Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности накопления и распределения микроэлементов в почвах Астраханской области

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Особенности накопления и распределения микроэлементов в почвах Астраханской области"

005538197

На правах рукописи

Свечникова Анна Александровна

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

т : "сп 2013

Уфа-2013

005538197

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Гидробиология и общая экология» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Кандидат биологических наук,

доцент кафедры гидробиологии и общей экологии

ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный

технический университет»

Мелякина Эльвира Ивановна

Доктор биологических наук, профессор кафедры агрохимии, защиты растений и агроэкологии ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» Багаутдинов Фатих Ягудович

Кандидат сельскохозяйственных наук, заместитель начальника отдела карантина растений и контроля за качеством безопасностью зерна и продуктов его переработки Управления Россельхознадзора по Республике Башкортостан Зиннатуллин Салават Гайнанович

Институт биологии Уфимского научного центра РАН, г. Уфа

Защита состоится «13» ноября 2013г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 220.003.01 при ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34.

Факс: (347) 228-08-98 Е mail: gavfullin@bk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ».

Автореферат разослан 11 октября 2013 года и размещен на официальном сайте Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ» www.bsau.ru.

Учёный секретарь диссертационного совета /Ь> <- /

доктор сельскохозяйственных наук, доцент / Г:и*'/ P.P. Гайфуллин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время все больше выясняется значение почвы как составной части «живого вещества» в геохимическом круговороте микроэлементов. По мнению В.И. Вернадского (1944), именно от содержания и подвижности в ней микроэлементов зависит микроэлементарный состав компонентов любой экосистемы, что подтверждает роль почвы как связующего звена в наземных экосистемах, в том числе отдельных организмах растений, животных и человека. Содержание и состав микроэлементов почвы наследуют от почвообразующих пород. Известно, что в процессе почвообразования происходит перераспределение химических элементов исходных горных пород, но при этом специфические свойства и химические особенности горных пород практически навсегда сохраняются в почвах. Живые организмы и, в первую очередь, растения, наряду с почвообразовательными процессами влияют в основном на характер профильного распределения микроэлементов.

Из позиций системной экологии, известно, что проблема регулирования накопления и распределения микроэлементов может быть правомерно решена только лишь на основе принципов геохимической экологии (Ковальский, 1974; Воробьёв, 1993; Ермаков, Тютиков, 2008), которые устанавливают взаимосвязь геохимического состава компонентов экосистем (обеспеченность их микроэлементами) и концентрации микроэлементов в определенных субрегионах (биогеохимических провинциях) биосферы.

Исследование вопросов биогеохимического районирования (разделение биосферы на субрегионы и регионы) представляет естественно - исторический интерес, а так же является основой развития ветеринарии, краевой медицины, растениеводства и животноводства, т.к. внесение микроудобрений в оптимальных дозах нормализует питание и повышает продуктивность живых организмов.

Целью работы являлось исследование биогеохимических особенностей почв Астраханской области, в том числе установление обеспеченности их валовыми и подвижными формами микроэлементов (Мп, Си, Ъл, Со, РЬ, Бе) в зависимости от различных типов почв. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить валовые и подвижные концентрации марганца, меди, цинка, кобальта, никеля, свинца и селена в почвах Астраханской области.

2. Установить региональные кларки содержания изучаемых микроэлементов в почвенном покрове области.

3. Определить особенности пространственного распределения валовых и подвижных форм изученных микроэлементов в различных типах почв региона.

Научная новизна исследования. Впервые определены концентрации кобальта, никеля, свинца и селена в различных районах и основных типах почв Астраханской области. Впервые проведен сравнительный анализ содержания валовых и подвижных форм меди, марганца, цинка, никеля, кобальта и свинца. Статистическими методами показаны особенности распределения и накопления микроэлементов в почвах Астраханской области.

Теоретическая и практическая значимость работы. Количественные и качественные параметры накопления и распределения микроэлементов в почвах являются основой для проведения периодического экологического мониторинга, А *

используются при охране почв от деградации и рациональном землепользовании, информационном обеспечении земельного кадастра, прогнозе и оценке экологического состояния земель. Полученные данные могут служить матрицей для дальнейших биогеохимических исследований других наземных биоценозов.

Методология и методы исследования. В работе использованы следующие методы исследования: метод атомно-абсорбционной спектрометрии, флуорометрический и статистический методы. Результаты исследований обрабатывали статистически (Плохинский, 1982; Лакин, 1990), а также программного пакета анализа Microsoft Excel 2007.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Почвы разного гранулометрического состава в пахотном слое почвы в зависимости от обеспеченности микроэлементами расположены в следующем убывающем ряду: бурые полупустынные почвы > светло-каштановые почвы > аллювиально-луговые почвы.

2. Тяжелые по гранулометрическому составу почвы (глинистые, суглинистые), более обеспечены валовыми и подвижными формами изученных микроэлементов чем легкие (супесчаные, песчаные).

3. Почвы Астраханской области характеризуются недостаточным содержанием валовых форм марганца, меди и никеля и средним содержанием цинка, кобальта и селена.

4. Изученные почвы слабо обеспечены подвижным формам меди, марганца, цинка и кобальта, за исключением бурых полупустынных солонцеватых и засоленных суглинистых почв.

5. Между содержанием изученных микроэлементов в почвах Астраханской области установлен высокий уровень коррелированное™.

Степень достоверности результатов определяется применением современного сертифицированного аналитического оборудования, соблюдением требований действующих стандартов, а также общепринятыми статистическими методами обработки данных.

Апробация работы и публикации. Основные научные положения и результаты диссертационной работы представлены на следующих конференциях: IX международная конференция «Биологическое разнообразие Кавказа», Махачкала, 2007 г.; Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава АГТУ в 2008—2010 гг.; VI международная биогеохимическая школа «Биогеохимия в народном хозяйстве: фундаментальные основы ноосферных технологий», Астрахань, 2008 г.; V Международное совещание «Геохимия биосферы», Новороссийск, 2009 г.; Международная научная конференция «Защита окружающей среды и биоразнообразие», Белград, 2010 г.; Международная научная конференция «Инновационные стратегии и технологии в проблемах защиты окружающей среды», Белград, 2012 г.; I международная научно-практическая конференция молодых ученых «Актуальные вопросы природопользования в аридной зоне Северо-Западного Прикаспия», Москва, 2012г.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и заключения. Она включает 149 страниц машинописного текста, 24

таблицы, 9 рисунков и 7 приложений. Список литературы содержит 225 источников, из них 18 зарубежных авторов.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю к.б.н. Э.И. Мелякиной за всестороннюю поддержку и консультации при выполнении работы, а также старшему научному сотруднику лаборатории Пищевой токсикологии ФГБУ «НИИ питания РАМН» г. Москва, д.б.н. Н.А. Голубкиной за постоянное внимание, ценные советы и замечания, а так же за помощь при обработке материала.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

В первой главе приведен подробный анализ литературных данных по основным почвообразующим факторам Астраханской области, общим закономерностям миграции, содержания и распределения микроэлементов в почвах региона, а также сравнительная оценка обеспеченности почв микроэлементами с эталонными почвами и по югу России.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Образцы почвы отбирались в 11 районах Астраханской области в 20082010 гг. по 20 проб на район. Образцы проб для определения содержания Мп, Си, Zn, Ni, Pb, Со и Se отбирались в верхнем пахотном горизонте почвы. Точечные пробы отбирали на пробной площадке методом конверта, с таким расчетом, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы. Определение валовых форм металлов осуществлялось в лаборатории кафедры «Гидробиологии и общей экологии» ФГБОУ ВПО «АГТУ» на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Hitachi 18050» согласно методики измерений валового содержания кадмия, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, хрома и цинка в почвах, донных отложениях, осадках сточных вод и отходах методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии (ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02). Содержание селена в образцах почв определялось в лаборатории Пищевой токсикологии ФГБУ «НИИ питания РАМН» г. Москва флуорометрическим методом. Подвижное содержание металлов определялось в ФГБУ «ГЦАС «Астраханский» согласно методике выполнения измерений массовой доли подвижных форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, кобальта, хрома, марганца) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом (РД.52.18.289-90). Результаты исследований обрабатывали статистически, с применением общепринятых методик биометрии, а так же с использованием программного пакета анализа Microsoft Excel.

3. ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ

3.1. Сравнительная оценка обеспеченности валовых форм изученных

микроэлементов различных типов почв Астраханской области

Почвообразующими породами в Прикаспийской низменности являются лёссовидные суглинки, прикрывающие морские отложения Каспийской

трансгрессии, а также разнообразные по литологическому составу и засолению аллювиально-озерные осадки. Широко распространены песчаные и песчано-глинистые отложения древнеаллювиального происхождения (Ковда, 1950).

Обнаруженные нами различия в уровне обеспеченности валовыми формами микроэлементов основных типов почв связаны с химическим составом почвообразующих пород, направленностью почвообразовательного процесса, а также с гранулометрическим составом почвы.

Значительная пестрота почвообразующих пород в пределах Прикаспийской низменности, характерная для них слоистость и различная степень засоления объясняют большой размах колебаний валовых значений изученных микроэлементов.

На территории Астраханской области в условиях недостаточности гумидных процессов, высокого содержания в почвах солей, засушливого климата миграционная способность микроэлементов повышается, особенно в почвах с легким гранулометрическим составом, обладающих повышенной промывной способностью.

Более тяжелые по механическому составу почвы отличаются повышенным содержанием валовых форм изучаемых микроэлементов, более легкие почвы содержат их несколько меньше, и самое незначительное количество микроэлементов обнаруживается в песках. Установлено, что наиболее обеспечены изученными микроэлементами бурые засоленные суглинистые почвы, наименее обеспечены - аллювиальные луговые супесчаные почвы, в них приблизительно в 3 — 6 раз меньше микроэлементов

Аллювиальные почвы. Аллювиальные почвы в Астраханской области представлены аллювиальными луговыми супесчаными и аллювиальными луговыми суглинистыми почвами.

Аллювиальные почвы встречаются во всех регионах, где реки формируют поймы и есть условия седиментации аллювиальных отложений в стоячих пойменных водах (Белобров, 2004).

Валовое содержание изученных микроэлементов в аллювиальных почвах Астраханской области представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Содержание валовых форм изученных микроэлементов в _аллювиальных почвах Астраханской области_

Тип почв Обслсдо ванная площадь, тыс. км: Содержание валовых форм микроэлементов в почве (мг/кг сухого вещества)

Мп Си Ъл Со № РЬ Бе

Аллювиальные луговые суглинистые почвы 10,65 136,96±9,04 13,73±1,07 44,27±3,86 б,26±0,89 16,66±1,92 7,62±1,26 -

Аллювиальные луговые супесчаные почвы 9,22 121,52±7,07 7,54±1,09 22,17±2,65 3,41±0,77 9,57±1,45 3,90±0,70 0,21 ±0,04

В накоплении и распределении микроэлементов в аллювиальных почвах большую роль оказывает вода, с движением которой связан их перенос с водоразделов в поймы и закрепление в почвах. Одновременно при фильтрации

паводковых вод происходит вынос микроэлементов за пределы почвенного профиля. Это создает значительную сложность и пестроту распределения микроэлементов в аллювиальных почвах, что подтверждается нашими данными.

Результаты анализов аллювиальных почв, показывают, что эти почвы наиболее слабо обеспечены по всем изученным нами микроэлементам, причем аллювиальные луговые супесчаные почвы содержат меньше микроэлементов, чем аллювиальные луговые суглинистые почвы. Как правило, в пределах одного почвенного района закономерность увеличения содержания микроэлементов от песков к глинистым породам увеличивается.

Как средние значения, так и их отклонения для всех изученных микроэлементов в почвах достоверно отличаются.

При сравнении двух типов аллювиально-луговых почв различного механического состава нами установлено, что более тяжелые по гранулометрическому составу почвы (глинистые, суглинистые) более обеспечены валовыми формами микроэлементов, чем почвы более легкого механического состава (супесчаные). Возможно, это связано с тем, что в состав суглинок входит монтмориллонит, для которого характерна большая концентрация микроэлементов, по сравнению с включенным в состав супесей кварцем. В песках и супесях содержится от 60 до 95% кварца с незначительным количеством микроэлементов. Нами были отмечены отклонения от установленной закономерности, в частности, аллювиальные луговые супесчаные почвы Икрянинского и Харабалинского районов содержат больше валовых форм кобальта, чем суглинистые почвы этого же района.

Бурые полупустынные почвы. В Астраханском регионе эти почвы представлены бурыми полупустынными разной степени засоленности супесчаными и суглинистыми типами почв, которые являются компонентом ландшафта пустынно-степной зоны региона. Бурые полупустынные почвы распространены среди светло-каштановых почв пятнами. При движении с севера на юг с усилением засушливого климата, они постепенно расширяют свои площади. Обычно расположены на выровненных пространствах, также их можно обнаружить на бэровских буграх и других холмах.

Валовое содержание изученных микроэлементов в бурых полупустынных почвах Астраханской области представлено в таблице 2.

Таблица 2 - Содержание валовых форм изученных микроэлементов в бурых полупустынных почвах Астраханской области

Тип почвы Обследо ванная площадь, тыс. км 2 Содержание валовых форм микроэлементов в почве (мг/кг сухого вещества)

Мп Си гп Со № РЬ вс

Бурые полупустынные разной степени засоленности супесчаные почвы 1,96 81,33±10,84 11,18±1,26 31,57±3,06 4,55±0,88 12,37±1,70 5,30±0,85 -

Бурые полупустынные солонцеватые суглинистые почвы 9,99 182,92±9,21 17,05±1,39 64,59±4,02 9,60±0,89 21,57±1,81 11,16±0,86 0,24±0,04

Бурые полупустынные засоленные суглинистые почвы 7,87 237,45±7,31 24,35±1,04 94,61 ±3,44 9,40±0,65 31,20±1,63 17,25±0,69 0,27±0,04

Анализируя полученные данные, следует отметить, что бурые полупустынные разной степени засоленности супесчаные почвы, являются почвами, которые характеризуются незначительными концентрациями валовых форм большинства изученных нами микроэлементов, уступая только аллювиально-луговым супесчаным почвам.

При сравнении аллювиальных и бурых почв одинакового механического состава установлена следующая особенность - аллювиальные луговые супесчаные почвы содержат меньше как валовых, так и подвижных форм микроэлементов, чем бурые полупустынные разной степени засоленности супесчаные почвы. Однако были обнаружены отклонения от данной закономерности, которые заключаются в том, что бурые полупустынные разной степени засоленности супесчаные почвы Енотаевского района содержат меньше средневаловых форм меди, чем аллювиальные луговые супесчаные почвы этого же района.

Бурые полупустынные засоленные суглинистые почвы и бурые полупустынные солонцеватые суглинистые почвы слабо обеспечены валовыми формами марганца, меди и никеля, среднеобеспечены селеном, а так же изученные почвы характеризуется избытком валовых форм цинка и кобальта.

Наиболее интенсивно солонцеватость и засоленность проявляется в почвах суглинистых, наиболее слабо — при легком механическом составе. Кроме того, повышенная засоленность и солонцеватость суглинистых почв сопровождается повышением содержания микроэлементов, также установлено, что с переходом к супесчанности содержание микроэлементов в почвах снижается.

Светло-каштановые почвы. Светло-каштановые почвы встречаются на возвышенных пространствах, располагаются прерывистыми полосами, пятнами. Этот тип почв распространен на севере Астраханской области и только в двух районах: Черноярском и Ахтубинском (таблица 3).

Таблица 3 - Содержание валовых форм изученных микроэлементов в светло-каштановых почвах Астраханской области

Тип почвы Обслсдо ванная площадь, тыс. км 2 Валовое содержание микроэлементов в почве (мг/кг сухого вещества)

Мп Си 2л Со N1 РЬ

Светло-каштановые солонцеватые суглинистые почвы 1,73 124,15±10,21 12,45±0,21 33,57±2,01 5,06±0,81 14,36±0,98 5,57±0,74

Светло-каштановые засоленные суглинистые почвы 1,97 157,49±6,32 15,16±0,23 58,84±1,81 9,81 ±0,65 18,65±0,99 9,12±0,98

Этот тип почв относится к почвам, которые слабо обеспечены валовыми формами марганца, меди и никеля и оптимальным содержанием цинка и кобальта.

Анализ содержания микроэлементов в различных типах почв региона показывает, что наибольший разброс концентрации валовых форм микроэлементов характерен для аллювиальных почв (пределы колебаний 25,48%), наименьший — для светло-каштановых засоленных суглинистых почв (19,52%). По остальным типам почв колебания общего количества всех микроэлементов достаточно стабильны и составляют порядка 21-22 %.

Кларки концентраций и рассеивания. Рассчитанные нами кларки концентрации для всех изученных микроэлементов отражают содержание химических элементов в исследуемых почвах в сравнении с кларком в земной коре (таблица 5). Исследование кларков представляет большое научное и прикладное значение, т.к. сведения о региональных кларках необходимы как отправная точка при исследовании процессов миграции элементов в почвах. Знание кларков микроэлементов позволяет более успешно решать гидрогеохимические проблемы рассеяния, концентрирования, миграции элементов в почвах, породах различного вещественного состава.

Таблица 5 - Рассчитанные кларки концентрации и рассеивания в почвах Астраханской области

Элемент Кларк (по А.П. Виноградову, 1962) Кларк концентрации (Кк) Кларк рассеивания (Кр)

Бе 0,05 4,8 -

Си 47 0,31 3,26

гп 83 0,62 1,61

Мп 1000 0,14 7,11

№ 58 0,32 3,21

Со 18 0,39 2,55

РЬ 16 0,54 1,86

Установлено, что средние концентрации всех изученных нами химических элементов за исключением селена в почвах Астраханской области значительно ниже их кларков в земной коре.

Кк колеблются от 0,14 (марганец) до 4,8 (селен).

По величине Кк исследованные микроэлементы образуют следующий ряд: 8е>2п>РЬ>Со>№>Си>Мп.

Так как Кк меньше единицы для большинства изученных микроэлементов, то для получения большей контрастности были рассчитаны обратные величины -кларки рассеяния (Кр), представляющие собой отношение кларка элемента в литосфере к его содержанию в почвах Астраханской области. Полученные результаты указывают на то, что изученные микроэлементы не обнаруживают тенденцию к накоплению, обладают пониженной относительной концентрацией.

Кр химических элементов в почвах колеблются от 1,61 (цинк) до 7,11 (марганец).

Сравнительная характеристика исследованных почв с эталонными почвами

Роль почвы в сохранении и восстановлении легкоранимых к антропогенным воздействиям аридных экосистем является доминирующей. Поэтому проблема сохранения биологического и ландшафтного разнообразия тесно связана с проблемой сохранения почвенного разнообразия. Важнейшее место в системе мероприятий по охране и восстановлению почв отводится почвенному мониторингу. При любой форме его организации не обойтись без показателей эталонных почв, не утративших своих эколого-генетических связей со всеми компонентами ландшафта.

Значение эталонного содержания микроэлементов позволит точнее определить районы избыточного или же недостаточного содержания отдельных

микроэлементов и с большей достоверностью установить связь их с эндемическими заболеваниями.

Знание эталонного содержания микроэлементов в главных типах почв позволит правильнее подойти к оценке роли микроэлементов в почвообразовательном процессе и выяснить пути перераспределения микроэлементов в системе: горные породы - почвы - организмы.

Содержание микроэлементов в изученных почвах Астраханской области мы сравнили с таковым эталонных почв чернозема Центрально-Черноземного заповедника (Курская область) (таблица 6), так общеизвестно, что черноземы являются наиболее плодородными почвами земного шара, эти районы характеризуются отсутствием эндемических заболеваний растений, животных и человека. Плодородие черноземов отличается устойчивостью во времени и оптимальным сочетанием микроэлементов.

Таблица 6 - Содержание микроэлементов в почвах чернозема ЦентральноЧерноземного заповедника (Курская область) (Ковда, 1959)

Наименование микроэлемента Валовое содержание, мг/кг Пределы колебаний

Си 30 7-48

Мп 840 20-5600

Ъп 62 24-90

№ 49 -

Со 6,1 2,6-13,0

Сопоставляя данные, представленные в таблице 6, со средними значениями изученных микроэлементов, можно констатировать, что для почв Астраханской области характерен недостаток валовых форм меди во всех типах почв. Результаты анализа показали, что аплювиально-луговые супесчаные почвы содержат в 4 раза меньше валовых форм меди, чем эталонные черноземы (7,74 мг/кг). Наиболее приближены к эталонным значения бурые полупустынные засоленные суглинистые почвы (24,35мг/кг).

Анализируя полученные данные, следует отметить недостаточное содержание марганца во всех изученных типах почв Астраханской области (среднее значение марганца в светло-каштановых солонцеватых суглинистых почвах составляет 129,51 мг/кг, что в 6 раз ниже эталонных значений). Подобная ситуация характера и для остальных типов почв региона. Таким образом, изученные почвы являются слабо обеспеченными валовыми формами марганца.

Концентрация цинка в бурых полупустынных засоленных суглинистых почвах Астраханской области характеризуется избытком во всех районах области в сравнении с почвами Центрально-Черноземного заповедника в Курской области (от 64,72 мг/кг в Ахтубинском районе до 210,25 мг/кг в Камызякском районе). Если рассматривать среднее значение содержания цинка по региону, то оно имеет близкое значение к эталонному (51,13 мг/кг), т.к. в аллювиально-луговых супесчаных почвах содержание цинка значительно ниже (22,17 мг/кг по области).

По содержанию валовых форм никеля почвы Астраханской области также характеризуются недостаточностью: среднее содержание никеля в регионе в 3 раза меньше его валовых форм в эталонном черноземе.

Выраженный диапазон колебаний селена в почвах наблюдается практически во всех районах области. Наибольшими интервалами значений селена в почвах области отличается Приволжский район - 0,22-0,38 мг/кг сухого вещества, при среднем содержании 0,31 мг/кг. Наименьшие колебания концентрации селена отмечены в Черноярском районе - 0,20 - 0,22 мг/кг сухого вещества.

Согласно установленным пороговым концентрациям селена в почве (Капитальчук, 2009), почвы делятся по следующей градации:

- менее 0,125 мг/кг - область селенодефицита;

- 0,125-0,175 мг/кг - область маргинальной недостаточности;

- 0,175-3,0 мг/кг — область оптимума;

- более 3,0 мг/кг — область избытка микроэлемента.

Сопоставляя средние валовые концентрации селена в различных типах почв с указанными выше критериями, следует отметить, что аллювиальные луговые супесчаные и бурые полупустынные солонцеватые и засоленные суглинистые почвы характеризуются областью оптимума.

Однако при сравнении средних значений содержания селена по районам области с установленными пороговыми концентрациями селена в почве было обнаружено недостаточное содержание селена в Красноярском районе. Обнаружен дефицит селена в аллювиальных луговых супесчаных почвах (среднее содержание селена равно 0,11 мг/кг). Область маргинальной недостаточности характерна для бурых полупустынных почв Красноярского района (среднее содержание селена в бурых полупустынных солонцеватых суглинистых почвах равно 0,16 мг/кг).

В исследованных почвенных образцах не зафиксировано ни одного случая избытка селена.

Сравнительная оценка обеспеченности микроэлементами почв юга России.

Содержание микроэлементов в почвах юга России изучалось различными авторами (Ширинская, 1964; Бердникова, 1981; Залибеков, 2001; Сангаджиева, 2006 и другие).

В почвах соседних областей хорошо изучено валовое содержание нескольких элементов - Си, Хп, Мп (таблица 7).

Таблица 7 - Содержание валовых форм микроэлементов в почвах некоторых

областей России, мг/кг (Ковда, 1975; Зырин, 1968; наши данные; Сангаджиева, 2006)

Район Медь Марганец Цинк

Саратовская область 18-24 200-550 10-60

Волгоградская область 12-40 200-550 10-60

Ростовская область 25-30 550-900 30-90

Астраханская область 6-29 10-414 9-210

Ставропольский край 12-40 550-900 60-120

Краснодарский край 24-40 550-1600 60-120

Республика Калмыкия 3,6-47 72-580 5-147

Дагестанская республика 24-30 200-675 10-60

Чеченская республика 12-40 200-900 30-90

В сравнении с другими регионами юга России, Астраханская область является наименее обеспеченной валовыми формами Си (до 29 мг/кг) и Мп (до 414 мг/кг). Наиболее близкие значения к почвам Астраханской области по количеству Си и Мп наблюдаются в Саратовской области и республике Дагестан.

Оценивая содержание Zn, можно утверждать, что почвы Астраханской области имеют повышенное содержание данного элемента по сравнению с другими областями и республиками юга России (до 210 мг/кг).

Весьма наглядное представление о статистическом распределении аналитических данных дают графические изображения средних значений и отклонений валовых форм изученных микроэлементов в почвах Астраханской области. Такой прием широко используется при изучении распределения содержания микроэлементов в почвенном покрове.

Для анализа содержания валовых форм микроэлементов по районам региона был выбран Ахтубинский район, который характеризуется наличием всех типов почв (Рисунок 1).

Тип почвы

Рисунок 1 - Содержание микроэлементов в почвах Ахтубинского района.

Установлено, что наиболее обеспечены изученными микроэлементами бурые засоленные суглинистые почвы, наименее обеспечены - аллювиальные супесчаные почвы, в них концентрируется в 3 — 6 раз меньше микроэлементов

Анализируя полученные данные, можно отметить, что доминирующим элементом во всех типах почв является марганец, количество которого сравнимо или превышает суммарное количество остальных микроэлементов.

Самое высокое абсолютное содержание марганца отмечено в бурых засоленных суглинистых почвах (413,60 мг/кг) Черноярского района, самое низкое содержание зафиксировано в аллювиальных супесчаных почвах Наримановского района (10,02 мг/кг).

Наименьший разброс концентрации в целом по области характерен для меди: в среднем ее содержание в различных почвах колеблется в пределах 42,3 %. Наибольший разброс концентрации отмечен для цинка, концентрация которого в разных типах почв варьирует в среднем до 76,3%.

Результаты исследований показывают, что наибольший разброс концентрации изученных микроэлементов характерен для аллювиальных почв, прежде всего для аллювиальных суглинистых почв, в которых колебания содержания марганца достигает до 70%. Наименьший разброс концентрации отмечен в светло-каштановых засоленных суглинистых почвах - 19,52%. По остальным типам почв пределы варьирования концентрации изученных микроэлементов составляют 21 - 22 %.

Для сравнения количественных значений содержания микроэлементов в почвах разных районов целесообразно проанализировать их концентрацию в зависимости от типа почв Астраханской области. Для данного анализа было выбрано валовое содержание в почвах меди (Рисунок 2).

Рисунок 2 - Абсолютные значения валовых форм меди в разных типах почв по районам Астраханской области.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что наиболее обеспеченными по содержанию валовых форм меди в бурых суглинистых почвах являются Камызякский, Енотаевский и Ахтубинский районы. Практически на одном уровне содержание меди в бурых засоленных суглинистых почвах Красноярского (24,73 мг/кг) и Наримановского районах (24,78 мг/кг). Самый низкий уровень содержания меди отмечен в бурых засоленных суглинистых почвах Икрянинского района (21,36 мг/кг).

Целью корреляционного анализа являлось выявление степени геохимической общности микроэлементов (почвообразующие породы могут быть сформированы в одних условиях и характеризоваться определенными ассоциациями микроэлементов).

Чем выше уровень корреляции между различными парами микроэлементов, тем в большей степени геохимической общностью они обладают.

Наиболее сильные взаимосвязи между марганцем и свинцом (р = 0,851) и чуть меньше ( р = 0,850) между цинком и никелем (таблица 8).

Таблица 8 - Коэффициенты корреляции среднего содержания валовых форм изученных микроэлементов в почвах по Астраханской области

Си Мп га № Со РЬ Бс

Си X 0,510 0,549 0,674 0,687 0,704 0,723

Мп 0,510 X 0,718 0,829 0,624 0,851 0,513

Хп 0,549 0,718 X 0,850 0,654 0,743 0,610

№ 0,674 0,829 0,850 X 0,782 0,782 0,731

Со 0,687 0,624 0,654 0,782 X 0,832 0,725

РЬ 0,704 0,851 0,743 0,782 0,832 X 0,787

5е 0,723 0,513 0,610 0,731 0,725 0,787 X

Представляет интерес также вопрос о том, насколько закономерности коррелированности, выявленные для почвы в целом, повторяются в отдельных типах почв. Наиболее сильно зависимы процессы накопления валовых форм элементов в аллювиальных суглинистых почвах, наименее зависимы процессы накопления в бурых засоленных суглинистых почвах.

Зависимости между процессами накопления валовых форм для разных микроэлементов по каждому типу почв слабее зависимостей накопления по всей почве в целом. Это можно объяснить тем, что в разных типах почв сильными взаимозависимостями охвачены разные пары микроэлементов, что в результате наложении и усреднения зависимостей при анализе почвы в целом приводит к достаточно сильным взаимосвязям между почти всеми парами микроэлементов.

3.2. Сравнительная оценка обеспеченности подвижных форм изученных микроэлементов различных типов почв Астраханской области

Наиболее информативным показателем экологической оценки почвенного покрова является содержание подвижных форм микроэлементов, способных переходить из твердых фаз почв в почвенные растворы.

Средние значения концентрации подвижных форм микроэлементов по типам почв представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Среднее содержание подвижных форм микроэлементов в пахотном горизонте различных почв Астраханской области

№ Типы почв Обследован ная площадь, тыс. км 2 Содержание микроэлемента, мг/кг

Мп Си Хп Со N1 РЬ

• 2 3 4 5 6 7 8 9

1 Аллювиальные луговые супесчаные почвы 9,22 8,35±2,51 0,14±0,06 1,15±0,37 1,00±0,30 1,49±0,41 1,31 ±0,28

2 Аллювиальные луговые суглинистые почвы 10,65 10,16±2,59 0,16±0,07 1,4±0,46 1,14±0,36 1,63±0,52 1,46±0,36

3 Бурые полупустынные солонцеватые суглинистые почвы 9,99 14,84±3,63 0,26±0,07 1,81 ±0,32 1,66±0,24 2,48±0,66 1,8 + 0,37

Продолжение Таблицы 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 Бурые полупустынные разной степени засоленности супесчаные почвы 1,96 10,54±2,43 0,17±0,06 1,42±0,40 1,29±0,31 1,71±0,60 1,68±0,39

5 Бурые полупустынные засоленные суглинистые почвы 7,87 15,07±5,04 0,27±0,09 1,97±0,49 1,67±0,27 2,19±0,75 2,00±0,47

б Светло-каштановые солонцеватые суглинистые почвы 1,73 9,10±3,33 0,18±0,06 1,57±0,04 1,16±0,05 1,94±0,31 1,48±0,19

7 Светло-каштановые засоленные суглинистые почвы 1,97 8,51 ±2,8 2 0,18±0,05 1,58±0,12 1,22±0,03 1,97±0,18 1,52±0,16

Наиболее однородно содержание подвижного цинка в различных типах почв - порядка 1,55 мг/кг ±25+ 30%; наименее однородно содержание меди - в бурых засоленных суглинках ее количество приблизительно в 3 раза выше содержания меди в аллювиальных супесчаных почвах.

Анализ содержания по различным типам почв региона показывает, что достаточно нестабильно содержание микроэлементов в аллювиальных почвах, которое колеблется в пределах от 25 до 40% от их содержания. Наиболее стабильно содержание микроэлементов в светлых засоленных почвах - 19,95%. По остальным типам почв колебания общего количества всех микроэлементов достаточно стабильны и составляют порядка 21 - 22 %.

Анализ полученных данных показал, что по абсолютному содержанию подвижных форм микроэлементов наибольшим содержанием в почвах Астраханской области характеризуется марганец, количество которого (в среднем 16,72 мг/кг) почти на порядок выше содержания других микроэлементов. Наименее распространена медь, среднее содержание которой равно 0,31 мг/кг.

По величине средней подвижной концентрации исследованные микроэлементы в почвах Астраханской области образуют следующий убывающий ряд: Мп>№>РЬ>гп>Со>Си. По степени убывания валовые и подвижные концентрации микроэлементов располагаются неодинаково. Доминирующим микроэлементом, как и в случае валовых форм, является марганец, однако для других исследованных микроэлементов последовательность меняется (Мп>гп>Си>№>РЬ>Со - ряд для валовых форм).

Данные по степени подвижности для микроэлементов в почвах Астраханской области представлены в таблице 10.

Таблица 10 - Степень подвижности микроэлементов в почвах Астраханской

области

Наименование микроэлемента Показатель подвижности, % Степень подвижности (Псрельман, 1979)

Медь 2,08 Средняя (Кх= 1п-10п)

Марганец 11,86 Высокая (Кх=10п-100п)

Цинк 4,09 Средняя (Кх=1п-10п)

Никель 15,04 Высокая (Кх= 10п-1 ООп)

Кобальт 25,55 Высокая (Кх=10п-100п)

Свинец 28,86 Высокая (Кх=10п-100п)

Интересно отметить установленный факт сравнительно высокой подвижности никеля, кобальта и свинца, что можно объяснить нахождением их в виде легкорастворимых солей, на что ранее указывала Н.Г. Гайдукова (2005).

По величине подвижности (%) от валового содержания исследуемые химические элементы располагаются в следующем убывающем порядке: РЬ (28,86) > Со (25,55) >№ (15,04)>Мп (11,86)> гп (4,09) >Си (2,08).

Для анализа содержания подвижных форм микроэлементов по типам почв, как и в случае валовых форм, был выбран Ахтубинский район, который характеризуется наличием всех типов почв.

Наиболее высоко содержание микроэлементов в бурых засоленных суглинистых почвах; наименее обеспечены изученными микроэлементами аллювиальные супесчаные почвы - в них приблизительно на 30 - 40 % меньше микроэлементов (Рисунок 3).

Наиболее однородно содержание подвижного цинка в различных типах почв - порядка 1,55 мг/кг ± 25 30%; а наименее подвижной меди - в бурых засоленных суглинках ее количество приблизительно в 3 раза выше содержания этого элемента в аллювиальных супесчаных почвах.

Наибольшими концентрациями в изученных почвах характеризуется марганец, количество которого сравнимо или даже превышает суммарное количество остальных микроэлементов. Максимальные значения этого элемента характерны для бурых засоленных суглинистых почв.

Наиболее обеспеченными по содержанию микроэлементов являются бурые засоленные суглинистые почвы, наименее обеспеченными - аллювиальные песчаные почвы.

20 18 £ 16

□ хюи ях1мп ахап ахм ихюо пмрь

Рисунок 3. Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах Ахтубинского района Для сравнительной характеристики содержания подвижных форм микроэлементов по разным районам целесообразно проанализировать их абсолютные содержания по районам в разных типах почв, доя этого, так же как и для валовых форм, был выбран элемент медь (Рисунок 4).

Наиболее обеспеченным подвижными концентрациями меди характеризуется Ахтубинский район, наименьшим - Приволжский и Харабалинский районы.

Наиболее обеспеченным по содержанию микроэлементов оказались бурые засоленные суглинистые почвы Камызякского района.

Корреляционный анализ показал, что почти во всех типах почв Астраханской области, за исключением бурых засоленных суглинистых, количество меди и марганца имеет сильную зависимость (р = 0,831), для остальных пар элементов установленные зависимости существенно ниже.

Рисунок 4. Содержание подвижных форм меди в разных типах почв Астраханской области.

Изученные почвы слабо обеспечены подвижными формами микроэлементов, за исключением бурых полупустынных солонцеватых и засоленных суглинистых почв, которые характеризуются как среднеобеспеченные по содержанию марганца, кобальта и цинка.

ВЫВОДЫ

1. Для Астраханской области характерно ярко выраженная мозаичность в распределении и содержании изученных микроэлементов в почвах, наибольший разброс концентрации валовых форм микроэлементов характерен для аллювиальных луговых суглинистых почв (пределы колебаний 25,48%), наименьший - для светло-каштановых засоленных суглинистых почв (19,52%).

2. В почвенном покрове Астраханской области наблюдается отчетливая пространственная дифференциация в распределении и концентрации большинства химических элементов: микроэлементный состав бурых полупустынных почв существенно отличается от состава светло-каштановых и аллювиально луговых почв. Почвы разного гранулометрического состава в зависимости от обеспеченности микроэлементами располагаются в следующий убывающий ряд: бурые полупустынные почвы > светло-каштановые почвы > аллювиально-луговые почвы.

3. Достаточно нестабильно содержание подвижных форм микроэлементов в аллювиальных почвах, которое колеблется в пределах от 25 до 40%. Наиболее стабильно содержание микроэлементов в светло-каштановых засоленных почвах -

19,95%. По остальным типам почв колебания общего количества всех микроэлементов достаточно стабильны и составляют порядка 21-22%.

4. Содержание в почвах подвижных форм микроэлементов подвержено значительным колебаниям в зависимости от валового их количества и гранулометрического состава. Наиболее однородно содержание подвижного цинка в различных типах почв - 1,55 мг/кг ± 25* 30%; наименее однородно содержание меди (в бурых засоленных суглинках ее количество приблизительно в 3 раза выше содержания меди в аллювиальных супесчаных почвах).

5. Изученные микроэлементы характеризуется различной степенью подвижности в почвах. По величине подвижности (%) от валового содержания исследуемые микроэлементы располагаются в следующем убывающем порядке: РЬ (28,86) > Со (25,55) >Ni (15,04)>Mn (11,86)> Zn (4,09) >Cu (2,08).

6. Установлены региональные кларки содержания изученных микроэлементов в почвенном покрове Астраханской области: Кк (Se) = 4,8; Кк (Си) = 0,31; Кк (Zn) = 0,62; Кк (Мп) = 0,14; Кк (Ni) = 0,32; Кк (Со) = 0,39; Кк (РЬ) = 0,54. По величине Кларка концентрации исследованные микроэлементы образуют следующий ряд: Se>Zn>Pb Co>Ni>Cu >Mn.

7. Установлены высокозначимые коэффициенты корреляции между валовыми формами марганца и свинца (р = 0,851), цинка и никеля (р = 0,850). Наиболее сильно зависимы процессы утилизации валовых форм элементов в аллювиальных суглинистых почвах; наименее зависимы процессы накопления в бурых засоленных суглинистых почвах. Установлена сильная взаимозависимость (р = 0,831) для пары подвижных форм Cu-Mn во всех типах почв Астраханской области, за исключением бурых засоленных суглинистых почв.

8. В сравнении с эталонными почвами, почвы Астраханской области характеризуются недостаточной концентрацией валовых форм меди, марганца и никеля. В бурых полупустынных засоленных суглинистых почвах Астраханской области установлен избыток цинка (от 64,7 мг/кг в Ахтубинском районе до 210,2 мг/кг в Камызякском районе) и кобальта (от 10,3 мг/кг в Красноярском районе до 18,7 мг/кг в Черноярском районе). Изученные почвы содержат оптимальные концентрации валовых форм селена, за исключением аллювиальных луговых супесчаных почв Красноярского района, где наблюдается дефицит (0,11 мг/кг) и бурых полупустынных солонцеватых суглинистых почв Красноярского района, где наблюдается область маргинальной недостаточности по селену (0,17 мг/кг).

9. В сравнении с другими регионами юга России, Астраханская область является наименее обеспеченной валовыми формами Си (до 29 мг/кг) и Мп (до 414 мг/кг). Почвы Астраханской содержат повышенное количество цинка по сравнению с другими областями и республиками юга России (до 210 мг/кг).

10. Изученные почвы слабо обеспечены подвижным формами меди, марганца, цинка и кобальта, за исключением бурых полупустынных солонцеватых и засоленных суглинистых почв, которые среднеобеспечены по содержанию марганца, кобальта и цинка (182,92 мг/кг, 9,60 мг/кг и 64,59 мг/кг соответственно).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Астахина, A.A. Некоторые региональные особенности микроэлементного состава почв Астраханской области / Э.И. Мелякина, A.A. Астахина, О.Н. Бичарева, АН. Гундарева // Биологическое разнообразие Кавказа: Материалы IX Международной конференции. - Махачкала, 2007. - С.28.

2. Астахина, A.A. Сравнительная оценка обеспеченности почв медью в Астраханской области / Э.И. Мелякина, А.Н. Гундарева, A.A. Астахина// Биологическое разнообразие Кавказа: Материалы IX Международной конференции. - Махачкала, 2007. - С.28.

3. Астахина, A.A. Антропобиогеохимическая ситуация Астраханской области / A.A. Астахина, И.В. Зайцев, P.A. Гулиев // Биогеохимия в народном хозяйстве: фундаментальные основы ноосферных технологий: Тезисы 6-й Международной биогеохимической школы. - Астрахань, 2008. - С.72.

4. * Астахина, A.A. Экологическая оценка почв по содержанию цинка и меди Северо-Западного Прикаспия/ Э.И. Мелякина, JI.3. Мурзаканова, A.A. Астахина // Проблемы региональной экологии, 2007. - №6. - С. 104-107.

5. * Астахина, A.A. Валовое содержание микроэлементов в почвах Астраханской области/ Э.И. Мелякина, А.Н. Гундарева, A.A. Астахина //Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса. 2010. - № 1. - С. 23-27.

6.* Свечникова, A.A. Обеспеченность селеном жителей Астраханской области / A.A. Свечникова, H.A. Голубкина, Э.И. Мелякина// Научно-практический ж-л., «Вопросы питания». - 2/2010, - №79. - С.78-80.

7. * Свечникова, A.A. Географические особенности селенового статуса населения Астраханской области / A.A. Свечникова, H.A. Голубкина, Э.И. Мелякина //Астраханский медицинский журнал,- 2010. - №4. - Том 5. - С.63-65.

8. Свечникова, A.A. Особенности микроэлементного состава почв различных районов Астраханской области / A.A. Свечникова, А.Н. Гундарева, Э.И. Мелякина // Материалы 1-ой международной научно-практической конференции молодых ученых. - Актуальные вопросы природопользования в аридной зоне СевероЗападного Прикаспия. - 2012. - С. 58-61.

9.* Свечникова, А. А. Влияние экологических условий на уровень содержания селена в почвах Астраханской области / A.A. Свечникова // Естественные науки. -2012. - №4 (41). - С.43-45.

10.* Свечникова, А. А. Закономерности аккумуляции валовых и подвижных форм микроэлементов в почвах Астраханской области/ A.A. Свечникова // Естественные науки. - 2013. - №1 (42). - С. 23-28.

11. Svechnikova, A.A. Ecological evaluation of soils in the Astrakhan region/ Svechnikova A.A., Melyakina E.I., Musaev M.A.// Scientific conference on innovative strategies and technologies in environment protection. - Beograd, 18-20. April. - 2012. - P.182.

12. Svechnikova, A. A. The human selenium status in Astrakhan region / Svechnikova A. A., Golubkina N.A., Melyakina E.I // International scientific conference on environment and biodiversity Beograd, - 22-24. April 2010. - p. 32.

Примечание: * отмечены / л, опубликованные в сборниках, рекомендуемых ВАК.

Подписано в печать 07.10.2013 г. Бумага офсетная Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Заказ 1450. Тираж 100 экз.

Типография ООО «ИГТП «Мастерская печати» 629810 г. Ноябрьск пр-т Мира 78 В, офис 104

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Свечникова, Анна Александровна, Уфа

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет»

На правах рукописи

04201364228

Свечникова Анна Александровна

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ

03.02.13 - почвоведение

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент Мелякина Эльвира Ивановна

Астрахань - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР..............................................................................................................9

1.1 Основные почвообразующие факторы в Астраханской области............................9

1.2 Общая характеристика почв Астраханской области..........................................................18

1.3 Общие закономерности миграции, распределения и содержания микроэлементов в почве..............................................................................................................................................24

1.4 Особенности биогеохимической характеристики ландшафта..............................................46

1.5 Сравнительная оценка обеспеченности почв микроэлементами по Югу

России..........................................................................................................................................................................................50

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ......................................................................55

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................55

2.1. Определение вида и типа почвы................................................................................................................55

2.2 Методы отбора почв................................................................................................................................................55

2.3 Методика подготовки проб для атомно-абсорбционного анализа..................................57

2.4 Принцип работы на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Hitachi» 180-50..........................................................................................................................................................................................58

2.5 Методы отбора проб и определение селена флуорометрическим методом.. 59

2.6 Статистические методы..................................................................................................................................59

ГЛАВА 3 Особенности накопления и распределения микроэлементов в почвах

Астраханской области..................................................................................................................................................63

3.1 Сравнительная оценка обеспеченности валовых форм изученных

микроэлементов различных типов почв Астраханской области........................63

3.1.1 Оценка статистического распределения валовых форм изученных

микроэлементов в почвах региона....................................................................................................................89

3.2 Сравнительная оценка обеспеченности подвижных форм изученных микроэлементов различных типов почв Астраханской области..............................94

3.2.1 Оценка статистического распределения подвижных форм изученных

микроэлементов в почвах региона.......................................................... 101

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................... 105

ВЫВОДЫ................................................................................................ 111

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................... 114

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ........................ 135

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................................................. 136

Приложение А Содержание некоторых микроэлементов в почвах юга России .. 137 Приложение Б Содержание и химический состав и микроэлементов в почвах

Астраханской области........................................................................ 138

Приложение В Степень обеспеченности почв подвижными формами

микроэлементов.................................................................................. 139

Приложение Г Абсолютные значения валовых форм изученных

микроэлементов в почве по районам Астраханской области......................... 140

Приложение Д Коэффициенты корреляции среднего содержания валовых форм

изученных микроэлементов в разных типах почвах Астраханской области...... 143

Приложение Е Абсолютные значения подвижных форм изученных

микроэлементов в почве по районам Астраханской области......................... 145

Приложение Ж Коэффициенты корреляции среднего содержания подвижных форм изученных микроэлементов в разных типах почв Астраханской области.. 148

ВВЕДЕНИЕ

Астраханская область является уникальным регионом Российской Федерации, где тесно связаны интересы сельского и рыбного хозяйства, а также нефтяной и газовой промышленности, что определяет высокую интенсивность антропогенного воздействия на природные комплексы.

Повышенная чувствительность полупустынных ландшафтов к техногенезу, длительный срок восстановления и их нестабильность обусловливает необходимость проведения почвенно-экологического мониторинга.

В последнее время все больше выясняется значение почвы как составной части «живого вещества» в геохимическом круговороте микроэлементов. По мнению В.И. Вернадского (1922), именно от содержания и подвижности в ней микроэлементов зависит микроэлементарный состав компонентов любой экосистемы, что подтверждает роль почвы как связующего звена в наземных экосистемах, а также отдельных организмах растений, животных и человека. Содержание и микроэлементный состав почвы наследуют от почвообразующих пород. Известно, что в процессе длительного почвообразования происходит перераспределение микроэлементов исходных горных пород, но при этом специфические свойства и химические особенности микроэлементов горных пород практически навсегда сохраняются в почвах. Атмосферные выпадения оказывают на них влияние только в зоне промышленного производства. Тогда как живые организмы и, в первую очередь, растения, наряду с почвообразовательными процессами влияют в основном на характер профильного распределения микроэлементов.

От проблемы сохранения почвенного покрова неотделима проблема обеспечения населения качественными продуктами питания, так как их химический состав является отражением химического состава почвы, на которой были получены продукты. Оценка микроэлементного состава почв Астраханской области является важнейшей составной частью их комплексного мониторинга и

является хотя и сложным, но необходимым мероприятием, позволяющим адекватно оценивать ситуацию и дающим возможность выбора тех или иных путей ее улучшения (коррекции).

В последние годы изучению микроэлементного состава почв уделяется повышенное внимание. В частности, установлено содержание микроэлементов и состав почвообразующих пород юга Западной Сибири [91], южной части Средней Сибири [36], Южной Тайги Русской Равнины [62], Центрального Черноземья [162] и ряда других районов. А создание эколого-биогеохимической карты для всей территории нашей страны - задача исследователей на ближайшее время.

В настоящее время в доступной нам литературе содержится недостаточное количество информации о содержании некоторых микроэлементов в почвах Астраханской области, так как до недавнего времени этой задаче уделялось мало внимания. Традиционно в Астраханской области приоритет отдавался изучению водной системы дельты реки Волги.

Наиболее информативные данные по содержанию и особенностям распределения микроэлементов в почвах Астраханской области получены A.B. Бердниковой (1973, 1981), В.Г. Ларешиным (1990), Д.В. Воробьевым (2009), А.Н. Гундаревой (2006) и др.

Полученные результаты исследований могут быть реализованы в биогеохимических критериях оценки экологического состояния Астраханской области в рамках федеральной целевой программы «Экологическая безопасность России», согласно которой биологическое разнообразие и сохранение почвенного покрова становятся актуальным природоохранным направлением.

Актуальность темы исследования. Перечень элементов для исследования (марганец, цинк, медь, кобальт, никель, свинец и селен) нами составлен, учитывая их важную биологическую роль при недостаточной их изученности в почвах региона, а также ролью почвы как связующего звена в наземных экосистемах, отдельных организмах растений, животных и человека. Мы исходили из принципов системной экологии, что проблема регулирования, накопления и распределения микроэлементов может быть правомерно решена только лишь на

основе принципов геохимической экологии, которые устанавливают взаимосвязь геохимического состава компонентов экосистем (обеспеченность их микроэлементами) и концентрации микроэлементов в определенных субрегионах (биогеохимических провинциях) биосферы [1], [37], [67], [103].

Исследование вопросов биогеохимического районирования (разделение биосферы на субрегионы и регионы) представляет естественно - исторический интерес, а также является основой развития ветеринарии, краевой медицины, внесения микроудобрений, нормализующих питание и повышающих продуктивность живых организмов.

Цель и задачи исследования. Цель данной работы - исследовать биогеохимические особенности почв Астраханской области, в том числе установить обеспеченность их валовыми и подвижными формами микроэлементов (Мл, Си, Хп, Со, N1, РЬ, 8е) в зависимости от различных типов почв Астраханской области.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить валовые и подвижные концентрации меди, марганца, цинка, никеля, кобальта, свинца и селена в почвах Астраханской области.

2. Установить региональные кларки содержания изучаемых элементов в почвенном покрове области.

3. Определить особенности пространственного распределения валовых и подвижных форм изученных микроэлементов в различных типах почв региона.

Научная новизна работы. В данной работе впервые исследовано содержание никеля, кобальта, свинца и селена в районах Астраханской области и основных типах почв региона. Впервые проведен сравнительный анализ содержания валовых и подвижных форм марганца, меди, цинка, кобальта, никеля, свинца и селена. Статистическими методами определены особенности накопления и распределения микроэлементов в почвах Астраханской области.

Теоретическая и практическая научно-практическая значимость. Количественные и качественные параметры накопления и распределения микроэлементов в почвах являются основой для проведения периодического

экологического мониторинга, применяются при охране почв от деградации и рациональном землепользовании, информационном обеспечении земельного кадастра, прогнозе и оценке экологического состояния земель. Полученные нами данные могут служить матрицей для дальнейших биогеохимических исследований других наземных биоценозов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Почвы разного гранулометрического состава в пахотном слое почвы в зависимости от обеспеченности микроэлементами расположены в следующей убывающей последовательности: бурые полупустынные почвы > светло-каштановые почвы > аллювиально-луговые почвы.

2. Тяжелые по гранулометрическому составу почвы (глинистые, суглинистые), более обеспечены валовыми и подвижными формами изученных микроэлементов чем легкие (супесчаные, песчаные).

3. Почвы Астраханской области характеризуются недостаточным содержанием валовых форм марганца, меди и никеля и средним содержанием цинка, кобальта и селена.

4. Изученные почвы слабо обеспечены подвижными формами марганца, меди, цинка и кобальта, за исключением бурых полупустынных солонцеватых и засоленных суглинистых почв.

5. Между содержанием изученных микроэлементов в почвах Астраханской области установлен высокий уровень коррелированности.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов проведенных исследований обусловлена применением современного сертифицированного аналитического оборудования с соблюдением действующих стандартов и принятых статистических методов обработки данных.

Материалы диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

- Научно-практические конференции профессорско-преподавательского состава АГТУ в 2008-2010 гг.;

- IX Международная конференция «Биологическое разнообразие Кавказа», Махачкала, 2007г.;

- VI Международная биогеохимическая школа «Биогеохимия в народном хозяйстве: фундаментальные основы ноосферных технологий», Астрахань, 2008г.;

- V Международное совещание «Геохимия биосферы», Новороссийск, 2009г.;

- Международная научная конференция «Защита окружающей среды и биоразнообразие», Белград, 2010 г.;

- Международная научная конференция «Инновационные стратегии и технологии в проблемах защиты окружающей среды», Белград, 2012;

- I Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Актуальные вопросы природопользования в аридной зоне Северо-Западного Прикаспия», Москва, 2012 г.

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ из них 6 работ рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 149 страницах компьютерного текста. Состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы, списка сокращений и приложения. Список литературы содержит 225 источников, из них 18 зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 9 рисунками и 24 таблицами.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Основные почвообразующне факторы в Астраханской области

Географическое положение и климат. Астраханская область находится в умеренных широтах, на юго-востоке Восточно-Европейской равнины в зоне северных полупустынь, территория составляет 57,6 тыс. км .

Регион расположен на правом и левом берегах реки Волги протяженностью более 400 км (Рисунок 1). Северная точка области расположена на границе с Волгоградской областью на 48°52'с.ш. Самая западная точка находится в Черноярском районе региона на границе с Волгоградской областью на 44° 58'в.д.

ПОЛУПУСТЫННАЯ ЗОНА

ШВолго-Сарпинским г—-:—i Баскунчаком ландшафт I..... ., I ландшафт

ПУСТЫННАЯ ЗОНА

_ Волжско- ........... Западный

| 111 | Приергвнинскии jpjP} ильменно-бутро-гвидшафт вой ландшафт

шаг1 m—V

ащ ^ 1 ъ -п«-«^ вой ландшафт

«^шЦБНУТРИЗОНАЯЬНЫЕ ЛАНДШАФТНЫЕ РАЙОНЫ

\ pviП Поименныи ¥Ш% Дельтовыи

\ i..n " ландшафт ландшафт

Рисунок 1 - Ландшафтные районы Астраханской области.

Астраханская область включена в состав Южного Федерального округа вместе с Республикой Дагестан, Республикой Калмыкия, Краснодарским краем, Ростовской и Волгоградской областями.

Территория Астраханской области находится ниже уровня Мирового океана. Абсолютная отметка поверхности суши у побережья Каспийского моря равна -27 м ниже нуля Крондштадского поста.

Одним из главных почвообразующих факторов является климат региона. Он, как фактор почвообразования, оказывает разностороннее влияние на процессы почвообразования, а также свойства и режимы почв и почвенного покрова. Влияние климата на почвообразование выражается как непосредственно, обуславливая тепловой, биологический, водно-воздушный и геохимический режимы почв, так и опосредованно через иные компоненты биосферы: гидросферу, атмосферу, рельеф, почвообразующие породы и растительность [41]. Основными показателями климата, как фактора почвообразования, являются тепло- и влагообеспеченность территории.

Климат на территории региона резко континентальный, умеренный, с высокими температурами в летний период, низкими - в зимний, большими годовыми и суточными амплитудами температуры воздуха, недостаточным количеством осадков и высокой испаряемостью. Среднегодовая температура воздуха изменяется с юга на север от +10 °С до +8 °С. Самый холодный месяц -январь, средняя температура составляет -10...- 20 °С. Самая высокая средняя температура +35...+45 °С отмечается в июле. Годовая сумма осадков от 180 -200 мм на юге до 280 - 290 мм на севере области. Наибольшее количество осадков выпадает в период с апреля по июль. Летом ливневые дожди сопровождаются грозами, иногда с градом [161].

Факторами, влияющими на особенности климата Астраханской области, являются географическое положение, характер подстилающей поверхности (рельеф, растительность) и циркуляция воздушных масс.

В формировании климата важную роль играет положение области относительно Мирового океана и циркуляция воздушных масс. Расположение

дельты Волги в умеренных широтах обусловливает северо-западный и западный перенос воздушных масс, главным образом в виде циклонов, со стороны Атлантического океана. С приходом циклонов связано выпадение осадков, увеличение температуры в летний период и понижение ее зимой. Часто на территорию региона со стороны Северного Ледовитого океана приходят циклоны со Средиземного и Черного морей.

Положение региона на границе с азиатским материковым пространством влечет влияние Сибирского антициклона, для которого характерно малооблачное или безоблачное небо, высокое давление и небольшое количество осадков [202].

Поверхностные водные объекты представлены рекой Волгой, ее многочисленными рукавами, системой дельтовых и пойменных проток и ериков, а так же самым крупным замкнутым водоемом нашей планеты - Каспийским морем.

Важным кл