Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

СОДЕРЖАНИЕ CR В ПЕСКАХ СОСНОВОГО БОРА СЕМИПАЛАТИНСКОГО ПРИИРТЫШЬЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Сибиркина А.Р. 1
1 ФГБОУ ВПО Челябинский государственный университет, Челябинск
К числу слабо изученных относится вопрос об аккумуляции тяжелых металлов почвами в конкретных географических зонах и регионах. 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.
Семипалатинское Прииртышье
сосновый бор
почвы
хром
1. Ладонин Д. В. Влияние техногенного загрязнения на фракционный состав меди и цинка в почвах // Почвоведение. 1995. № 10. С. 1299-1305.
2. Ладонин Д. В. Соединения тяжелых металлов в почвах – проблемы и методы изучения // Почвоведение. 2002. № 6. С. 682-692.
3. Панин М. С. Формы соединений тяжелых металлов в почвах средней полосы Восточного Казахстана (фоновый уровень). Семипалатинск: ГУ «Семей», 1999. 329 с.
4. Пинский Д. Л. Формы соединения цинка и кадмия в естественных и загрязненных почвах. Цинк и кадмий в окружающей среде. М.: Наука, 1992. С. 74-83.
5. Плеханова И. О. Экстракционные методы изучения состояния тяжелых металлов в почвах и их сравнительная оценка. / И. О. Плеханова, В. А. Бамбушева // Почвоведение. 2010. №9. С. 1081-1088.
6. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве (ПДК). ГН 2.1.7.2041-06. – введ.. 2006-01.23. М., 2006. 10 с.
7. Решетников С. И. Формы соединений меди в загрязненных и фоновых дерново-подзолистых почвах. // Биологические науки. 1990. № 4. С. 114-123.
8. Садовникова Л. К. Физические и химические методы исследования почв. / Л. К. Садовникова, Д. В. Ладонин / Под. ред. Д. С. Орлова и А. Д. Воронина. М., 1994. С. 130-141.
9. Сиромля Т. И. К вопросу о подвижных формах соединений химических элементов в почвах // Сиб. экол. журн. 2009. № 2. С. 307-318.
10. Соколов А. А. Природные зоны Казахстана // Агрохимическая характеристика почв СССР. Казахстан и Челябинская область. М.: Наука, 1968. Т.8. С. 9-24.
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.


Библиографическая ссылка

Сибиркина А.Р. СОДЕРЖАНИЕ CR В ПЕСКАХ СОСНОВОГО БОРА СЕМИПАЛАТИНСКОГО ПРИИРТЫШЬЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=6477 (дата обращения: 25.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074