Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Азаренко Ю.А. 1

---

1 Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

Представлены данные о содержании подвижного бора и легкорастворимых солей в почвах геохимически сопряженных ландшафтов гривно-приболотного комплекса лесостепи Ишим-Иртышской равнины Омской области. Лугово-черноземные почвы элювиальных и трансэлювиальных ландшафтов характеризовались отсутствием засоления и нормальным содержанием бора (1,0-2,1 мг/кг в гумусовых горизонтах). В почвах трансаккумулятивных ландшафтов (луговой карбонатной, солонце черноземно-луговом, лугово-болотной перегнойной) содержание солей возрастало до средней степени засоления, концентрации бора достигали избыточного для растений уровня: от 4,1-10 мг/кг в верхних горизонтах до 11,1-14,3 мг/кг в срединных и нижних горизонтах. Установлена корреляционная зависимость между содержанием в почвах подвижного бора и легкорастворимых солей (r = 0,56 ± 0,14, n = 26) и рН (0,69 ± 0,13). Содержание бора в растениях зависело от их биологических особенностей. Концентрации элемента в растениях семейств Fabaceae, Asteraceae, Scrophulariaceae, Rubiaceae составляли 39-47,8 мг/кг, Poaceae – 0,35-6,9 мг/кг. Концентрации элемента в растениях в фазу цветения, колошения на почвах с борным засолением не превышали ориентировочно допустимый уровень бора в растительном корме. Соотношение Са:В в растениях не достигали токсического уровня и составляли 381-2000 в органах культур семейства мятликовые и 171,8-318,3 в растениях других семейств.

Статья в формате PDF

157 KB

бор

почвы

растения

легкорастворимые соли

геохимически сопряженные ландшафты

1. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4th Edition. / A. Kabata-Pendias. – Boca Raton, FL: CRC Press, 2010. – 548 p.

2. Nielsen F.H. Boron in human and animal nutrition / F. H. Nielsen // Plant and Soil. – 1997. – Vol. 193. – Р. 199-208.

3. Shaaban M.M. Role of boron in plant nutrition and human health / M.M. Shaaban // American Journal of Plant Physiology. – 2010. – № 5(5). – P. 224-240.

4. Boron toxicity / R.O. Nable, G.S. Banuelos, J. G. Paull // Plant and Soil. – 1997. – Vol. 193. – Р. 181-198.

5. Сысо А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири / А.И. Сысо. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. – 277с.

6. Ильин В.Б. О некоторых вопросах биогеохимии на юге Западной Сибири / Б.Б. Ильин, А.И. Сысо, Г.А. Конарбаева, Ю.В. Ермолов // Сибирский экологический журнал. – 2007. – №5. – С. 753-763.

7. Азаренко Ю.А. Содержание бора в почвах солонцовых комплексов Омского Прииртышья и бороустойчивость растений / Ю.А. Азаренко // Почвоведение. – 2007. – № 5. – С. 562-573.

8. Азаренко Ю.А. Закономерности содержания, распределения, взаимосвязей микроэлементов в системе почва-растение в условиях юга Западной Сибири: монография / Ю.А. Азаренко. – Омск: Вариант-Омск, 2013. – 232 с.

9. Кашин В.К. Бор в почвах и растениях Забайкалья / В.К. Кашин // Почвоведение. – 2012. – № 4. – С. 421-428.

10. Кашин В.К. Особенности накопления микроэлементов в зерне пшеницы в Западном Забайкалье / В.К. Кашин, Л.Л. Убугунов // Агрохимия. – 2012. – № 4. – С. 68-76.

11. Орлова Э.Д. Влияние повышенных концентраций бора на продуктивность и химический состав растений / Э.Д. Орлова, А.А. Неупокоев // Агрохимия. – 1990. – № 12. – С. 44-52.

Химический элемент бор относится к числу жизненно необходимых микроэлементов, участвующих в выполнении важных физиологических функций в организме растений, животных и человека. Источником поступления бора в пищевые цепи является почва.  Как дефицит, так и избыток элемента в ней оказывает неблагоприятное влияние на живые организмы. При этом содержание бора в почвенном покрове разных регионов очень контрастное, что связано с геохимическими особенностями элемента, в первую очередь с довольно высокой растворимостью ряда его соединений [1-4].

Юг Западной Сибири представляет территорию с высоким содержанием бора в почвах и других компонентах ландшафта [5,6].   Наиболее высокие концентрации подвижной формы элемента (4,7–34 мг/кг) находятся в засоленных и солонцовых почвах, широко распространенных в почвенном покрове региона [7,8]. Это создает опасность повышенного поступления бора в растения, проявления эндемических заболеваний животных, снижения урожая и качества сельскохозяйственных культур. В связи с актуальностью проблемы борного засоления почв на юге Западной Сибири возникает необходимость более детального изучения содержания и распределения элемента в компонентах типичных ландшафтов, связанных в единую геохимическую систему.

Целью наших исследований явилось установление закономерностей распределения концентраций бора в почвах и растениях геохимически сопряженных ландшафтов ключевого участка Ишим-Иртышского междуречья.

Объекты и методы исследования

Исследования проводили на территории Малиновского стационара (с. Малиновка Тюкалинского района Омской области), расположенного в центральной лесостепи Ишим-Иртышской неогеновой озерно-аллювиальной равнины. Объектом исследования являлись почвы сопряженных элементарных геохимических ландшафтов (ЭГЛ), расположенных по линии профиля от вершины гривного повышения через ее склон до приболотного понижения и болота.

Почвенно-геохимическая катена в пределах элементов рельефа грива – склон гривы – приболотное понижение включала сопряженный ряд почв разной степени гидроморфности, засоления и осолонцевания. На плоской поверхности гривы (элювиальный ЭГЛ) сформировалась лугово-черноземная маломощная среднегумусовая почва. Трансэлювиальные позиции ландшафта также заняты лугово-черноземными почвами: среднемощной среднегумусовой в верхней части и солонцеватой маломощной среднегумусовой в средней части склона. Нижнюю треть склона занимают черноземно-луговая карбонатная среднемощная почва и солонец черноземно-луговой сульфатно-содовый натриевый слабозасоленный мелкий малонатриевый столбчатый (трансаккумулятивный ЭГЛ).  Супераквальный ЭГЛ, расположенный в приболотном понижении, представлен лугово-болотной перегнойной почвой. Все почвы имели тяжелосуглинистый гранулометрический состав. Лугово-черноземные почвы и черноземно-луговая почва склона гривы были распаханы, остальные почвы находились в целинном состоянии.

На перечисленных формах рельефа закладывали разрезы, полуямы и прикопки, из которых отбирали образцы по генетическим горизонтам почв. Одновременно отбирали пробы растений, а также грунтовых вод из скважин. В почвенных образцах определяли солевой состав водной вытяжки, pH водной суспензии потенциометрическим методом, подвижный бор по Бергеру и Труогу в модификации ЦИНАО колориметрическим методом c азометином-Н. В растительных образцах бор определяли аналогично после сухого озоления при температуре 550 °С, кальций трилонометрическим методом с флуорексоном.

Результаты исследований и их обсуждение

В результате исследований было установлено, что рельеф играет существенную роль в формировании почв ключевого участка стационара, в частности, влияет на распределение солей и бора в почвах. Почвы, расположенные в разных ЭГЛ, имели неодинаковые свойства и режимы. Содержание гумуса изменялось от 6,99–8,30 % в лугово-черноземных почвах до 4,82 % в черноземно-луговой. В лугово-болотной перегнойной почве содержание углерода органического вещества составляло 17,37 %.

 Лугово-черноземная почва элювиального ЭГЛ имела нейтральную или близкую к нейтральной реакцию среды в верхних горизонтах, изменяющуюся в карбонатных срединных горизонтах и почвообразующей породе на щелочную. Весь почвенный профиль характеризовался отсутствием засоления легкорастворимыми солями (табл. 1). Содержание подвижного бора в верхнем гумусово-аккумулятивном горизонте почвы высокое (1,7–1,9 мг/кг) и в целом не отличалось от черноземных почв юга Западной Сибири [5,8].  В нижней части почвенного профиля аккумуляция соединений микроэлемента усиливалась, концентрация его достигала уровня борного засоления. Распределение подвижного бора по профилю почвы контрастное, коэффициент радиальной дифференциации R, рассчитанный как отношение содержания элемента в генетическом горизонте к содержанию его в почвообразующей породе, изменяется в пределах от 0,22–0,25 в верхних горизонтах до 0,52–0,55 в нижней части горизонтов В.

Профиль пахотных лугово-черноземных почв трансэлювиальных ЭГЛ отличался отсутствием солей до горизонтов В₁, В₂. Уровень содержания бора в почвах различался. В лугово-черноземной почве верхней трети склона гривы при содержании элемента в пахотном горизонте, близком к почве элювиального ЭГЛ, отмечалось снижение концентраций элемента в горизонтах АВ и В в 1,6–2,1 раза за счет процессов элювиального выноса, а также латерального переноса вещества вниз по склону. В лугово-черноземной почве нижней трети склона, напротив, проявлялись процессы аккумуляции соединений элемента, в результате чего концентрация бора с верхнего горизонта значительно увеличивалась.

Таблица 1

Содержание легкорастворимых солей и подвижного бора в почвах геохимически сопряженных ландшафтов Малиновского стационара Тюкалинского района Омской области

В гидроморфных трансаккумулятивных ландшафтах приболотного пояса почвенно-геохимическая обстановка существенно изменяется. В условиях непромывного и выпотного водного режима при постоянной связи с почвенно-грунтовыми водами в понижении рельефа усиливается аккумуляция легкорастворимых солей и подвижных соединений бора до избыточного для растений уровня (более 5 мг/кг).

Максимальное содержание солей находилось в профиле солонца мелкого. Степень засоления изменялась от слабой и средней в верхней и срединной частях профиля до сильной в почвообразующей породе. Одновременно с накоплением солей происходило значительное возрастание содержания бора. Радиальное распределение соединений элемента по профилю солонца неравномерное. Минимальное содержание его находится в гумусово-элювиальном надсолонцовом горизонте (R = 0,34), максимум концентраций элемента приходится на иллювиальные подсолонцовые горизонты (R = 1,2), играющие роль физико-химического и механического барьеров.

Избыточные концентрации подвижного бора находились в профиле черноземно-луговой карбонатной почвы. В лугово-болотной почве приболотного понижения легкорастворимые соли и соединения бора накапливались с поверхностным и внутрипочвенным стоком в верхнем горизонте Аg. Однако высокое содержание микроэлемента в нем, по-видимому, связано не только с накоплением его за счет переноса с повышенных позиций рельефа, но и с высоким содержанием борорганических соединений в составе перегнойно-гумусового горизонта.

Таким образом, в почвах геохимически сопряженных ландшафтов гривно-приболотных комплексов Ишим-Иртышского междуречья выявлена взаимосвязь миграции легкорастворимых солей и бора. Между содержанием подвижного бора и легкорастворимых солей выявлена существенная корреляционная зависимость (r = 0,56 ± 0,14, n = 26), однако она была средней, что объясняется различиями миграционной и сорбционной способности сульфатов, гидрокарбонатов и боратов. Кроме количества солей, значительное влияние на уровень концентраций микроэлемента в почвах оказывала реакция среды (r = 0,69 ± 0,13), так как увеличение щелочности приводит к усилению растворимости его соединений.

Значительную роль в почвообразовании рассматриваемой территории играют грунтовые воды, расположенные под лугово-черноземными почвами на глубине 3–3,5 м, под луговой почвой и солонцом на глубине 2,4–2,6 м. Анализ данных показал, что с продвижением от вершины гривы к приболотному понижению одновременно возрастала концентрация бора в грунтовых водах от 0,12–0,14 под лугово-черноземной почвой до 0,16–0,35 под луговой и 0,44–0,62 мг/л под солонцом. Рассчитанные значения коэффициента водной миграции (КВМ) элемента в грунтовых водах составляли 1,09 для солонца, 2,39 для лугово-черноземных почв, 5,59 – черноземно-луговой почвы и характеризовали его как легкоподвижный водный мигрант, что соответствует общим представлениям о геохимии бора.

Бор является элементом с высоким потенциалом поступления в растения. Поэтому на почвах с борным засолением существует опасность повышенного поступления элемента в биомассу растений и, соответственно, в пищевые цепи. На избыточное содержание бора в естественной растительности сенокосов и пастбищ Барабинской равнины, особенно межгривных понижений, сообщалось в работах [5,6]. Значения ПДК для бора в растительных кормах не установлены. По Ковальскому В.В. (1974), содержание бора в рационе выше 60 мг/кг является избыточным и может вызвать борные энтериты у животных. Согласно данным Башкина В.Н. и др. (1993), нормальное содержание элемента в растительной массе составляет 1–30 мг/кг (цит. по [8]). Следует, однако, отметить, что данная величина является ориентировочной и многие растения на почвах с нормальным содержанием бора в почве имеют высокий уровень содержания элемента в силу физиологических потребностей.       

В исследованных нами растениях предел экологической нормы, по Ковальскому В.В., превышен не был. Концентрации элемента в растениях в первую очередь зависели от их биологических особенностей. Наиболее высокие концентрации бора (39–47,8 мг/кг) находились в растениях семейств бобовые (Fabaceae), сложноцветные (Asteraceae), норичниковые (Scrophulariaceae), мареновые (Rubiaceae). Значительно меньше микроэлемента находилось в биомассе растений семейства мятликовые (Poaceae). Среди них больше элемента находилось в надземной массе костреца безостого (6,9 мг/кг), наиболее низкие концентрации обнаружены в пшенице (табл. 2).

Таблица 2

Содержание бора и кальция в растениях

на почвах геохимически сопряженных ландшафтов

Примечание. Растения отбирали в фазу цветения, пшеницу – в фазу колошения.

Аналогичные закономерности содержания бора в растениях разных семейств установлены для других регионов [1,6,9]. Распределение бора по органам пшеницы неравномерное: содержание его в стеблях в 1,4–5,3 раза выше, чем в колосьях, что свидетельствует о проявлении барьерного типа поглощения элемента, для которого характерно накопление его в вегетативных органах в более высоких концентрациях, чем в генеративных. Аналогичный тип распределения бора в пшенице отмечен для условий Западного Забайкалья [10]. Содержание бора в растениях слабо зависело от концентрации его подвижной формы в почве. Отмечено лишь небольшое увеличение содержания микроэлемента в стеблях пшеницы на солонце. Однако, в целом, уровень содержания бора в культуре был очень низким, несмотря на высокие концентрации подвижных соединений элемента в почвах. В то же время имеются данные о том, что содержание бора в органах культуры при борном засолении или загрязнении почв может достигать очень высоких уровней. Так, в опытах Орловой Э.Д. содержание микроэлемента в надземной массе пшеницы в возрасте 30 дней при внесении в почву доз бора 5–15 мг/кг возрастало до 211–510 мг/кг [11]. При орошении пшеницы водой с содержанием элемента 5 мг/л содержание его в тканях культуры достигало 701 мг/кг [4]. По нашему мнению, причиной низкого уровня содержания микроэлемента в растениях пшеницы на засоленных бором почвах является антагонизм с ионами легкорастворимых солей, присутствующих в почвенном растворе засоленных почв, что подтверждено нами в вегетационных опытах [8].

Потребность в боре и уровень его содержания в тканях растений зависит от концентрации в них Са. Известно, что нормальное развитие растений происходит при определенном соотношении этих элементов. В условиях избытка бора в среде отношение Са:В в органах растений снижается, что является одним из признаков проявления борного токсикоза. Исследованиями, проведенными нами ранее, установлено, что урожайность мятликовых культур в фазе колошения существенно снижалась при величине соотношения Са:В в надземной массе ячменя < 40,  в костреце безостом < 210 [8]. Судя по этим данным, можно сделать ориентировочный вывод о том, что соотношение элементов в надземной массе исследованных мятликовых растений не выходит за пределы нормальных значений.   

Заключение

Таким образом, в почвах геохимически сопряженных ландшафтов гривно-приболотного комплекса лесостепи Ишим-Иртышской равнины наблюдается четкая дифференциация содержания бора и легкорастворимых солей. Почвы элювиальных и трансэлювиальных ЭГЛ характеризуются отсутствием засоления и нормальным содержанием бора. С продвижением от гривного повышения к приболотному понижению наблюдается возрастание содержания в почвах солей и бора. В трансаккумулятивном и супераквальном аккумулятивном ЭГЛ степень засоления увеличивается до средней, в почвообразующей породе солонца до сильной. Почвам данных ЭГЛ присущи признаки борного засоления. Перераспределение содержания легкорастворимых солей и подвижных соединений микроэлемента происходит за счет их радиальной внутрипрофильной и латеральной миграции. Установлена существенная связь концентраций подвижного бора, легкорастворимых солей и величины рН в почвах. Уровень содержания бора в растениях, произрастающих на почвах геохимически сопряженных ЭГЛ, в первую очередь определялся их физиологическими потребностями и слабо зависел от концентрации подвижного бора в почве. В условиях борного засоления почв содержание микроэлемента в растениях в фазе цветения-колошения не достигало токсического для животных уровня. Соотношение Са:В в надземной массе растений не выходило за пределы нормы.

Библиографическая ссылка