Введение
Для оценки экологического состояния почв необходимо определение содержания тяжёлых металлов и мышьяка. Исследование содержания тяжёлых металлов в почвах Вьетнама проводили в основном в городах, промышленных и сельскохозяйственных районах [6, 7, 9].
Национальный парк Кат Тьен расположен в южной части Вьетнама, в зоне тропического муссонного климата. Почвы национального парка Кат Тьен сформированы на базальтовых отложениях и глинистых сланцах. В качестве объектов были выбраны участки, отличные по видовому составу растительных сообществ, положению в рельефе и типам почв [4].
Исследования, проведенные в Парке ранее, в основном посвящены описанию разнообразия флоры и фауны. А почвенный покров изучен мало. До настоящего времени мы не нашли публикации, содержащие данные о тяжёлых металлах в почвах парка Кат Тьен. Есть сведения только об их концентрации в почвах окрестностей Парка [3, 5]. Нами проведены анализы по определению содержания в разных типах почв Парка Zn, Pb и As.
Материалы, объекты и методы
Фам Ким Фыонг с соавторами (2011) исследовали содержание тяжелых металлов (Cr, Pb, As, Cu и Zn) в серой флювисоли мангрового леса Кан Жо (окрестности г. Хошимин). Максимальное содержание составляет: Zn - 97,9 мг/кг; Pb - 21,6 мг/кг и As - 13,9 мг/кг [7]. Тьан Конг Тау и Тьан Конг Хань (1998) опубликовали данные о содержании Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb и Zn в верхнем слое почв (0 - 20 см), в том числе и в ферраллитной на базальте Центральной части Вьетнама. По их данным содержание Pb составляет 9 мг/кг и Zn - 81 мг/кг [9]. В почвах под плантациями кофе в провинции Ламдонг (ферраллитная на базальте) доля Pb и Zn составляет соответственно 11 и 80 мг/кг, а в почве, занятой плантациями каучука в провинции Жалай (лювисоли на базальте), - 11 и 105 мг/кг [6].
Виноградов А.П. предложил кларк свинца, равный 10 мг/кг, цинка: 10 мг/кг и мышьяка: 5 мг/кг [2]. Зыонг Х. Б. (1999) исследовала валовое содержание цинка в различных типах почв Центральной части Южного Вьетнама [3].
Основным источником цинка в почвах служат почвообразующие породы. В базальтовых породах их концентрация достигает 130 мг/кг [3].
Приуроченность к определенным геоморфологическим условиям выявлена и сказывается в том, что в бурой ферраллитной ненасыщенной тяжелосуглинистой почве и акваземе слитом глеенном типичном насыщенном глинистом горно-холмистой территории содержание цинка вдвое больше, чем таковое в почвах на выровненных элементах (179-208 мг/кг и 72-157 мг/кг) [3]. Эти величины согласуется с данными, полученными нами.
Существующие нормативы для оценки аккумуляции химических элементов в почвах России приведены в таблице 1. Нормативы содержания поллютантов в почвах Вьетнама приведены в Национальном техническом Положении о допустимых пределах тяжелых металлов (таблица 2).
Таблица 1. Нормативы тяжелых металлов в почвах России, мг/кг
|
Элемент |
Кларк |
ПДК |
ОДК |
||
|
Песчаные и супесчаные почвы |
Кислые (суглинистые, глинистые) |
Нейтральные и близкие к нейтральным (суглинистые, глинистые) |
|||
|
Pb |
10 |
32 |
32 |
65 |
130 |
|
Zn |
50 |
23 |
55 |
110 |
220 |
|
As |
5 |
2 |
2 |
5 |
10 |
(ГН 2.1.7.2041-06: предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве; ГН 2.1.7.2042-06: ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве).
Таблица 2. Допустимые пределы тяжелых металлов в разных почвах - ПДК Вьетнама, мг/кг [8]
|
Элементы |
Агроценоз |
Лес |
Малонаселённые зоны |
Промышленные зоны |
|
Pb |
70 |
100 |
120 |
300 |
|
Zn |
200 |
200 |
200 |
300 |
|
As |
12 |
12 |
12 |
12 |
Из анализа данных, приведенных в таблицах 1 и 2, видно, что ПДК для тяжелых металлов в почвах Вьетнама значительно превышают нормативы, принятые для почв России.
Объекты исследования
- Лагерстремия верхняя (ЛВ), ферраллитная почва на базальтовых отложениях. 18.06.2013. Удален от Административного центра Парка на 1 км в северо-западном направлении. Пологий участок, транзитный элемент ландшафта, микрорельеф с небольшими понижениями. Смешанный лес. Главные лесообразующие породы: Lagerstroemia calyculata Kurz с примесью Tetrameles nudiflora. Общее покрытие почвы травянистыми растениями не более 10 %. Обилие сухих веток. На поверхности крупные камни, покрытые мхом.
Визуально конкреционные формы Fe-Mn не просматриваются. Их наличие определили только при проведении камеральных работ, подготовке почв к анализу.
- Лагерстремия нижняя (ЛН), ферраллитная оглеенная почва на базальтовых отложениях. 18.06.2013. Общий рельеф участка - понижения до 2 м (расположена на расстоянии 0,9 км от Административного центра Парка в северо-западном направлении). Выровненная площадка немного ниже вершины каменной гряды. Пологий участок, аккумулятивный элемент ландшафта, микрорельеф с небольшими понижениями. Смешанный лес. Во влажный сезон признаки оглеения проявляются в нижней части профиля. Главные лесообразующие породы: L. calyculata с примесью T. nudiflora. Опад листьев нынешнего года (меньше, чем на верхней). Очевидных признаков оглеения нет. Проективное покрытие травянистой растительности менее 1 %.
- Фикус (Ф), ферраллитная почва на базальтовых отложениях. 19.06.2013. Удален от Административного центра Парка на 2,5 км в северо-западном направлении. Проективное покрытие травянистой растительности 2-3 %. Слой свежего и прошлогоднего опада мощностью до 5 см. Камни. Пологий участок, микрорельеф с небольшими понижениями. Смешанный двухярусный лес. Главные лесообразующие породы: Ficus sp., L. calyculata, Dalbergia multiflora Prain.
- Афзелия (А), бурая ферраллитная почва на базальтовых отложениях. 19.06.13. Удален от Административного центра Парка на 500 м в северо-западном направлении. Пологий участок, микрорельеф с небольшими понижениями. Смешанный лес. Главные лесообразующие породы: Afzelia xylocarpa (Kurz), Craib, L. calyculata, Ficus sp.
- Лагерстремия Вышки (ЛВК), бурая ферраллитная почва на базальтовых отложениях. 19.06.2013. Удален от Административного центра Парка на 4 км в северо-западном направлении. Полидоминантный лес: L. calyculata, с примесью A. xylocarpa и T. nudiflora. Проективное покрытие травянистой растительности около 2 %. Крупные камни, покрытые мхом. Ровный участок трехярусного тропического леса, на поверхности почвы опад этого года, много веток, камни, валуны, термитники.
- Диптерокарпус на гряде (ДГ), красно-жёлтая на глинистых сланцах. 30.7.2013. Удален от Административного центра Парка на 4 км в северо-восточном направлении. Гряда, высотой 20-25 м, образованная сильно вогнутыми вверх глинистыми сланцами. Муссонный тропический двухярусный лес, в первом подъярусе преобладает Dipterocarpus alatus Roxb. ex G.Don, во втором подъярусе - пальмы, бамбуки. Проективное покрытие травянистой растительности около 50 %.
Отбор образцов
Мониторинговые площадки были заложены ранее в 2009 году на различных типах почв научными сотрудниками Тропического центра. На исследуемых площадках нами было заложено шесть почвенных разрезов, проведено морфологическое описание почвенного профиля и взяты пробы почв на анализ из каждого генетического горизонта.
Подготовка почв к анализу
Предварительно удаляли из почвы корни, веткой и листья. Затем измельчали в фарфоровой ступке, просеивали через сито диаметром 1 мм. Хранили почвенные образцы в прохладном темном месте. Подготовку почв к анализу проводили по методу «EPA 3050B» [10]. Анализ образцов на содержание в них тяжёлых металлов проводили на атомно-абсорбционном спектрометре AA-6800 (Shimadzu, Япония) в Лаборатории Центра экологических технологий (Институт экологических технологий, г. Хошимин, Вьетнам).
Результаты и обсуждение
Результаты анализов на содержание тяжелых металлов в почвах национального парка Кат Тьен приведены в таблице 3.
Таблица 3. Содержание химических элементов в почвах, мг/кг
|
Объект, тип почвы |
Горизонт |
Pb |
Zn |
As |
|
Лагерстремия верхняя, ферраллитная почва на базальтовых отложениях |
А |
3,8 |
160 |
1,8 |
|
В |
4,7 |
167 |
1,9 |
|
|
Лагерстремия нижняя, ферраллитная оглеенная почва на базальтовых отложениях |
A |
4,4 |
170 |
нет |
|
B |
3,7 |
194 |
нет |
|
|
BC |
4,8 |
127 |
2,4 |
|
|
Фикус, ферраллитная почва на базальтовых отложениях |
A |
4,0 |
168 |
2,3 |
|
B |
5,3 |
210 |
4,5 |
|
|
BC |
3,9 |
160 |
2,8 |
|
|
Афзелия, бурая ферраллитная почва на базальтовых отложениях |
A |
3,3 |
146 |
1,8 |
|
B |
3,6 |
167 |
1,3 |
|
|
BC |
2,6 |
177 |
2,7 |
|
|
Лагерстремия Вышки, бурая ферраллитная почва на базальтовых отложениях |
A |
3,0 |
173 |
1,2 |
|
B |
2,3 |
161 |
1,6 |
|
|
Диптерокарпус, красно-жёлтая почва на глинистых сланцах |
A |
11,0 |
51,0 |
9,3 |
|
B |
9,7 |
53,7 |
18,9 |
|
|
BC |
9,5 |
52,5 |
8,9 |
|
|
C |
11,4 |
64,6 |
22,9 |
Цинк. Из анализа таблицы 3 очевидно превышение установленных нормативов (ПДК, ОДК, кларка) для цинка. Максимальное его содержание в ферраллитной почве под фикусом находится в интервале 160-210 мг/кг, минимальное - в красно-жёлтой почве на сланцах (51- 64,6 мг/кг).
Свинец. Его концентрация значительно ниже установленных нормативов. Максимальная концентрация в красно-жёлтой почве (9,5-11,4 мг/кг), наименьшая - в бурой ферраллитной почве (ЛВК, 2,3-3,0 мг/кг).
Мышьяк. Наибольшая его доля в профиле красно-жёлтой почве на сланцах (8,9-22,9 мг/кг), что значительно превышает ПДК и ОДК российских и вьетнамских стандартов. Минимальное содержание мышьяка в бурой ферраллитной почве (ЛВК) 1,2-1,6 мг/кг. Не выявлено его наличие в верхней части профиля ферраллитной оглеенной почвы (ЛН).
Отмечено незначительное превышение ПДК по Российским стандартам в профиле ферраллитной почвы под фикусом (2,3-4,5 мг/кг) и в горизонтах ВС бурой ферраллитной почвы под афзелией (2,7 мг/кг) и ферраллитной оглеенной почвы (ЛН, 2,4 мг/кг).
Особенности накопления мышьяка рассмотрены нами ранее. Накопление мышьяка помимо внешних причин (наличие источников загрязнения) может быть вызвано его химическими свойствами, возможностью изменять аллотропную форму (приспосабливаться) при колебаниях окислительно-восстановительных условий [1].
Диапазон изменения содержания валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в исследуемых почвах указан в таблице 4.
Таблица 4. Диапазон содержания химических элементов в исследуемых почвах, мг/кг
|
Почва |
Max |
Элемент |
Min |
Почва |
|
Красно-жёлтая на сланцах (ДГ) |
11,4 |
Pb |
2,3 |
Бурая ферраллитная (ЛВК) |
|
Ферраллитная (Ф) |
210 |
Zn |
51 |
Красно-жёлтая на сланцах (ДГ) |
|
Красно-жёлтая на сланцах (ДГ) |
22,9 |
As |
1,2 |
Бурая ферраллитная (ЛВК) |
Из анализа таблицы 4 очевиден широкий диапазон колебания исследуемых элементов. Наиболее обогащена свинцом и мышьяком красно-жёлтая почва на осадочных породах - глинистых сланцах, обеднена свинцом и мышьяком - бурая ферраллитная почва (ЛВК). Автономный элемент ландшафта, на котором она сформирована, способствует выносу из него в подчиненные элементы ландшафта продуктов почвообразования.
Превышение ПДК мышьяка можно объяснить тем, что занижена величина ПДК (2 мг/кг), она явно ниже кларка (5 мг/кг). По нормативам, принятым во Вьетнаме доля мышьяка не выходит за пределы ПДК (12 мг/кг).
Содержание свинца в почвах парка Кат Тьен соответствует диапазону его колебаний в почвах, исследованных другими авторами ранее (Зыонг Хоанг Бик, 1999; Фам Ким Фыонг с соавторами, 2011; Тьан Конг Тау и Тьан Конг Хань, 1998), а доля цинка значительно превышает, что может служить провинциальной особенностью обследованных почв парка.
Провинциальными особенностями почв является обеднение свинцом и накопление цинка в почвах, сформированных на базальтовых отложениях. Более высокое содержание свинца и мышьяка и обеднение цинком характерно для красно-жёлтой почвы, причиной может быть, на наш взгляд, результат их формирования на осадочной породе - сланцах. Информативными показателями состояния исследуемых почв может служить содержание цинка.
Выводы
1. Концентрация цинка превышает установленные нормативы (ПДК, ОДК, кларк). Максимальное его содержание в ферраллитной почве под фикусом (160-210 мг/кг), минимальное - в красно-жёлтой почве на сланцах (51- 64,6 мг/кг).
2. Наибольшая доля мышьяка в профиле красно-жёлтой почвы на сланцах (8,9-22,9 мг/кг), что значительно превышает ПДК и ОДК. Минимальное содержание мышьяка в бурой ферраллитной почве (ЛВК) 1,2-1,6 мг/кг. Не выявлено его наличие в верхней части профиля ферраллитной оглеенной почвы (ЛН). Отмечено незначительное превышение ПДК в профиле ферраллитной почвы под фикусом (2,3-4,5 мг/кг) и в горизонтах ВС бурой ферраллитной почвы под афзелией (2,7 мг/кг) и ферраллитной оглеенной почвы (ЛН, 2,4 мг/кг).
3. Концентрация свинца значительно ниже установленных нормативов. Максимальное накопление элемента установлено в красно-жёлтой почве (9,5-11,4 мг/кг), наименьшее - в бурой ферраллитной почве (ЛВК, 2,3-3,0 мг/кг).
4. Провинциальными особенностями почв является обеднение свинцом и накопление цинка в почвах, сформированных на базальтовых отложениях.
6. Информативными показателями состояния исследуемых почв может служить содержание цинка.
Авторы выражают глубокую признательность всем сотрудникам Российско-вьетнамского Тропического центра и Национального парка Кат Тьен за неизменную помощь в работе.
Рецензенты:
Егорова Г.С., д.с.-х.н., профессор, зав. кафедрой почвоведения и общей биологии, декан агрономического факультета Волгоградского государственного аграрного университета, г. Волгоград.
Дронова Т.Н., д.с.-х.н., профессор, зам. директора по координации НИР межведомственных программ ГНУ ВНИИОЗ РАСХН, г. Волгоград.