Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

CONTENTS CR IN SONG OF PINE FORESTS NEAR THE IRTISH RIVER IN SEMEY

Sibirkina A.R. 1
1 FSBEIVT Chelyabinskiy state university, Chelyabinsk
To count calculate list weakly studied pertains the question about cumulations heavy metal ground in concrete geographical zone and region. Within of pine forests near the Irtysh River in Semey sand, depending on particularities of the relief subdivide on flat and hills. It Is Installed that under investigation sand, being with low contents organic material and washed from carbonate on greater depth, not capable to active accumulation of chromium in them. The Contents of chromium in song of pine forests near the Irtysh River in Semey vastly below his (its) background importances for ground, less average contents in lithosphere and in ground. The Study of the rolling forms of chromium and their correlations to gross contents in ground, has allowed to refer studied sand to categories of background ground.
the Irtysh River in Semey
pine forests
ground
chromium
В настоящее время накоплен обширный материал о содержании и распределении химических элементов в породах, почвах, растениях и других объектах окружающей среды. Вместе с тем  к числу малоизученных относится вопрос об аккумуляции ТМ почвами в конкретных географических зонах и регионах. Изучение закономерностей распределения химических элементов в почвах представляет собой фундаментальную научную проблему, имеющую важное практическое значение для почвоведения, биогео- и агрохимии, экологии и др. наук.

Почва - специфический компонент биосферы, связующее звено между живой и неживой природой. На почвах оседает большая часть загрязнителей из аэральных потоков,  в том числе и тяжелые металлы (ТМ), к которым относится и хром. От количества и соотношения химических элементов в почвах во многом зависят их растительный покров, природный фон ТМ в почвах. В связи с этим изучение природных и антропогенных факторов, определяющих пространственное распределение ТМ в почвах, доступность их растениям, актуально (Сысо, 2004).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Уникальные сосновые боры Семипалатинского Прииртышья (СП) располагаются в ложбинах древнего стока, протягивающихся с юго-запада на северо-восток. Боровые ложбины сложены четвертичными песчаными отложениями и представляют собой бугристо-грядовые и грядово-ложбинные формы рельефа, существенно преобразованные эоловой деятельностью (Почвы..., 1959). В почвах ленточных боров исключается возмож­ность подзолообразования, а почвообразование протекает в направлении выщелачивания - осолодения. Почвы боровых  песков исследуемой территории свободны от легкорастворимых солей на большую глубину [10]. В пределах сосновых боров СП пески боровые, в зависимости от особенностей рельефа подразделяются на пески равнинные и бугристые.

Пески боровые равнинные характеризуются по механическому составу как образования рыхлопесчаные, содержащие в поверхностных горизонтах около 5 % час­тиц «физической глины». По гранулометрическому составу они представлены преимущественно фракцией мелкого пес­ка, в глубоких горизонтах местами обнаруживаются более тяжелые по механическому составу прослои, что свидетель­ствует о древнеаллювиальном происхождении этих песков. Имеют как морфологичес­кие, так и химические признаки осолодения, и им наиболее подходит генетическое название - лесостепные осолоде­лые рыхлопесчаные почвы [10].

Пески боровые бугристые закрепленные отличаются всхолмленным буг­ристым рельефом с довольно многочисленными замкнутыми депрессиями - котловинами выдувания. Относительные высоты бугров составляют 3-6 м, достигая 8 м. Почвообразующими породами служат также первоначально аллювиальные пески, но с поверхности, перевеянные на большую или меньшую глубину, в результате чего они от­личаются лучшей отсортированностью, меньшей пылеватостью и карбонатностью, а также более рыхлым сложени­ем. Грунтовые воды в основном пресные, залегают в боль­шинстве случаев глубоко (до 6-10 м) на буграх и значительно ближе к поверхности - в котловинах. Почвообразование здесь протекает так же, как и на боровых равнинных песках, но морфологические и хими­ческие свойства проявляются в ослабленной степени вслед­ствие более молодого возраста почв. Почвенный профиль отличается более слабой диффе­ренциацией на генетические горизонты, более глубоким вскипанием от соляной кислоты и более рыхлым сложе­нием [10].

Отбор проб проводили в летне-осенний  период (август - сентябрь) 2007 года на различных участках Семипалатинского равнинного и буг­ристого песчаных лесных районов: в окрестностях г. Семей с углублением в лес на 500-1500 м к западу и северо-западу от города, в Бескарагайском районе (в районах сел Долонь, Бегень и Сосновка), в Бородулихинском районе.

При отборе, транспортировке, хранении и подготовке проб почв для анализа были использованы методические указания, инструкции, опубликованные во многих научных работах и утвержденные в стандартах (Добровольский, 1999; Ринькис и др.,  1987).

Для определения валового содержания Cr бралась навеска почвы 10 г, которую озоляли в муфельной печи при t  450-500 °С в течение 5-8 часов. Полученную золу переводили в раствор ускоренным методом с применением   концентрированных минеральных кислот и перекиси водорода (Охрана ..., 1985). Всего было проанализировано 78 почвенных проб. Определение содержания гумуса проводили по методу Тюрина, физической глины - по методу Качинского, емкость поглощения - по методу Бобко - Аскинази в модификации Грабарова с окончанием по Айдиняну, рН водный - потенциометрически (Аринушкина , 1970; Лактионов, 1976; Метод ..., 1985; Охрана ..., 1985; Уваров и др., 2004).

С целью более полной агрохимической и экотоксикологической оценки почв в задачи эксперимента, наряду с валовым анализом, входило изучение подвижных форм Cr. Фракционирование осуществлялось из отдельных навесок почвы массой 5 г. Соотношение «почва : экстрагент» составляло 1:10, время экстракции - 1 час, после экстрагирования суспензии фильтровали и в фильтрате атомно-абсорбционным методом определяли содержание Cr. Были определены подвижные формы: кислоторастворимая (1н. раствор НСl), обменная (ацетатно-аммонийный буфер с рН 4,8),  водорастворимая (бидистиллированная вода).

Вклад техногенной составляющей в общее содержание химического элемента в почве можно оценить, используя экстракционный критерий, представляющий собой отношение содержания химического элемента в кислых вытяжках к их валовому содержанию, выраженное в процентах. В зависимости от физико-химических свойств и гранулометрического состава для фоновых почв это отношение составляет 5-20 %, а для техногеннозагрязненных - более 50 %. Вытяжка 1 н. раствором НСl является показательной для сравнительной характеристики уровня загрязнения почв и выявления наиболее загрязненных участков [1,2,7,8].

Для оценки уровня накопления Cr в почвах был рассчитан кларк концентрации (Кк), представляющий отношение содержания элемента в пробе почвы к его кларку в земной коре.

Полученные экспериментальные данные были обработаны вариационно-статистическими методами, описанными в учебнике Н. А. Плохинского с использованием программы Microsoft Excel (Плохинский, 1975).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Содержание общего хрома в почвах, а особенно в боровых песках соснового бора СП изучено недостаточно. Практически отсутствуют сведения о содержании его подвижной формы в почвах, которая определяет экологическую характеристику биогеосистемы. Известно, что органическое вещество в почвенных процессах выступает в роли аккумулирующего агента, обеспечивая биогенное накопление ТМ, и в то же время способствует миграции и перераспределению их по почвенному профилю [3]. Исследуемые боровые пески являются обедненным органическим веществом, слабогумусированными почвами (общее содержание гумуса составляет всего 0,7 %), не способными к активному накоплению в них ТМ. В то же время отмечается, что прямой корреляции между содержанием металлов в почвах и содержанием органического вещества, как правило, не наблюдается. Это связано с тем, что качественный состав гумуса разных почв неодинаков [4,5]. Пределы колебаний и среднее валовое содержание хрома в боровых бугристых и равнинных песках соснового бора представлены в таблице 1.

Таблица 1. Валовое содержание хрома в боровых песках (Апах, глубина 1-20 см), мг/кг

В совокупности боровых бугристых и равнинных песков, n=78

В боровых

бугристых

песках, n=48

 

В боровых

равнинных

песках, n=30

Фоновое содержание в почве [20]

19,86±1,13 (67,6)

8,93-28,42

21,56±1,25 (102,3)

13,76-25,95

18,87±1,11 (47,2)

8,93-28,42

60,0

Примечание. В таблицах в числителе - ±m , в знаменателе - min-max.

Сорбционная активность почв по отношению к ТМ определяется количеством содержащихся в ней карбонатов, на которых могут осаждаться металлы, входя в их структуру (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Исследованные боровые пески отличаются не­большим количеством карбонатов. Следовательно, боровые пески, являясь слабогумусированными и промытыми от карбонатов на большую глубину, не способны к активному накоплению в них Cr. Кларк общей концентрации хрома в литосфере 83 мг/кг, в почвах - 200,0 (Алексеенко, 2006). И как видно из таблицы 1, среднее содержание Cr в боровых песках соснового бора СП значительно меньше его фонового содержания в почве, кларка в литосфере и в почве. Рассчитанный кларк концентрации Cr (Кк = 0,2) свидетельствует о низкой аккумуляционной способности боровых песков к его соединениям.

Содержание Cr в боровых равнинных песках в 1,1 раза ниже, чем в бугристых песках. Различная сорбционная способность определяется их физико-химическим и морфологическим составом. Пески равнинных ленточных боров Прииртышья являются более древними, им характерны морфологичес­кие и химические признаки осолодения, в отличие от бугристых песков, отличающихся более слабой диффе­ренциацией на генетические горизонты, более глубоким вскипанием от соляной кислоты (еще более глубокое залегание карбонатов) и более рыхлым сложе­нием.

Для выявления обеспеченности почв химическими элементами для нормального роста и развития растений изучение валового их содержания в почвах является недостаточным и малоэффективным. Более важным и перспективным является исследование химических форм соединений  элементов, главным образом «подвижных» [9]. Растения усваивают подвижные формы элементов, активно вовлекая их в биогеохимический круговорот веществ. В таблице 2 отражена информация о содержании подвижных форм Cr. Как показали исследования, содержание подвижных форм Cr в боровых песках значительно ниже его ПДК для подвижной формы [6]. Соотношение подвижных форм Cr к его валовому содержанию, а, следовательно, и доступность для растений невелико и составляет 0,3 %. По отношению кислоторастворимой формы Cr к валовому содержанию, изученные пески относятся к категории фоновых почв.

Таблица 2. Вариационно-статистические показатели содержания подвижных форм хрома  в боровых песках (Апах, глубина 1-20 см), мг/кг

Кислоторастворимая

Обменная

Водорастворимая

ПДК для подвижной формы [6]

0,10±0,006(228,1)

0,02-0,84

0,06±0,003(44,9)

0,05-0,16

0,02±0,001(30,6)

0,01-0,03

6,0

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В пределах сосновых боров СП пески боровые в зависимости от особенностей рельефа подразделяются на пески равнинные и бугристые. Установлено, что исследуемые боровые пески, являясь слабогумусированными и промытыми от карбонатов на большую глубину, не способны к активному накоплению в них хрома. Содержание хрома в боровых песках соснового бора Семипалатинского Прииртышья значительно ниже его фоновых значений для почвы, меньше кларка в литосфере и в почве. Исследование подвижных форм хрома и их соотношения к валовому содержанию в почве  позволило отнести изученные пески к категории фоновых почв.

Рецензенты:

Лихачев С. Ф., д.б.н., профессор, декан факультета экологии Челябинского государственного университета, г.Челябинск.   

Сатаева А. Р., д.б.н., профессор, зав. кафедрой экологии и защиты окружающей среды Семипалатинского государственного университета имени Шакарима, г. Семей.