- стеблях. Аналогичная тенденция в накоплении нитрозаминов выявлена и для стеблей-кукурузы, выращиваемой на черноземах южных. Овощные культуры также оодержат в плодах растений нитрозамины, в основном представленные Битрозодиметиламином (рис.4). Наибольшее количество нитрозаминов содержится в капусте белокачанной - 18 мкг/кг и моркови - 8,9мнг/ кг. В остальных видах овощных культур количество НДДА колеблется от I до 3 мкг/кг.

ГЕОХИМИЯ 1ШР0ЭДШ2НТ0В В АГКЖАЦЩПАФТАХ КЕНОГО ПВДУРМЕЯ

Широкое применение отдельных видов и форм минеральных удобрений из-за специфики их химической природы и воздействия на свойства почв, макет оказывать различное влияние на доступность микроэлементов для растений. Поэтому, изучение миграционных процессов в почвах элювиальных геохимических ландшафтах в зональном аспекте приобретает особую актуальность не только в теоретическом, но и в практическом плане. Это касается, прежде всего, вопросов, связанных с защитой от техногенного загрязнения почв и растений при внесении минеральных удобрений, действия которых определяются ландшафтно-геохимическими условиями миграции элементов, свойствами почв, рН среды почвенных растворов.

Изучаемые почвы различных подзон степной зоны черноземы обыкновенные, черноземы южные и темно-каштановые почвы, развиваются на повышенных формах рельефа с глубоким залеганием грунтовых вод (15-17 м) и относятся к почвам элювиальных ландшафтов. В степных почвах, при недостаточном количестве влаги и отсутствии внутрипо-чвенного стока, а также при высоком окислительно-восстановительном потенциале, богатстве основаниями, стабильности гумуса, микроэлементы группы железа теряют свою подвижность и прочно фиксируются в почвах.

Средние содержания микроэлементов в каждом подтипе изучаемых почв показывают, что резких изменений величин концентрации большинства элементов не наблюдается. Однако, прослеживается некоторая тенденция к накоплению одних элементов (бора, хрома, никеля, серебра) и обеднению другими (олово, молибден, марганец, барий, цирконий, стронций), что отражает зональные различия содержания микроэлементов в почвах элювиальных ландшафтов. В частности, по-

вишенное содержание хрома и никеля в темно-каштановых почвах объясняется развитием их на делювии пестроцветных пермских отложений, богатых названными элементами. Этим темно-каштановые почеы отличаются от черноземов обыкновенных, формирующихся на карбонатных суглинках, в которых количество хрома и никеля нижа в 1,5-2 раза.

Особенностью радиальной дифференциации микроэлементов в изучаемых почвах является наличие биогеохимичаского барьера в верхней части гумусового горизонта. Особенно четко биофильность проявляется у марганца, меди и цинка. Эти элементы образуют комплексные соединения с гумусом и возможность их перемещения по профилю почвы ограничена. На глубине 70-80 см в почвах происходит увеличение значений рН до 9,2, что отражает накопление катионогенных элементов - стронция, бария, кобальта, никеля, и в некоторых случаях - ванадия. Стронций и барий мигрируют одновременно с кальцием, перераспределяясь по генетическим горизонтам и концентрируясь в зонах карбонатной аккумуляции в горизонте Д,6ц, Ек и ВСк . При. этом содержание бария увеличивается от черноземов обыкновенных к тзмно-каахановкм почвам. Б этих условиях частично закрепляется бор.

Радиальное распределение микроэлементов в профиле аллювиальных луговых почв зависит от сочетания и выраженности механической, пэдюганной и биогенной аккумуляции. В аллювиальных луговых почвах отмочается два максимума аккумуляции, микроэлементов: в верхней части профиля (А^) - биогенное накопление марганца, свинца, ¿орэ, кобальта, ванадия, и в нижних почвенных горизонтах, при выпадании. веществ из грунтово-почвенных вод - в горизонта на уровне капиллярной каймы грунтовых вод. В почвах гидроморф енх ландшафтов каблздаотся агасумуляция. ванадия в оглеешшх горизонтах.

Микроэлемента д падношх_и_овопущх_:^Л£т^рз*». Ысдду количест-

в ом элемента в растении и его содержанием в почве часто наблюдается прямая зависимость. Анализ золы разных частей злаков показывает, что наибольшее количество зольных элементов накапливается в корнях, в меньшей степени в стеблях и листьях. КШ свидетельствуют, что зерно пшеницы в большей степени поглощает медь, молибден, цинк. В стеблях пшеницы наблюдается накопление молибдена, стронция, бария. Для корнай пшеницы КШ высе, чем в надземных органах для всех элементов, кроме меди, цинка и молибдена. При сравнении, интенсивности поглощения микроэлементов растениями зерновых культур (Пшеница), выращиваемые в разных почвенных зонах Ккного Пред-уралья, отмечаются большие уровни концентрации микроэлементов в зерне и корнях пшеницы, возделываемой в более аридных условиях на каштаноьых почвах. Зерно пшеница содержит марганца в 5 раз, молибдена в 3 раза, серебра в 10 раз больше, чем зерно пшеницы, выращиваемой на черноземах обыкновенных, в корнях марганца в 4 раза, никеля в 8 раз, цинка в 4,5 раза, серебра в 7 раз больше соответственно. Интенсивность поглощения микроэлементов стеблями пшеницы сильно отличается от таковой для зерна и корней: стебли пшеницы, выращиваемой на темно-каштановых почвах накапливают в 3 раза меньше марганца, никеля, свинца, хрома и бария, чем стебли пшеницы, возделываемой на черноземах обыкновенных.

Овощные культуры (томаты, огурцы, перец, баклажаны, капуста, тыква) отличаются от зерновых (пшеница, ячмень) своей избирательной способностью поглощения элементов. В овощных культурах содержание микроэлементов превышает среднее количество их в растениях по следующим элементам: цинк, стронций, молибден, серебро, барий. Анализ накопления метачлоз в плодах овощных культур показывает принципиальное различив мевду плодами томатов, и корнеплодами моркови, которое зависит от путей поступления минеральных веществ в

плоды овощных культур. Морковь накапливает марганец в 3 раза больше, медь - в 2 раза, стронций - в 1,5 раза больше, чем томаты.

Микроэлементы в дозвг^_и_К£льт£рных растениях при вне.сении_ мине^альдых хдобцений. Внесение минеральных удобрений в почву способствует поступлению элементов-примесей токсичных тяжелых металлов. Определения мнкроэлементного состава удобрений, которые используются в почы агроландшафтов Ккного Предуралья свидетельствуют, что наибольшее содержание элементов характерно для фосфор-, ных и значительно меньше для азотных и калийных (таблица).

Таблица

Содержание микроэлементов в удобрениях, мг/кг

Удобрение п Мп Си 1г & $г Ьа РЬ V

Суперфосфат 3000 3000 10 60 30 1500 800 15 150

Амлиачная селитра 300 10 I 40 15 - _ - 3

Калий . хлористый 80 10 3 10 _ „ _ 3 _

Внесение минеральных удобрений увеличивает содержание титана, марганца, стронция,' бария в корне обитаемом слое почвы в 1,2-1,3 . раза. В то же время внесение минеральных удобрений в почву приводит к изменению условий миграции, микроэлементов благодаря изменению реакции почвенного раствора. Так, при дозах удобрений МмКв значение рН изменяется с 7,2 до 6,5. Эти изменения в основном затрагивают пахотный и в меньшей степени подпахотный горизонты. Изменение рН в сторону уменьшения способствует переходу микроэлементов в более подвижное состояние. Внесение минеральных удобрений вызывает увеличение содержания подвижных форм микроэлементов в пахотном горизонте в 1,5-2 раза по сравнению с контролем. Это характерно для марганца, свинца, цинка, никеля п проявляется осо-

- 20 -

бенно ярко в белее аридных ландшафтах.

Внесение минеральных удобрений оказывает влияние на общее содержание микроэлементов в растониях, а также определяет интенсивность поглощения элементов питания на разных стадиях онтогенеза. Для яровой пшеницы один из наиболее ответственных периодов накопления элементов приходится на перше фазы развития - кущение - выход в трубку, когда происходит закладка основных элементов структуры урожая. Внесение удобрении приводит к увеличению поглощения пшеницей в стадии кущения ванадия, свинца, стронция в 1,5 раза по сравнению с контролем. Содержание микроэлементов в разных частях пшеницы при внесении удобрений возрастает, но тенденция распределения элементов по органам пшеницы та же, что и на контроле, увеличиваются лишь уровни концентрации - в 1,5 раза в зерне и в 2,5 раза - в кор1!ях. Овощные культуры содержат больше микроэлементов в стеблях и меньше в плодах. Однако, содержание в пледах значительно превышает среднее содержание микроэлементов для овощных культур.

Таким образом, увеличение дозы минеральных удобрений, вносимых в почвы, способствует повышению концентрации общего азота -нитратов - нитрозаминов, тяжелых металлов в культурных растениях (зерновых и овощных), что особенно заметно для аридных ландшафтов изучаемой территории.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Результаты ландшафтно-геохимических исследований показали, что зональные условия формирования степных почв обуславливают содержание и распределение в них азотсодержащих веществ: азот - нитраты - нитрозамины, С увеличением арвдности климата,уровни концентрации их в агроландшафтах уменьшаются от черноземов обыкновенных к темно-каштановым почвам. Эта законшорность сохраняется

при внесении, в почвы азотных удобрений, в дозах от 60 кг/га до 90 кг/га.

1. Зональный характар формирования почв агроландшафтов степной и сухостепной подзон определяют содержание общего азота при внесении в почву азотных удобрений. В черноземах обыкновенных содержание общего азота увеличивается в 1,7 раза при. внесении дозы удобрений 90 кг/га по сравнению с контролем, а в темно-каштановых почвах в 1,5 раза.

От зональных условий развития почв также зависит содержание и распределение азота, присутствующего в нитратной форме. Количество нитратов в черноземах в 2 раза выше, чем в темно-каштановых почвах при одинаковых дозах вносимых удобрений, что связано с разной интенсивностью микробиологической деятельности и нитрифнкаци-онных процессов в зональных почвах.

2. Сравнение двух контрастных по условиям формирования ландшафтов в степной подзона показало, что в аллювиальных луговчх по-чвах"супвраквальных ландшафтов накопление общего азота и нитратов в 2 раза еышз, чем, в черноземах южных элювиальных ландшафтов.

3. Содержание общего азота и нитратов в культурных растениях зависит/от ланцшафтно-геохимических условий миграции веществ в зональных почвах, а также от норм- вносимых в почву азотных удобрений. В зерновых культурах (пшеница, ячмень) наблвдается четкая • дифференциация общего азота и нитратов по вегетативным органам растений. Общий азот накапливается, главным образом, в репродуктивных органах пшеницы и ячменя, а нитрата - в вегетативных органах. При этом, с нарастанием аридности климата от степных ландшафтов к сухостепным, содержание азота и нитратов в зерне пшеницц увеличивается в 3-4 раза. Накопление нитратов в растениях в большой степени зависит от погодно-климатических условий. Содержание

нитратов в ячмене в 3-4 раза выше в более жаркие и сухие годы по сравнению с влажными.

Как общий азот, так и нитраты наиболее интенсивно накапливают овощные культуры. Это определяется, главны:/, образом, их физиологическими особенностями. В зависимости от вида растений содержание в них нитратов превышают ЦЦК в 3-10 раз.

4. Высокие содержания нитратов в почвах и культурных растеш: ях (зерновых и овощных культурах) являются потенциальными, предшественниками. образования канцерогенных нитрозаминов. Во всех ис следованных почвах независимо от их генезиса присутствуют- нитро-заыины. Количество их определяется в значительной степени, зонаш ныш условиями формирования почв, что проявляется в уменьшении с черноземов обыкновенных к темно-каштановым почвам (от 13 до 2,4 мкг/кг).

Накопление нитрозаминов в разных видах зерновых культур дифференцировано в зависимости от дозы вносимых азотных удобрений. Так, зерно и стебли пшеницы практически не накапливают нитрозам ны, тогда как в ячмене нитрозамины содержатся и в зерне и в стеблях. При внесении в почвы дозы азотных удобрений 60 кг/га и 90 кг/га содержание нитрозаминов в ячмене увеличивается в 3-10 раз соответственно, что не характерно для пшеницы.

5. В связи с внесением в почву минеральных удобрений возник ет проблема поступления элементов примесей (тяжелых металлов), ■которые способны накапливаться в корне обитаемом слое и в вегетативных органах растений. В зерне пшеницы и ячменя содержание марганца, меди, цинка возрастает, в 1,2-1,5 раза, в корнях пшеницы в 1,5-2 раза. Концентрация цинка, меди, марганца, никеля, молибдена, хрома, ванадия в зерне пшеницы и ячменя прёвышают 1ЩК I 2 и более раза. Микроэлементы, привносимые в почву с минеральны-

и удобрениями, особенно интенсивно накапливаются в овощных куль-урах, возделываемых на аллювиальных луговых почвах суперакваль-ых ландшафтов. Так, в огурцах содержание свинца в 5 раз больше ЩК, меди - 1,3 раза, никеля - 10 раз; капуста накапливает цинка I 4 раза, а перец никеля в 8 раз больше ЦЦК.

6. Полученные результаты свидетельствуют, что отсутствие в ¡ельскохозяйственнсм производстве применения строго дозированных юрм минеральных удобрений, в частности азотных, их передозиров-са приводит к депонированию не только в почвах, но и в культурных шатаниях - продуктах питания нитратов - канцерогенных нитрозами-юв, тяжелых металлов. Поступление 'вышеназванных токсикантов в зрганизм человека приводит к заболевания:,! населения канцерогенного и мутагенного происхождения.

Описок работ, опубликованных по теме диссертации.

I. Содержание микроэлементов в почвах и растениях сухоотепной зоны Предуралья в связи с внесением азотных удобрений //Тез.докл. 1С Всесоюзной конференции "микроэлементы в биологии и их применение в медицине и сельском хозяйстве". - Чебоксары,'1986. Т.Ш. - С.12--13. (Соавтор Т.М.Белякова).

• 2. -Эколого-геохимические особенности азота в системе почва-растение // Тез.докл. 1У Всесоюзного совещания "Теория и практика геохимических поисков в современных условиях"» - Москва, 1988. Вып.6. - С.121-122,

3. Экологические аспекты -зонального изменения азотсодержащих веществ в системе почва - растение при внесении минеральных удобрений // Тез,докл.УП Всесрюзного симпозиума "Канцерогенные М-ни-трозосоздинения и их предшественники - образование и.определение в окружающей среде". -.Таллинн, 1990. - С. 155-156.

4. Нитрозамины в система почва - растение // Тез.докл. П Всесоюзного симпозиума по экологической онкологии "Образование канцерогенных М-нитрозосоедиаений в экосистемах". - Киев, 1990. -С.72-73 (соавторы Т.М.Белякова, О.В.Таутс).

5. Нитрозамины в продуктах сельскохозяйственного производства. // Тез.докл. Конференции - 40 лет онкологической службы в Якутии "Актуальные вопросы клинической онкологии и проканцерогенеза". -Якутск, 1990. - С.56-57.

6. Изменение содержания тяжелых металлов в растениях при использовании минеральных удобрений // Тез.докл. XI Всесоюзной конференции "Биологическая роль микроэлементов'и их применение в сельском хозяйстве и медицине". - Самарканд, 1990. - С. 69-70.

Подписано в печать 4.03.92. Заказ 54-1 Формат 6D.-04/I6 Тарах 120 '

Москва. Типография РДСХН