Ni, Cr, Pb в гидроморфных почвах Терско-Сулакской подпровинции Дагестана

Почвенный покров является основной составляющей биосферы, поскольку является субстратом для обитания подавляющего большинства живых существ. Важнейшее значение почв заключается в аккумулировании энергии, гумуса, химических элементов. Выполняя средообразующие функции, почва влияет на химический состав воздуха, атмосферных осадков и подземных вод, определяет макрои микроэлементный химический состав произрастающих на ней растений, выступает универсальным физико-химическим и биологическим адсорбентом, поставщиком и регулятором содержания углекислого газа, кислорода и азота в воздухе [3, 10].

Если почва как важнейшая составляющая биосферы будет деградирована, вследствие небрежного отношения к ней, то сформировавшееся устойчивое функционирование биосферы будет необратимо нарушено [4,5]. почва гумус никель свинец Химические элементы поступают в живые организмы по трофической цепи: почва — растение — животное — человек. Человек в данной ситуации получает их как с животной, так и с растительной пищей.

Почвы по-разному концентрируют химические элементы и их соединения. Среди них одни необходимы для живых существ (биофильные элементы и физиологически-активные вещества), а другие являются токсичными или вредными (тяжелые металлы, токсичные соединения, галогены и др.), и те и другие влияют на биохимические и физиологические процессы населяющих их растений, животных, человека [1, 6, 9, 14].

Многие заболевания животных и человека — сердечно-сосудистые, костно-суставные, эндокринные и другие, обусловленные нарушением обмена веществ, вследствие дисбаланса макрои микроэлементов, избытка тяжелых металлов также зависимы от геохимических факторов среды. В некоторых случаях эти болезни обусловлены избытком, а в других недостатком одного, либо нескольких химических элементов в одном объекте или во всей трофической цепи [15].

Почва является мощным адсорбентом и депонентом тяжелых металлов, вместе с тем она обладает слабой самоочищающей способностью, в отличие от воздуха и воды. Вследствие этого, загрязнение почв тяжелыми металлами устраняются с большим трудом, и поэтому разработка мероприятий по снижению негативных последствий, связанных с повышенной концентрацией тяжелых металлов в почвах с целью получения чистой растениеводческой продукции и экологически чистых продуктов животноводства является актуальной проблемой на современном этапе. Практически все тяжелые металлы, при превышении определенных концентраций в среде обитания характеризуются четко выраженным кумулятивным действием по отношению к почве и населяющей ее биоте. Передаваясь по биогеохимическим цепям, они загрязняют воду, растения и воздух. Опасность загрязнения почв тяжелыми металлами связана и с тем, что она не так очевидна, как, к примеру, такие виды деградации почв как засоление, уплотнение, дефляция, эрозия.

Целью нашего исследования было определение содержания тяжелых металлов — никеля, хрома и свинца в гидроморфных почвах (луговые, лугово-аллювиальные, лугово-болотные, лугово-лесные, лугово-каштановые) Терско-Сулакской подпровинции Дагестана.

Актуальность данного исследования обусловлена интенсивным использованием изучаемой территории под сельскохозяйственное производство.

Объекты и методы

Были исследованы гидроморфные почвы одной из подпровинций равнинной зоны Дагестана, территория которой интенсивно используется для нужд сельского хозяйства республики.

Почвенный покров Терско-Сулакской подпровинции Дагестана представлен следующими гидроморфными почвами, которые имеют широкое распространение: луговыми, лугово-аллювиальными, лугово-болотными, лугово-лесными, лугово-каштановыми [7, 11].

Тип луговые почвы в Дагестане широко распространен. Общая площадь луговых почв 583 тыс. га или 23,6% общей площади равнинной зоны. Обязательным сопутствующим фактором лугового почвообразовательного процесса является избыточное увлажнение, связанное с близко залегающими грунтовыми водами. Характеризуются четким проявлением окислительно-восстановительных процессов в профиле, а также биогенной и гидрогенной аккумуляции веществ. Для луговых почв характерны: ясная дифференциация горизонтов, значительная мощность гумусового горизонта, карбонатность, хорошо выраженная мелкокомковато-зернистая структура, избыточное увлажнение нижних горизонтов, оглеение ниже полуметровой толщи. Эти почвы отличаются гидрогенной аккумуляцией карбонатов, гипса, солей и горизонтальной слоистостью. Содержание гумуса в луговых почвах 4−7%. Луговые почвы используются в сельском хозяйстве как естественные сенокосы, под посевы зерновых и овощных культур.

Тип аллювиальные луговые почвы распространены в дельтовых районах, обычно в прирусловой части поймы рек и на прилегающих к ним участках временных водотоков. Общая площадь 175,5 тыс. га. Характеризуется постоянным влиянием кольматационного режима рек, в результате которого откладывается значительное количество мелкоземлистого материала. Наряду с влиянием поверхностных вод описываемые почвы испытывают дополнительное грунтовое увлажнение. Широко используются в сельском хозяйстве под зерновые, овощные культуры и в качестве кормовых угодий.

Лугово-болотные почвы в Дагестане занимают площадь 76,3тыс. га. Формируются эти почвы в условиях длительного поверхностного и грунтового увлажнения. Почвообразующие породы представлены преимущественно карбонатными супесчаными и тяжелыми суглинками. Лугово-болотные почвы характеризуются высоким содержанием гумуса (3−6%) в верхних горизонтах, резко падающим с глубиной. Часто засолены легкорастворимыми солями. Характеризуются низкой водопроницаемостью. В равнинном Дагестане почвы используются преимущественно под пастбища и сенокосы.

Лугово-лесные почвы формируются на повышенных элементах пойменных террас современных действующих рек под лесной и кустарниковой растительностью. Занимают площадь около 40 тыс.га. Леса представлены тополевыми, дубовыми, лоховыми, ивовыми зарослями. В равнинном Дагестане обнаруживаются в дельтах рек Терека, Сулака, Акташа, Улучая, Рубаса, Гюльгеречая, Самура. Развивается на дельтово-аллювиальных отложениях, слоистость которых выражена в различной степени. Кратковременно заливаются паводковыми водами с большим количеством взвешенного материала. Гумусонакопление проявляется ясно до глубины 30−40 см. Вскипает с поверхности по всему профилю. Почвообразующие породы: дельто-аллювиальные отложения тяжелосуглинистого и глинистого механического состава, карбонатные. На лугово-лесных почвах произрастают основные массивы лесов равнинного Дагестана выполняющих важную роль в охране биосферных условий.

Лугово-каштановые почвы являются переходным типом, сформиро;

вавщимся в результате остепнения луговых почв. В равнинном Дагестане распространены на площади около 400 тыс. га. Что составляет около 16% площади зоны. Водный режим этих почв большей частью периодически промывной. Почвенно-грунтовые воды залегают от 2,5 до 5(7) метров. По механическому составу преобладают глинистые и суглинистые, с наличием прослоек более легкого состава. Характеризуются сравнительно высоким содержанием гумуса (3−6%), постепенно снижающимся с глубиной. Следует отметить, что лугово-каштановые почвы являются одними из наиболее плодородных почв равнинного Дагестана. В сельском хозяйстве в условиях орошения используются для выращивания почти всех зерновых и плодово-ягодных культур.

Нами были исследованы почвы Кизлярского, Кизилюртовского, Хасавюртовского и Бабаюртовского административных районов Дагестана, приуроченных к Терско-Сулакской подпровинции республики.

На изучаемых типах почв были заложены разрезы, отобраны образцы по генетическим горизонтам почв, проведен химический анализ. Участки для обследования выбирали с таким расчетом, чтобы были охвачены все типы гидроморфных почв. Отбор почвенных проб проводился в соответствии с методикой крупномасштабного агрохимического исследования почв сельскохозяйственных угодий [13]. Определение содержания гумуса в почве проводилось по Тюрину в модификации Никитина. Определение концентрации никеля, хрома и свинца в почвах исследуемой территории было произведено методом атомно-абсорбционной спектроскопии на ААС ЭТА Hitachi 170−70 [12] в лаборатории биогеохимии ПИБР ДНЦ РАН и в Аналитическом центре коллективного пользования ДНЦ РАН.

Обсуждение результатов

Почвы изучаемого региона подвергаются влиянию тяжелых металлов, поступающих с атмосферными осадками, с оросительными водами, минеральными удобрениями, в составе пестицидов.

Полученные результаты (табл.) указывают на то, что содержание гумуса и тяжелых металлов в исследованных почвах Дагестана различается как по типам почв, так и по генетическим горизонтам.

Таблица. Содержание гумуса, Pb, Ni, Cr в луговых почвах Терско-Сулакской подпровинции Дагестана по генетическим горизонтам.

Содержание гумуса во всех типах исследованных почв было больше в верхнем горизонте, А с постепенным снижением в горизонте В и резким снижением в горизонте С. Важное значение имеет содержание гумуса в верхнем пахотном слое почв. По содержанию гумуса в порядке его возрастания в горизонте, А изученные почвы располагались в следующий.

ряд: лугово-аллювиальные > лугово-каштановые > луговые > лугово-болотные > лугово-лесные почвы.

Содержание и распределение элементов в почвах зависят от направления и степени развития почвообразовательного процесса и особенностей поведения микроэлементов в ландшафте. Характер распределения элементов в почвенном покрове определяется гумусностью, гранулометрическим составом, реакцией среды, окислительно-восстановительными условиями, емкостью поглощения, содержанием CO2.

Содержание свинца в почвах, обусловленное как антропогенной деятельностью, так и содержанием его в породах на которых сформировались почвы также было различным, и возрастало в горизонте, А в следующем ряду: лугово-лесные > лугово-аллювиальные > лугово-каштановые > лугово-болотные > луговые почвы. В содержании свинца по горизонтам не всегда прослеживалась зависимость его накопления в верхнем горизонте А, что свидетельствует об отсутствии положительной связи его накопления с содержанием гумуса и влияния антропогенного фактора.

Уровень содержания никеля в верхнем слое почвенного покрова Терско-Сулакской низменности Дагестана возрастало в ряду: лугово-болотные > лугово-лесные > лугово-аллювиальные > лугово-каштановые > луговые почвы. Не была обнаружена положительная коррелятивная связь, как и в случаях со свинцом и хромом с количеством гумуса в почвах. Содержание никеля по генетическим горизонтам указывало на то, что концентрация его в гидроморфных почвах изученной территории не была связана с антропогенной деятельностью.

Концентрация хрома в пахотном слое почв возрастала в ряду: лугово-лесные > лугово-каштановые > лугово-аллювиальные > лугово-болотные > луговые почвы. Как и в случае свинца здесь прослеживалась связь его содержания с содержанием в почвообразующей породе и влиянием хозяйственной деятельности человека.

Таким образом, результаты исследования (табл.) позволяют судить о характере не только верхнего перегнойно-аккумулятивного слоя, но и нижележащих горизонтов, так по содержанию Ni, Cr, Pb в нижних слоях почвы можно судить о загрязненности поверхностного слоя почвы.

В целом Ni, Cr, Pb больше концентрировали луговые, лугово-каштановые, лугово-аллювиальные почвы, и меньше всего лугово-лесные. По-видимому, данная ситуация, связана с отсутствием большого антропогенного пресса на лугово-лесные почвы и широким использованием остальных почв под сельскохозяйственные угодья.

Характер распределения никеля, хрома и свинца по почвенным горизонтам исследуемой территории указывал на равномерное увеличение концентрации тяжелых металлов вниз по профилю почв. В среднем, в гидроморфных почвах региона, наблюдалось изменение концентрации никеля — от 35,6 (горизонт А) до 145,8 мг/кг (горизонт С); концентрация хрома возрастала от 125,7 (горизонт А) до 248,2 мг/кг (горизонт С). По свинцу как было указано выше, наблюдалась двойственная картина — в одних случаях наблюдалось антропогенное влияние на характер его накопления, в других была выявлена связь концентрации элемента в горизонте, А с содержанием его в почвообразующей породе.

В работах исследователей отмечается высокое содержание тяжелых металлов в гумусе [8], однако нами данной закономерности в содержании никеля, хрома и свинца в исследованных почвах не обнаружено, что вероятно связано с влиянием гидрологического режима рек и уровенного режима Каспийского моря, засоленностью и карбонатностью почв и т. д.

ПДК тяжелых металлов составляет, в мг/кг: для никеля — 85; для хрома — 90; для свинца — 32 [2]. По данным нашего исследования, концентрация никеля и хрома в среднем превышала ПДК, и составляла для никеля — 0,4−1,4 ПДК; хрома — 1,4−1,8 ПДК. По свинцу не наблюдалось превышение ПДК ни в одном горизонте пяти типов исследованных почв. Результаты исследования указывают на отсутствие антропогенного загрязнения данной территории исследуемыми нами тяжелыми металлами.

Ашинов Ю.Н., Зубкова Т. А., Карпачевский Л. О. Заболеваемость в республике Адыгея и качество почвенного покрова // Научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2006. № 24(8). С. 157−167.

Башкин В. Н. Биогеохимия. М.: Научный мир, 2004. 584 с.

Воронков Н. А. Экология. М.: Агар, 2000. 431 с.

Добровольский Г. В. Структурно-функциональная роль почвы в биосфере. М.: ГЕОС, 1999. 278 с.

Добровольский Г. В. Экологическая роль почвы в биосфере и в жизни человека // Доклады по экологическому почвоведению. 2007. Т. 2. № 6. С. 1−16.

Ермаков В. В. Геохимическая экология животных. М.: Наука, 2008. 315 с.

Залибеков З. Г. Почвы Дагестана. М. 2010. 243 с.

Ильин В. Б. Тяжелые металлы в почвах Западной Сибири // Почвоведение. 1987. № 11. С. 87−94.

Кабыш А. А. Нарушение фосфорно-кальциевого обмена у животных на почве недостатка и избытка микроэлементов в зоне Южного Урала. Челябинск: Челябинский Дом печати, 2006. 408 с.

Карпачевский Л. О. Экологическое почвоведение. М.: ГЕОС, 2005. 336 с.

Классификация и диагностика почв Дагестана. Махачкала, 1982. 84 с.

Крысанова Т.А., Котова Д. Л., Бабенко Н. К. и др. Атомно-абсорбционная спектроскопия. Воронеж, 2005. 31 с.

Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992. 61с.

Покатилов Ю. Г. Биогеохимия биосферы и медико-биологические проблемы. Новосибирск: Наука, 1993. 168 с.

Протасова Н. А. Микроэлементы: биологическая роль, распределение в почвах, влияние на распространение заболеваний человека и животных // СОЖ. 1998. № 12. С. 32−37.