Микроэлементы в наземных экосистемах алтайской горной области
На правах рукописи
Ельчининова Ольга Анатольевна МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ АЛТАЙСКОЙ ГОРНОЙ ОБЛАСТИ 03.00.16 – Экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук
Барнаул – 2009
Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем Си бирского отделения Российской академии наук
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Пузанов Александр Васильевич
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Куприянов Андрей Николаевич доктор биологических наук, Сысо Александр Иванович доктор сельскохозяйственных наук Заблоцкий Владимир Ильич
Ведущая организация: Новосибирский государственный аграрный университет
Защита состоится "4" июня 2009 г. в 9 часов на заседании диссертацион ного совета ДМ 220.002.03. при ФГОУ ВПО «Алтайский государствен ный аграрный университет» по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Красно армейский, 98, факс 8 (3852) 62-83-96.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского госу дарственного аграрного университета.
Автореферат разослан "4" мая 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор С.В. Макарычев
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Глобальные масштабы круговорота хими ческих элементов в природе являются причиной того, что растительные и животные организмы неразрывно связаны с геохимической средой их обитания, получают из нее все доступные элементы, и химический состав их изменяется соответственно составу среды (Виноградов, 1935, 1960;
Ковальский, 1974;
Вернадский, 1987;
Ермаков, Тютиков, 2008).
Целенаправленное изучение элементного химического состава окру жающей среды началось сравнительно недавно, во второй половине 19 века. Большой вклад в решение этой проблемы внесли американский геохимик Ф. Кларк, норвежский ученый В.М. Гольдшмидт и отечествен ные ученые В.И. Вернадский, А.П. Виноградов, А.Е. Ферсман, В.В. Ко вальский.
Процессы взаимодействия организмов и среды обитания через био генную миграцию химических элементов и их биологическую роль рас сматривает наука – геохимическая экология, к числу важнейших практи ческих задач которой относятся оценка эколого-геохимического состоя ния отдельных территорий, оценка и прогноз развивающихся в их преде лах различных эколого-геохимических изменений (Алексеенко, 2006).
На современном этапе развития человеческой цивилизации необходи мость в эколого-геохимических исследованиях различных регионов мира и нашей страны стоит весьма остро.
Очень важным эколого-геохимическим направлением является фоно вый мониторинг природной среды, для осуществления которого необхо димо знание закономерностей естественных процессов миграции и кон центрации химических элементов в ландшафтах различных природных зон и провинций.
Эколого-биогеохимические исследования отличаются комплексным подходом, что, наряду с общей оценкой состояния окружающей среды, позволяет сделать прогноз его изменения в будущем и наметить пути снижения поступления техногенных токсикантов в трофические цепи (Ермаков, 1999).
Алтайская горная область – регион наших исследований – интересна в двух аспектах. Во-первых, местоположение её в центре Азии, удалён ность от крупных промышленных центров, практически полное отсутст вие собственной промышленности, слабое антропогенное воздействие позволяют изучать здесь эталонное состояние элементного химического состава компонентов наземных экосистем.
Во-вторых, наличие полиметаллических и ртутных месторождений, рудопроявлений и их ореолов рассеяния (Курайско-Сарасинская ртутная зона) обусловливает локальное загрязнение компонентов наземных эко систем. Последнее явилось серьезной проблемой при экологической экс пертизе проектов Катунских ГЭС и побудило ученых к тщательному ис следованию содержания, пространственного распределения и поведения ртути в компонентах ландшафтов Алтая. В связи с этим в Алтайской гор ной области задачи геохимического мониторинга и геохимической эколо гии окружающей среды и, прежде всего, биогеохимии микроэлементов и тяжелых металлов актуальны и в настоящее время.
Цель и задачи исследований. Цель работы – выявление закономерно стей распределения и поведения биогенных микроэлементов (Mn, Zn, Cu, Co, Мо) и тяжелых металлов (Pb, Cd и Hg) в компонентах наземных эко систем Алтайской горной области.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Выявить закономерности пространственного распределения микро элементов и тяжелых металлов в почвообразующих породах и почвенном покрове в системе высотной поясности.
2. Установить региональное среднее содержание микроэлементов и тяжелых металлов в почвообразующих породах.
3. Установить региональное среднее содержание микроэлементов и тяжелых металлов в почвах региона.
4. Изучить особенности внутрипрофильного распределения микро элементов и тяжелых металлов в основных типах почв Алтайской горной области и выявить определяющие их факторы.
5. Определить особенности элементного химического состава растений.
6. Дать экологическую оценку уровней концентраций микроэлемен тов-биофилов и тяжелых металлов в наземных экосистемах Алтайской горной области.
Научная новизна. Впервые установлен региональный кларк Мо, Zn, Pb, Cd и Hg и уточнен – Mn, Cu, Co в основных типах четвертичных отложений (элювиальных, элювио-делювиальных, делювиальных, аллювиальных, лес совидных карбонатных суглинках, бескарбонатных бурых глинах) и почвах Алтайской горной области в системе высотной поясности.
Выявлены закономерности пространственного распределения химиче ских элементов в почвенном покрове в системе высотной почвенной по ясности.
Изучены особенности внутрипрофильного распределения микроэле ментов и тяжелых металлов в основных типах почв Алтайской горной области и выявлены основные определяющие их факторы (состав мате ринских пород, содержание гумуса, карбонатов, гранулометрический со став, величина ёмкости поглощения, содержание катионов кальция и магния).
Определены особенности элементного химического состава растений доминантов. Показана ведущая роль почвообразующих пород в формиро вании уровня содержания и вариабельности микроэлементов в ланд шафтно-геохимических условиях Алтайской горной области.
Дана оценка буферной способности почв по отношению к тяжелым металлам в системе высотной поясности.
Практическая значимость работы. Данные по микроэлементному составу почв и растений важны при решении задач фонового геохимиче ского мониторинга. Сведения о микроэлементном составе почв являются базовыми при биогеохимическом районировании. Полученные результа ты могут быть использованы в практике сельскохозяйственного произ водства.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на межлабо раторном семинаре в ИВЭП СО РАН, на международном симпозиуме «Проблемы формирования и развития эколого-экономической зоны «Горный Алтай» (Горно-Алтайск, 1992), Российских и Международных биогеохимических школах (Горно-Алтайск, 2000;
Москва, 2003;
Семипа латинск, 2004;
Астрахань, 2008), Международных научно-практических конференциях (Горно-Алтайск, 1997;
Томск, 1997;
Барнаул, 1999;
Ховд, 2001;
Семипалатинск, 2002, 2004, 2006;
Оренбург, 2004;
Смоленск, 2006), региональных научно-практических конференциях (Барнаул, 1999;
Гор но-Алтайск, 2005, 2006).
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опуб ликовано 43 работы, общим объёмом 24,2 п.л., доля автора 73 %.
Личный вклад. Диссертация – результат обобщения материалов, полученных при личном участии автора в экспедиционных, камераль ных и аналитических работах при выполнении плановых научно исследовательских работ в рамках программ СО АН СССР, СО РАН, ин теграционных проектов СО РАН (№ 33, 65), грантов РФФИ (98-05-03164, 99-05-96017, 00-05-79097) и РГНФ (02-06-18009е), ФЦП "Интеграция" МО369.
Основные положения, выносимые на защиту 1. Уровень концентраций, закономерности пространственного и внут рипрофильного распределения биогенных микроэлементов и тяжелых металлов в почвенном покрове Алтайской горной области определяются свойствами и особенностями почвообразующих пород, направленностью почвообразовательных процессов, физическими и физико-химическими свойствами почв.
2. Содержание биогенных микроэлементов и тяжелых металлов в рас тениях фоновых территорий Алтайской горной области в большей степе ни определяется систематической принадлежностью вида, исследован ным органом растения (корни, надземная часть, цветки, листья) и, в меньшей, – местом произрастания.
3. Почвы Алтайской горной области обладают высокой, повышенной и средней степенью буферности по отношению к элементам, подвижным в кислой среде, и повышенной, средней и низкой – по отношению к эле ментам, подвижным в щелочной среде.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и предложений, списка литературы, который включает 550 источников, в том числе 25 – иностранных. Объём диссертации – 404 страницы, в том числе 89 таблиц, 32 рисунка и 5 приложений.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему учителю д.б.н., профессору М.А. Мальгину и научному консультанту д.б.н., профессору А.В. Пузанову. Особую признательность автор выра жает Н.П. Цаплиной. Автор благодарен коллегам: Е.Ю. Черных, к.б.н.
Т.А. Рождественской, Н.В. Гуляевой, Г.М. Медниковой за оказание по мощи при выполнении работы.
Содержание работы Во введении обосновывается актуальность проведенных исследова ний, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическое значение.
В главе 1 «Природные условия и факторы, определяющие биогео химические циклы микроэлементов и тяжелых металлов в наземных экосистемах» рассматриваются природно-климатические условия Алтай ской горной области, отличающиеся сложностью геоморфологических, геологических, гидрографических, климатических условий и значитель ной пестротой растительного и почвенного покрова.
В настоящей работе рассматривается территория, которая по сущест вующему административному делению относится к Республике Алтай и которую принято называть Горный Алтай.
На исследуемой территории выделяют четыре типа рельефа: высоко горный, среднегорный, низкогорный, межгорно-котловинный.
В Алтайской горной области выделяют следующие агроклиматиче ские районы: Северный, Центральный и Юго-Восточный.
В Алтайской горной области А.В. Куминовой (1960) выделено четыре геоботанические подпровинции: Северный, Западный, Центральный и Юго-Восточный Алтай.
Выделены три почвенных пояса (Почвы…, 1973): 1) горно-тундровых, горно-луговых и горных лугово-степных почв высокогорий (на высотах 1600-3500 м);
2) горно-лесных почв высокогорий, среднегорий и низкого рий (на высотах 600-2500 м);
3) лесостепных почв низкогорий (на высо тах менее 600 м). Кроме этих поясов выделяются межпоясные районы степных почв высокогорных, среднегорных и низкогорных котловин и речных долин. По типам структуры вертикальной почвенной поясности, связанной с высотными уровнями и общими биоклиматическими особен ностями, Горный Алтай разделяется на три района: Северный, Централь ный и Юго-Восточный.
В целом, по характеру природных условий территория Алтайской гор ной области подразделяется на 6 физико-географических провинций: Се веро-Западную Алтайскую, Северо-Алтайскую, Северо-Восточную Ал тайскую, Центрально-Алтайскую, Восточно-Алтайскую и Юго-Восточ ную Алтайскую) и 39 районов (рис.) (Самойлова, 1972;
Маринин, Самой лова, 1987).
В главе 2 «Объекты и методы исследований» дана характеристика объектов исследования: почвообразующих пород разного генезиса (элю вио-делювиальных, аллювиальных, аллювиально-делювиальных отложе ний, лессовидных карбонатных суглинков, бескарбонатных бурых глин), типов почв, доминантов естественных фитоценозов и агрофитоценозов Алтайской горной области. Исследованы дикорастущие растения 29 бо танических семейств, культурные растения (зерновые и кормовые) и культивируемые лекарственные растения разного возраста.
Рис. Физико-географическое районирование Алтайской горной области В основу полевых исследований положен сравнительно-географичес кий метод. Почвенные разрезы закладывали в системе геоморфологических профилей. Почвенные образцы отбирали по генетическим горизонтам.
Определение свойств почв выполнено общепринятыми в почвоведении и агрохимии методами (Аринушкина, 1970;
Агрохимические…, 1975). Со держание химических элементов в почвах и растениях определено методом атомной абсорбции на спектрофотометре фирмы Perkin Elmer. При интер претации полученного материала использован сравнительно-генетический метод.
Полученную информацию подвергали вариационно-статистической обработке и корреляционному анализу.
В главе 3 «Свойства почв Алтайской горной области, определяю щие содержание и поведение химических элементов в наземных эко системах» приведены основные свойства почв, определяющие содержа ние и поведение химических элементов: гранулометрический состав, со держание гумуса, карбонатов, реакция среды, величина ёмкости катион ного обмена, содержание кальция и магния.
Глава 4 «Биогенные микроэлементы в наземных экосистемах» по священа группе биогенных микроэлементов: Mn, Zn, Cu, Co, Mo.
Определены уровни концентраций их в почвообразующих породах и региональный кларк.
Максимальные концентрации марганца, цинка и кобальта приурочены к породам тяжелого гранулометрического состава (бескарбонатным бу рым глинам), молибдена и меди – к легким (аллювиальным и аллювиаль но-делювиальным) разного петрографического состава. Последнее связа но не столько с гранулометрическим составом, сколько с исходным со держанием элементов в породе.
Для почвенного покрова Алтайской горной области характерна высо кая неоднородность содержания биогенных микроэлементов.
Большая вариабельность концентраций валового марганца (от 40 до 5000 мг/кг) свойственна не только педосфере Алтайской горной области в целом, но и разным типам почв в системе высотной поясности (табл. 1).
География марганца в педосфере Алтайской горной области характеризу ется убыванием концентрации элемента от почв горно-лесного пояса к почвам лесостепного пояса и межгорных котловин.
Неоднородно распределение марганца и в почвенном покрове разных физико-географических провинций Алтайской горной области. Самые высокие концентрации элемента обнаружены в почвах Северо-Западной Алтайской (905±57 мг/кг) и Северо-Восточной Алтайской (867±20 мг/кг) провинций, почвенный покров которых представлен в основном почвами горно-лесного пояса – горно-лесными бурыми, горно-лесными дерново глубокоподзолистыми, горно-лесными серыми и горно-лесными черно земовидными. Наименьшие концентрации марганца свойственны почвам Северо-Алтайской провинции (609±16 мг/кг), представленным освоен ными чернозёмами выщелоченными и оподзоленными.
Высокая вариабельность содержания исследуемого элемента харак терна для почвенного покрова Юго-Восточной Алтайской провинции, так как в выборке представлены почвы как высокогорных котловин (кашта новые и светло-каштановые), так и их горных окаймлений (горно тундровые, горно-луговые и горные лугово-степные).
Распределение марганца в почвенной толще также неоднородно. Кис лая реакция среды и обильное увлажнение почв высокогорного пояса обусловливают высокую миграционную способность марганца в почвен ном профиле и вынос его в нижележащие горизонты в горно-луговых и горных лугово-степных почвах. В горно-тундровых почвах аккумулятив но-иллювиальный тип распределения марганца связан одновременно с биогенным накоплением элемента и промыванием его в нижележащие горизонты.
В горно-лесном поясе аккумулятивный тип распределения микроэле мента наблюдается во всех типах почв: в горно-лесных бурых и горно лесных черноземовидных, содержащих в верхнем горизонте много грубо го гумуса (до 18,6%), который при слабокислой реакции среды способен связывать марганец, поступающий в большом количестве с ежегодным лесным опадом и отмирающим горно-лесным разнотравьем;
в горно лесных дерново-глубокоподзолистых и горно-лесных серых почвах отме чается незначительное увеличение концентрации элемента в иллювиаль ном горизонте, что связано с процессами оподзоливания.
В почвах лесостепного пояса – черноземах выщелоченных и оподзо ленных, а также черноземах межгорных котловин – обыкновенных и юж ных – ярко выражен аккумулятивный тип распределения элемента. Ми грация марганца вниз по профилю сводится к минимуму в связи с тем, что нижележащие горизонты содержат карбонаты, препятствующие пе редвижению микроэлемента.
Для каштановых и светло-каштановых почв высокогорных котловин характерно равномерное распределение марганца по профилю при незна чительном увеличении его в гумусовом горизонте.
В интразональных почвах, представленных черноземно-луговыми, лу гово-черноземными и лугово-болотными почвами, формирующимися в условиях повышенного увлажнения, характеризующимися кислой и сла бокислой реакцией среды, создаются восстановительные условия, благо приятные для миграции марганца в нижележащие горизонты. Вместе с тем, повышенное увлажнение создает предпосылки для интенсивного роста и развития травянистой растительности, гумусообразования и гу мусонакопления. Но в этих условиях соотношение процессов выщелачи вания и биогенной аккумуляции марганца сдвигается в пользу первого.
Закреплению марганца в нижних горизонтах рассматриваемых почв спо собствует также интенсивно протекающий процесс оглеения.
Установлена слабая корреляционная зависимость между содержанием марганца и гумусом, глинистой фракцией и илом. Для горно-лесных дер ново-глубокоподзолистых и горно-лесных серых почв она отрицательная.
Средние концентрации цинка в разнотипных почвах региона исследо ваний варьируют незначительно, в то время как минимальные и макси мальные значения различаются в пределах типа в десятки раз (см. табл. 1).
Наибольшие концентрации обнаружены в почвах горно-лесного пояса:
горно-лесных бурых, горно-лесных черноземовидных и горно-лесных серых, наименьшие – в почвах высокогорного пояса.
Черноземные почвы занимают промежуточное положение. В этих же пределах находится среднее содержание элемента в черноземно-луговых и лугово-черноземных почвах. Наибольшая вариабельность в содержании цинка отмечается в типе каштановых почв, что, вероятно, связано с раз ной насыщенностью цинком почвообразующих субстратов.
Более заметны различия в содержании цинка в почвенном покрове фи зико-географических провинций Алтая. Максимальные концентрации микроэлемента обнаружены в почвенном покрове Северо-Западной Ал тайской провинции, основу которого составляют горно-лесные почвы.
В почвенном покрове Северо-Восточной Алтайской провинции значи тельную долю занимают горно-лесные дерново-глубокоподзолистые поч вы, характеризующиеся более низким содержанием элемента.
Почвенный покров Северо-Алтайской провинции представлен в ос новном пахотно-пригодными почвами черноземного типа со сравнитель но низким содержанием элемента, и в Центрально-Алтайской провинции – почвами черноземного типа и темно-каштановыми, отличающимися более высокой концентрацией цинка, что, соответственно, отразилось на содержании микроэлемента в почвенном покрове.
Внутрипрофильное распределение цинка в почвах Алтайской горной области в основном равномерное. Элювиально-иллювиальный тип рас пределения отмечен в горно-лесных дерново-глубокоподзолистых поч вах, что связано, во-первых, с проявлением процессов оподзоливания и, во-вторых, с образованием более подвижных соединений цинка с фуль вокислотами.
Обедненность цинком элювиального горизонта наблюдается в горно лесных серых почвах, при этом значительного обогащения элементом иллювиального горизонта не обнаружено. В остальных типах почв ми грация цинка в нижележащие горизонты ограничена сорбционным кон центрированием элемента путем комплексообразования с гуминовыми кислотами. Однако связь с гуминовыми кислотами не означает полного выведения элемента из миграции. Незначительная аккумуляция цинка отмечена в гумусовом горизонте горно-лесных бурых почв.
Не обнаружено аккумуляции цинка в органогенных горизонтах почв черноземного типа. Имеющиеся в литературе данные по этому вопросу довольно противоречивы. В лугово-черноземных и черноземно-луговых почвах Алтайской горной области процессы выщелачивания преобладают над процессами аккумуляции, и биогенного накопления цинка не отмеча ется.
Установлена положительная корреляционная зависимость (средняя и сильная) между содержанием цинка и содержанием гумуса в черноземах южном, обыкновенном и каштановой почве, ила – в черноземе южном и горно-лесной дерново-глубокоподзолистой почве, физической глины – в черноземе южном, карбонатов – в горно-лесной дерново-глубокоподзо листой почве, физической глины – в горно-лесной дерново-глубокоподзо листой почве, всех подтипах черноземов и каштановой почве, катионов кальция и магния – в горно-луговой, горной лугово-степной и каштано вой почвах, черноземе южном, величиной рН – в горно-лесной серой, ём кости поглощения – в горной лугово-степной почве.
Биогеохимия меди в почвах Горного Алтая ранее изучалась М.А. Мальгиным (1978). Полученные нами данные по содержанию меди в некоторых типах почв несколько выше.
Наибольшие концентрации элемента свойственны всем подтипам чер ноземов, особенно чернозёмам оподзоленным и выщелоченным, что свя зано, с одной стороны, с высоким содержанием гумуса, тяжелым грану лометрическим составом, и, с другой стороны, агротехногенным загряз нением этих почв – применением медьсодержащих пестицидов на хмель никах и овощных культурах, занимающих значительную долю пашни в Северо-Алтайской провинции во 2-ой половине прошлого столетия. Медь является относительно малоподвижным элементом в почвах ввиду того, что её ионы легко осаждаются такими анионами, как сульфид, карбонат и гидроксид, связываются гуминовыми кислотами. Поэтому, несмотря на промывной и периодически промывной типы водного режима, выщела чивания элемента из почвы не происходит.
Из почв горно-лесного пояса наибольшим содержанием микроэлемен та выделяются горно-лесные черноземовидные и горно-лесные серые, меньшим – горно-лесные бурые. Полученные данные по содержанию ме ди несколько выше средних в почвах бывшего СССР.
Самое низкое содержание меди в почвах высокогорного пояса, что связано с незначительным содержанием элемента в почвообразующих породах, большой долей в составе гумуса фульвокислот, способствую щих миграции меди за пределы почвенного профиля.
В типе каштановых почв наименьшие концентрации меди обнаружены в подтипе темно-каштановых. Определенное нами содержание меди пре восходит таковое в почвах бывшего СССР почти в 3 раза.
Закономерности пространственного распределения меди в почвенном покрове в системе высотной поясности Алтайской горной области рас пространяются и на почвы разных физико-географических провинций Алтая.
В большинстве исследованных нами почв Алтайской горной области отмечается равномерное распределение меди по профилю: в почвах вы сокогорного пояса, горно-лесного пояса, каштановых почвах. Незначи тельное увеличение концентрации элемента обнаружено в карбонатных горизонтах черноземов выщелоченных и южных. В остальных типах почв установить каких-либо закономерностей внутрипрофильного распределе ния меди не удалось.
Положительная зависимость средней и высокой степени обнаружена между содержанием меди и содержанием ила, физической глины в горно лесных бурых и горно-лесных дерново-глубокоподзолистых почвах, чер ноземах южных и каштановых почвах;
карбонатов – в горно-лесных бу рых и горно-лесных черноземовидных, с величиной рН – в горно-лесных серых.
Среднее содержание кобальта в совокупности почв Алтайской горной области равно 17,0±0,3 мг/кг (см. табл. 1) и превышает в 2 раза кларк, со ставляющий для почв бывшего СССР, 8 мг/кг (Виноградов, 1957). На бо лее высокое содержание Co в почвах Горного Алтая (15,8±0,2 мг/кг), по сравнению с другими регионами, указывает М.А. Мальгин (1978), в поч вах прилегающих равнинных районов Алтайского края (20 мг/кг) – Я.Г. Баркан (1969).
Повышенное содержание валового кобальта так же, как и валовой ме ди, в почвенной толще горной страны связано со значительными концен трациями элемента в горных и почвообразующих породах, на которых развивается почвенный покров.
В разнотипных почвах Алтайской горной области средние содержания микроэлемента различаются не более чем в 2 раза, в то время как внутри типа эти различия могут достигать 30 и более раз (каштановые почвы).
Максимальные концентрации элемента обнаружены в почвах горно лесного пояса. Несколько меньше обогащены кобальтом почвы черно земного ряда. На обследованной территории содержание кобальта в раз ных подтипах чернозема снижается от выщелоченных и оподзоленных к южным.
Наиболее высокими концентрациями кобальта характеризуются почвы Северо-Восточной Алтайской провинции, представленные горно-лесны ми бурыми, дерново-глубокоподзолистыми и серыми тяжелого грануло метрического состава, формирующимися под лесной растительностью, отличающейся большей биологической аккумуляцией кобальта по срав нению с травянистой дикорастущей и культурными растениями. Повы шенные концентрации элемента в почвах Восточно-Алтайской провин ции обусловлены влиянием расположенных здесь месторождений и ру допроявлений, создающих ореолы рассеяния кобальта.
В почвах, находящихся под полевыми и кормовыми культурами, био логическая аккумуляция кобальта незначительная, что отражается на со держании изучаемого микроэлемента в почвенном покрове Северо Алтайской и Центрально-Алтайской провинций, где сосредоточена ос новная доля пахотнопригодных почв Горного Алтая.
В большинстве исследованных почв Алтайской горной области отме чается равномерное распределение кобальта по профилю во всех типах почв горно-лесного пояса, черноземах обыкновенных, всех подтипах каштановых почв. Некоторая обогащенность кобальтом горизонта В об наружена в горных лугово-степных почвах и черноземах южных, ниже лежащих горизонтов – в почвах высокогорного пояса, что обусловлено, вероятно, существующими здесь ореолами рассеяния этого элемента.
Из всех исследованных свойств почв обнаружена достоверная поло жительная корреляционная зависимость (средняя и сильная) между со держанием кобальта и величиной ёмкости поглощения, содержанием Ca2+, Mg2+.
Концентрация молибдена в совокупности почв Алтайской горной об ласти варьирует в довольно широких пределах: от 1,2 до 32, в среднем составляя 4,2±0,1 мг/кг, что в 2 раза превышает кларковое значение (см.
табл. 1).
Минимальные концентрации элемента характерны для всех исследо ванных типов почв высокогорного пояса, прежде всего, его горных окаймлений. Выше содержание молибдена в светло-каштановых почвах высокогорных котловин Чуйской и Курайской. Наибольшие концентра ции свойственны почвам черноземного ряда и темно-каштановым. Про межуточное положение занимают почвы горно-лесного пояса, с макси мальными концентрациями в горно-лесных черноземовидных и мини мальными – в горно-лесных бурых.
Для молибдена в почвах нашей страны определены узкие пределы ми нимальных и максимальных пороговых концентраций: нижний критиче ский предел – 1,5, верхний – 4 мг/кг.
Из физико-географических провинций максимальные концентрации молибдена в почвах (7,4±0,3 мг/кг) обнаружены в Восточно-Алтайской, минимальные – в Юго-Восточной Алтайской (3,1±0,1 мг/кг) и Северо Восточной Алтайской (3,3±0,1 мг/кг). Определяющими факторами здесь являются совокупность почв, образующих почвенный покров провинции, и содержание микроэлемента в почвообразующих породах.
В почвах Алтайской горной области во всех исследованных типах и подтипах отмечается равномерное распределение молибдена по профи лю, за исключением горно-луговых почв, где обнаружено биогенное на копление элемента.
Положительная достоверная корреляционная зависимость средней и высокой степени между содержанием гумуса, ила, физической глины, карбонатов и содержанием молибдена установлена только в черноземах южных и каштановых почвах.
Содержание марганца, цинка, меди, кобальта и молибдена в растениях зависит от видовой принадлежности и содержания его в почвах. Среди горно-лесной растительности выделяется группа растений – манганофи лов, отличающихся содержанием марганца, превышающим его нормаль ные содержания.
В данной главе приведены сводные данные результатов полевых опы тов по изучению влияния микроудобрений (марганцевых, кобальтовых, медно-кобальтовых, молибденовых) на урожайность и химический состав сельскохозяйственных культур (пшеницы, ячменя, свеклы сахарной, овса, капусты, картофеля, конских бобов) и естественных сенокосов и паст бищ, проведенных разными исследователями и автором на разнотипных почвах (черноземах выщелоченных, обыкновенных, темно-каштановых, каштановых, лугово-черноземных, горно-лесных серых) в разных при родно-климатических районах Алтайской горной области. Установлено, что применение микроудобрений в Горном Алтае не дает ожидаемого эффекта, ввиду обеспеченности почв соответствующими микроэлемента ми.
Глава 5 «Тяжелые металлы в компонентах наземных экосистем» посвящена группе элементов-токсикантов – Pb, Cd, Hg.
Для Горного Алтая, где основным и практически единственным видом транспорта является автомобильный, проблема свинцового загрязнения весьма актуальна.
В почвообразующих породах Алтайской горной области концентрация свинца варьирует в широких пределах: от 6 до 200 мг/кг, в среднем со ставляя 19,9±1,3 мг/кг. Максимальные концентрации обнаружены в ал лювиально-делювиальных отложениях и лессовидных карбонатных суг линках, минимальные – в аллювиальных отложениях. Наибольшая вариа бельность отмечается в породах тяжелого гранулометрического состава – бескарбонатных бурых глинах, для них же характерны максимальные абсолютные содержания.
Среднее содержание свинца в почвах Алтайской горной области практически равно таковому в почвообразующих породах, 19,1±0,9 и 19,9±1,3 мг/кг соответственно (табл. 2).
Таблица Содержание тяжелых металлов в почвах Алтайской горной области, мг/кг Почвы Pb Cd Hg Почвы высокогорного пояса 12,4 ± 0, 81 55, Горно-тундровые Не опр. Не опр.
3,0 30, 13,2 ± 1, 41 53, Горно-луговые -«»- -«» 2,9 30, 14,0 ± 1, Горные лугово- 28 37,8 -«»- -«» 5,7 22, степные Почвы горно-лесного пояса 15,6 ± 1,2 0,119 ± 0, Горно-лесные бу- 64 61,0 36 56, 0,03-0, 8,0 50,0 0,018 0, рые Горно-лесные 22,2 ± 1,1 0,077 ± 0, 69 40,0 59 41, дерново-глубоко- Не опр.
10,0 65,0 0,036 0, подзолистые 20,6 ± 1,1 0,091 ± 0, Горно-лесные се- 72 47,1 37 40, -«» 8,0 59,0 0,030 0, рые 0,115 ± 0, 23,7 ± 1, Горно-лесные 44 54, 104 79,9 -«» 6,0 122,9 0,032 0, черноземовидные Почвы лесостепного пояса Черноземы выще- 31,7 ± 5,0 0,078 ± 0, 80 140,2 35 44, лоченные и опод- 0,01-0, 8,0 300,0 0,030 0, золенные Почвы межгорных котловин и речных долин 20,4 ± 0,5 0,100 ± 0, Черноземы обык- 260 42,7 124 67, 0,01-0, 4,9 90,0 0,021 0, новенные 16,5 ± 0,6 0,170 ± 0, Черноземы юж- 76 64, 180 48,8 0,01-0, 0,022 0, ные 4,6 60, 12,1 ± 0, 16 27, Темно-каштановые 0,01 Не опр.
8,5 19, 16,3 ± 1,5 0,163 ± 0, 99 93,4 61 80, Каштановые 0,08-0, 0,017 0, 4,2 150, 15,8 ± 0,9 0,134 ± 0, Светло- 55 43,1 19 40, Не опр.
8,0 42,6 0,076 0, каштановые Интразональные почвы Черноземно- 17,2 ± 1,1 0,081 ± 0, 35 38,7 16 57, луговые и лугово- Не опр.
8,1 32,3 0,033 0, черноземные 9,6 ± 0, 27 37, Лугово-болотные -«»- Не опр.
3,0 15, 19,1 ± 0,9 0,116 ± 0, 0,12 ± 0, 1499 182,4 62 203, 116 179, В среднем 0,017 0, 2,9 300,0 0,01 1, Примечание. Не опр. – не определяли.
Наименьшие концентрации исследуемого элемента обнаружены во всех типах почв высокогорного пояса и всех подтипах каштановых почв, наибольшие – в почвах лесостепного пояса – черноземах выщелоченных и оподзоленных.
Пространственное распределение свинца в почвенном покрове от дельных физико-географических провинций определяется набором почв, составляющих его. Максимальные концентрации обнаружены в почвах Северо-Алтайской и Центрально-Алтайской провинций, где основная доля в почвенном покрове приходится на черноземные почвы. Кроме то го, территория Северо-Алтайской провинции подвержена локальному свинцовому загрязнению, в основном, за счет многочисленных котельных и высокой насыщенности автотранспортными средствами.
Распределение свинца по профилю исследуемых почв не подчиняется строгой закономерности.
В почвах высокогорного пояса наблюдается накопление свинца в го ризонте В. В почвах горно-лесного пояса – в горно-лесных бурых почвах и горно-лесных серых – отмечается два максимума содержания элемента:
в горизонте А (биогенное накопление) и горизонте В. В этих же почвах обнаружена достоверная положительная корреляционная зависимость между концентрацией свинца и содержанием гумуса. В дерново-глубоко подзолистых почвах также обнаружено два максимума содержания свин ца – в иллювиальном горизонте и материнской породе.
В почвах черноземного ряда биогенное накопление обнаружено толь ко в черноземах южных. Равномерное распределение характерно для темно-каштановых почв. В интразональных почвах максимум содержа ния свинца – в горизонте В.
Почти во всех типах почв наблюдается достоверная отрицательная корреляционная зависимость между концентрацией свинца и реакцией почвенного раствора.
В целом, уровень концентраций свинца в почвенном покрове Алтай ской горной области находится на уровне фоновых значений.
Максимальные концентрации свинца обнаружены в растениях Север ного Алтая, минимальные – Центрального Алтая, что соответствует со держанию его в почвах этих районов.
Не обнаружено значительных колебаний в среднем содержании свинца и в растениях разных ботанических семейств при заметных раз личиях внутри них. Максимальные концентрации обнаружены в корнях Polemonium coeruleum L. и Paeonia anomala L.
Максимальные фоновые концентрации кадмия тяготеют к почвообра зующим породам тяжелого гранулометрического состава – бескарбонат ным бурым глинам и варьируют в широких пределах: от 0,8 до 2,2 мг/кг.
В районах месторождений (Чаган-Узунское ртутное месторождение, в районе озера Чибит-Коль) содержание элемента возрастает в десятки и сотни раз и варьирует от 1,2 до 11,4 мг/кг.
В чернозёмных почвах Алтайской горной области, фоновое содержа ние кадмия значительно ниже кларка (см. табл. 2).
В почвах, отобранных в районах месторождений, среднее содержание кадмия в целом по профилю выше фонового в 400 раз и варьирует в верхних горизонтах от 1, 3 до 8,6 мг/кг.
Заметные различия между фоновыми почвами и почвами, развитыми в районах месторождений, проявляются не только в уровне концентраций, но и в характере внутрипрофильного распределения элемента. Если в фо новых почвах отмечается в основном равномерное распределение кадмия по профилю, то в почвах в районах месторождений более высокие кон центрации тяготеют к нижней части профиля – к почвообразующей поро де.
Содержание кадмия в растениях Алтайской горной области варьирует в довольно широких пределах – от 0,001 до 1,600 мг/кг.
Содержание ртути в почвообразующих субстратах Алтайской горной области колеблется: от 0,009 до 0,400 мг/кг. Большие различия свойст венны аллювиальным и элювио-делювиальным отложениям, что обу словлено участием в формировании этих седиментов полипетрографиче ского материала.
Сравнительно меньшее варьирование концентраций ртути отмечается в тонкодисперсных отложениях: бескарбонатных бурых глинах и лессо видных суглинках. На характер распределения микроэлемента в тонко дисперсных фракциях влияют, вероятно, процессы переотложения. В це лом, тонкодисперсные материнские породы Алтайской горной области меньше насыщены ртутью, чем супесчаные и песчаные аллювиальные и элювио-делювиальные.
В целом, региональный фон ртути в почвообразующих породах Ал тайской горной области находится на уровне кларка.
Из исследованных почв Алтайской горной области наименьшие кон центрации ртути обнаружены в горно-лесных дерново-глубокоподзолис тых и горно-лесных серых (см. табл. 2).
Максимальное содержание ртути в черноземах южных и каштановых почвах обусловлено, вероятно, щелочной реакцией среды и наличием карбонатного биогеохимического барьера, а также более высоким уров нем концентраций элемента в аллювиальных и аллювиально-делювиаль ных отложениях, на которых формируются эти почвы.
Проведенный анализ пространственного распределения ртути в поч венном покрове (с учетом почвенного разнообразия) Алтайской горной области выявил четкую закономерность: почвам Северо-Восточного Ал тая свойственны самые низкие концентрации ртути;
самые высокие – почвам районов, тяготеющих к Катунскому разлому и районам ртутной полиметаллической минерализации. Остальная, большая часть рассмат риваемого региона, по уровню содержания ртути в почве занимает про межуточное положение между первой и второй. В целом, география со держания ртути в почвенном покрове Алтайской горной области повто ряет пространственные закономерности концентрации микроэлемента в почвообразующих породах.
В фоновых почвах Алтайской горной области биогенного накопления ртути не наблюдается. Почти во всех исследованных типах и подтипах распределение ртути по профилю равномерное.
В условиях Алтайской горной области уровень концентраций ртути не зависит от гранулометрического состава, а определяется её содержанием в почвообразующем субстрате. Так, горно-лесные почвы Северо Восточной Алтайской провинции, несмотря на тяжелый гранулометриче ский состав, отличаются низким содержанием ртути, а почвы долины р.
Катуни (Северо-Алтайская) – черноземы южные и каштановые легкого гранулометрического состава более насыщены ртутью.
Сильная положительная корреляционная зависимость обнаружена ме жду содержанием илистой фракции (чернозем южный), емкостью кати онного обмена (черноземные и каштановые почвы).
Значительная удаленность Горного Алтая от крупных индустриальных центров и экстенсивное ведение сельского хозяйства практически исклю чают антропогенное загрязнение ртутью. Однако, наличие на территории горной области промышленных месторождений ртути, мелких рудопро явлений и точек киноварной минерализации не исключает природных локальных загрязнений почв ртутью.
Нами исследовано содержание ртути в почвах Чаган-Узунского и Ак ташского месторождений, находящихся в бассейне р. Чуи. Результаты ис следований свидетельствуют о высоком содержании ртути в почвах над месторождениями и в ореолах рассеяния: в несколько раз выше фоновых значений, а в отдельных разрезах – ПДК микроэлемента в почвах (2,33±0,24 мг/кг). В отдельных точках концентрации этого элемента дости гают 36 мг/кг.
Внутрипрофильное распределение ртути над месторождениями незави симо от типа почвообразования характеризуется нарастанием содержания ее с глубиной, вероятно, сказывается прямое влияние рудного тела.
Таким образом, пространственное распределение ртути в почвенном покрове Алтайской горной области определяется в основном закономерно стями географии ртути в почвообразующих субстратах, а внутрипрофиль ное распределение ртути является функцией почвообразовательных про цессов и исходного содержания элемента в почвообразующей породе.
В исследованных растениях Алтайской горной области концентрация ртути варьирует в широких пределах: от 0,003 до 0,180 мг/кг, в среднем составляя 0,0188±0,0013 мг/кг.
Глава 6 «Эколого-биогеохимическая оценка наземных экосистем Алтайской горной области». Педосфера – специфическая оболочка био сферы, не только аккумулирующая различные химические элементы, но и выступающая в качестве естественного буфера, регулирующего транспорт химических элементов в основные компоненты биосферы – атмосферу, гидросферу и живое вещество. Тяжелые металлы и другие приоритетные токсиканты, поступающие из различных источников, попадают, в конеч ном итоге, в верхние горизонты почв, где в дальнейшем их поведение оп ределяется свойствами последних. Длительность пребывания тяжелых ме таллов в педосфере существенно больше, чем в других компонентах био сферы. Металлы, аккумулирующиеся в почвах, сравнительно медленно удаляются при выщелачивании, поглощении растениями и в результате экзогенных процессов.
Уровень концентрации тяжелых металлов в почвах определяется, главным образом, их содержанием в почвообразующих породах. Сравне ние уровней содержания исследованных химических элементов в почво образующих породах Алтайской горной области с их содержанием в зем ной коре показывает, что содержание меди, кобальта и ртути близко к кларку, марганца, цинка, кадмия – ниже, а молибдена и свинца – выше кларка (табл. 3).
Таблица Содержание химических элементов, мг/кг Кларк в почвах мира Почвообразую- Кларк в зем- Почвы Ал Пендиас, Виноградов, Химический щие породы ной коре тайской Кабата элемент Алтайской (Виноградов, горной об горной области 1962) ласти Mn 664,9±17,4 1500 707,5±10,5 850 Zn 55,7±1,6 83,0 58,3±0,7 50 61, Cu 45,1±1,3 47,0 40,6±0,6 20 23, Co 18,7±0,6 18,0 16,9±0,3 10 8, Mo 4,3±0,2 1,0 4,2±0,1 2 2, Pb 19,9±1,3 16,0 19,1±0,9 10 10, Cd 0,01-2,2 13 0,01-0,11 0,5 0, Hg 0,089±0,012 0,08 0,116±0,003 0,01 0, По сравнению с почвообразующей породой в почвах Алтайской гор ной области отмечается заметное накопление только марганца и ртути, незначительное – цинка. Содержание молибдена и свинца в почвообра зующих породах и почвах исследуемого региона практически одинако вое. Уровень концентрации остальных изучаемых элементов в почвах Алтайской горной области ниже, чем в почвообразующих породах. Уста новленные нами закономерности не совпадают с мировыми данными, что связано со спецификой почвообразовательного процесса и перераспреде лением химических элементов в системе почвообразующая порода – поч ва в условиях горного рельефа. В то же время, как указывает А.А. Алек сеенко (2000), в настоящее время кларки многих элементов подлежат уточнению.
Для эколого-биогеохимической оценки почвенного покрова Алтайской горной области был проведен сравнительный анализ элементного химиче ского состава гумусовых горизонтов и почвенного профиля в целом.
Нами установлено, что гумусовые горизонты обогащены марганцем по сравнению с профилем в целом во всех типах почв горно-лесного поя са, почвах черноземного ряда и каштановых, что связано с биогенным накоплением элемента. В почвах высокогорного пояса этого не наблюда лось.
Для всех остальных химических элементов, как биогенных, так и ток сикантов, уровни содержания в гумусовых горизонтах и в профиле в це лом практически не различаются, что свидетельствует об отсутствии в Горном Алтае техногенного загрязнения тяжелыми металлами.
Концентрации исследуемых химических элементов в почвах Горного Ал тая, за исключением районов ртутного рудопроявления, можно считать фо новыми, так как эти почвы не подвержены ни природному, ни антропоген ному загрязнению.
В последние десятилетия проявляется все больший интерес к Горному Алтаю, как к территории, привлекающей многочисленных туристов. В ближайшем будущем планируется создание туристско-рекреационной зоны, поэтому большой теоретический интерес представляет определение устойчивости почвенного покрова к воздействию повышенных концен траций тяжелых металлов, под которой понимают потенциальный запас буферности почв (Глазовская, 1997). Защитные возможности почв по от ношению к микроэлементам, большинство из которых являются тяжелы ми металлами, не беспредельны. Чем выше защитные возможности поч вы, тем большее количество тяжелых металлов она в состоянии перево дить в малодоступные для растений и слабомигрирующие соединения.
Таким образом ограничивается движение избыточных количеств химиче ских элементов по пищевой цепочке и в сопредельные среды (Ильин, 1995).
При расчете буферной способности почв нами за основу была взята разработанная В.Б. Ильиным (1995, 2007), В.Б. Ильиным, А.И. Сысо (2001) шкала буферности почв к тяжелым металлам на базе данных об инактивирующем влиянии на микроэлементы (тяжелые металлы) свойств и состава почвы, которое ранее было достаточно полно изучено Г.Я. Ринькисом (1972), Г.Я. Ринькисом, В.Ф. Ноллендорфом (1982).
Полученные результаты показывают, что высокой степенью буферно сти по отношению к элементам, подвижным в кислой среде, отличаются черноземные и темно-каштановые почвы, повышенной – горные лугово степные, каштановые и светло-каштановые, средней – все типы почв гор но-лесного пояса и почвы высокогорного пояса (горно-тундровые и гор но-луговые) (табл. 4).
По отношению к элементам, подвижным в щелочной среде, буферная способность почв Алтайской горной области значительно ниже (см. табл. 4).
Для оценки и прогнозирования воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды разработаны системы нормати вов. При проведении эколого-биогеохимической оценки территории наи более часто используются нормы предельно допустимой концентрации (ПДК) или ориентировочно допустимой концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
В таблице 5 приведены средние концентрации химических элементов в почвах Алтайской горной области в сравнении с некоторыми норматив ными показателями валового содержания тяжелых металлов в почвах, принятые в разные годы в России и за рубежом. В нашей стране предъяв ляются более жесткие требования к этим показателям. Содержание тяже лых металлов в почвах Алтайской горной области не превышает величи ну ПДК и ОДК по всем исследованным элементам.
Химический состав растений зависит от состава почв, на которых они произрастают, но не повторяет его, так как растения избирательно по глощают необходимые им элементы в соответствии с физиологическими и биохимическими потребностями.
В совокупности исследованных растений Алтайской горной области средние содержания цинка, меди, кобальта близки к кларковым значени ям, немного выше – молибдена, свинца, кадмия и ртути (табл. 6). Высо кие верхние значения концентраций марганца, превышающие нормаль ные содержания, свойственны растениям-манганофилам, что не должно вызывать тревоги.
Таблица Содержание тяжелых металлов в почвах Алтайской горной области и нормативные показатели, мг/кг ОДК, ГН 2.1.7.020- 2.1.7.730- ОДК, Содержание ПДК, МУ Элемент Класс ПДК, нейтраль песчаные в почвах кислые опас- Кloke ные Горного ности (1980) Алтая Mn 3 707,5±10,5 1500 Zn 1 58,3±0,7 300 55,0 110,0 220,0 Cu 2 40,6±0,6 100 33,0 66,0 132,0 Co 2 16,9±0,3 Mo 4,2±0,1 5, Pb 1 19,1±0,9 100 32,0 65,0 130,0 30 Cd 1 1,6±0,2 3 0,5 1,0 2, Hg 1 0,12±0,01 2, Таблица Содержание химических элементов в растениях, мг/кг Химический Растения Растительность Авторы элемент Горного Алтая суши 154,1 ± 16,7 А. Кабата-Пендиас, Mn 15- Х. Пендиас, 5 29,3 ± 1,2 1,2-73 -« » Zn 30,0 В.В. Добровольский, 9 5,6 ± 0,3 А. Кабата-Пендиас, Cu 5-30, 1,0 26,0 Х. Пендиас, Co Сл. – 1,98 0,01-2,0 -« » 0,99 ± 0,01 0,03-1,0 -« » Mo 0,08 5,30 0,6 В.В. Добровольский, 1983б 0,1-10,0 А. Кабата-Пендиас, 1,80 ± 0, Pb Х. Пендиас, 0,1 11, 1,25 В.В. Добровольский, А. Кабата-Пендиас, 0,095 ± 0,015 0,08-0, Х. Пендиас, Cd 0,001 1, 0,005 В.В. Иванов, 0,0188 ± 0,0013 0,015 В.В. Ковальский, Hg 0,003 0,180 0,012 В.В. Добровольский, 1983б Растения Горного Алтая в основном используются в 2-х направлениях:
как лекарственные и кормовые. Содержание исследуемых элементов в растениях Алтайской горной области не превышает максимально допус тимый уровень в кормах, а концентрация элементов-токсикантов – допус тимый уровень для БАДов (биологически активных добавок) на расти тельной основе (табл. 7).
Таблица Пороговые и нормативные концентрации химических элементов, мг/кг пороговая концен Избыток (верхняя Среднее содержа Недостаток (ниж нормальной регу МДУ для кормов Норма (пределы ние в растениях Горного Алтая ДУ для БАДов концентрация) няя пороговая трация) ляции) Элемент Mn 154,1±16,7 до 20 20-60 500 Zn 29,3±1,2 20-30 20-60 500 50- Сu 5,6±0,3 3-5 3-12 20-40 30- Co Сл. – 1,98 0,1-0,3 0,3-1,0 1 1- Mo 0,99±0,01 0,2-2,5 1,0-2,5 2 2- Pb 1,80±0,09 60 3-5 6, Cd 0,095±0,015 0,3-0,4 1, Hg 0,0188±0,0013 0,05-0,1 0, Выводы 1. Разнообразные природно-климатические условия, отличающиеся сложностью геоморфологических, геологических, гидрографических, климатических условий, значительной пестротой растительного и поч венного покрова, обусловили различия в содержании и характере распре деления химических элементов в наземных экосистемах Алтайской гор ной области.
Свойства основных почвообразующих пород различного генезиса (элю виально-делювиальных, аллювиальных, аллювиально-делювиальных, лес совидных карбонатных суглинков и бурых бескарбонатных глин) значи тельно варьируют.
Установленные физические и физико-химические параметры почв, влияющие на концентрацию, пространственное и внутрипрофильное рас пределение химических элементов: содержание гумуса, карбонатов, ре акция среды, емкость поглощения, поглощенные катионы, а также грану лометрический состав изменяются в широких пределах. Содержание гу муса в органогенных горизонтах колеблется от 1,6±0,3 в светло-кашта новых до 24,4±2,7% в горно-тундровых почвах;
карбонатов – от 0 в поч вах высокогорного и горно-лесного поясов до 8,6±1,5% в каштановых почвах. Реакция среды находится в диапазоне от сильнокислой в горно лесных дерново-глубокоподзолистых и горно-тундровых до сильноще лочной в каштановых почвах;
гранулометрический состав – от песчаного до глинистого.
Неоднородность почвообразующего субстрата и свойств горных почв, ландшафтно-геохимических условий миграции в системе высотной пояс ности обусловливают значительную вариабельность концентраций био генных микроэлементов и тяжелых металлов в педосфере Алтайской гор ной области.
По сравнению с почвообразующей породой в почвах фоновых терри торий Алтайской горной области отмечается заметное накопление только марганца и ртути, незначительное – цинка. Содержание молибдена и свинца в почвообразующих породах и почвах исследуемого региона практически одинаковое. Уровень концентрации остальных изучаемых элементов в почвах Алтайской горной области ниже, чем в почвообра зующих породах.
2. Концентрации микроэлементов и тяжелых металлов в почвообра зующих породах находятся в пределах кларковых и фоновых значений и составляют: Mn – 664,9±17,4;
Zn – 55,7±1,6;
Cu – 45,1±1,3;
Co – 18,7±0,6;
Mo – 4,3±0,2;
Pb – 19,9±1,3;
Cd – 0,01±2,2;
Hg – 0,089±0,012 мг/кг.
3. Уровни концентраций биогенных микроэлементов в почвах Алтай ской горной области находятся в пределах кларка и фоновых значений, за исключением меди, содержание которой превышает кларк в 2 раза, и со ставляют: Mn – 707,5±10,5;
Zn – 58,3±0,7;
Cu – 40,6±0,6;
Co – 16,9±0,3;
Mo – 4,2±0,1 мг/кг.
Концентрации тяжелых металлов в почвах Алтайской горной области, за исключением районов ртутного рудопроявления, можно считать фоно выми, так как эти почвы не подвержены ни природному, ни антропогенно му загрязнению и составляют: Pb – 19,1±0,9;
Cd – 0,01±0,11;
Hg – 0,116±0,003 мг/кг.
Аномальные концентрации тяжелых металлов (ртути и кадмия) обна ружены в почвах, формирующихся над рудными месторождениями, где среднее содержание ртути равно 2,33±0,24 мг/кг и превышает фоновое более чем в 20 раз. В отдельных точках концентрации этого элемента достигают 36 мг/кг. Такие высокие содержания свойственны почвам, на ходящимся непосредственно над рудными телами. Ореолы рассеяния лока лизованы в пространстве, содержание ртути в почвах ореолов в 2-3 раза выше фоновых значений. Уровень концентраций кадмия в почвах в рай онах месторождений превышает фоновые в 380–400 раз.
4. Внутрипрофильное распределение биогенных микроэлементов и тяжелых металлов в почвах, как и изменяющиеся с глубиной свойства почв, характеризуется неоднородностью. Исследованным почвам свойст венны все типы внутрипрофильного распределения микроэлементов:
равномерное, с биогенным накоплением, с максимумом в карбонатном горизонте, элювиально-иллювиальное.
Внутрипрофильное распределение ртути и кадмия в почвах над место рождениями независимо от типа почвообразования характеризуется на растанием их содержания с глубиной.
Для всех химических элементов, как токсикантов, так и биогенных, за исключением марганца, уровни содержания в гумусовых горизонтах и в профиле в целом практически не различаются, что свидетельствует об отсутствии в Горном Алтае техногенного загрязнения тяжелыми метал лами.
5. Минимальные и максимальные содержания биогенных микроэле ментов и тяжелых металлов в растениях Алтайской горной области раз личаются в десятки раз. В большей степени это обусловлено системати ческой принадлежностью вида, исследованным органом его (корни, над земная часть, цветки, листья) и, в меньшей – местом произрастания.
Концентрация химических элементов в растениях Алтайской горной области, за исключением марганца, находится в пределах фоновых и нормальных значений и не превышает максимально допустимый уровень в кормах, а концентрация элементов-токсикантов – допустимый уровень для БАДов на растительной основе.
Общим для всех исследованных видов растений является следующий убывающий ряд поглощения: Mn Zn Cu Pb Cd Hg. Первые места в этом ряду занимают эссенциальные элементы, последние – элементы токсиканты.
Распределение биогенных микроэлементов по органам растений опре деляется их физиологическими функциями в растительном организме;
тяжелых металлов больше накапливается в корнях и меньше – в генера тивных органах.
Среди растений горно-лесного пояса выделяется группа видов – ман ганофилов, отличающаяся высоким содержанием марганца.
Обобщение и анализ литературных и собственных данных полевых опытов по изучению влияния микроудобрений показало, что применение их не повлияло достоверно на величину и качество урожая, а также прак тически не изменило содержание внесенных микроэлементов в расти тельной массе.
6. Концентрации тяжелых металлов в почвах Алтайской горной облас ти не превышают величин ОДК и ПДК, принятых в России и за рубежом, по всем исследованным элементам.
Полученные результаты показывают, что высокой степенью буферно сти по отношению к элементам, подвижным в кислой среде, отличаются черноземные и темно-каштановые почвы, повышенной – горные лугово степные, каштановые и светло-каштановые, средней – все типы почв гор но-лесного пояса и почвы высокогорного пояса (горно-тундровые и гор но-луговые). По отношению к элементам, подвижным в щелочной среде, буферная способность почв Алтайской горной области значительно ниже.
Самая низкая она в почвах со щелочной реакцией среды (каштановых и светло-каштановых), повышенная – в кислых тяжелых почвах горно лесного пояса.
Элементный химический состав компонентов наземных экосистем Алтайской горной области: почвообразующих пород – почв – растений свидетельствует о том, что их функционирование протекает в условиях отсутствия антропогенного прессинга и естественного загрязнения при оритетными в санитарно-гигиеническом аспекте химическими элемента ми, а также нормального (оптимального) содержания эссенциальных эле ментов.
Элементный химический состав почвообразующих пород, почв и рас тений Алтайской горной области можно рассматривать как отражение биогеохимической ситуации экологически чистого региона с ненарушен ными естественными биогеохимическими циклами элементов.
Предложения Полученные результаты являются основой для мониторинговых ис следований и прогнозирования эколого-биогеохимических изменений на территории Алтайской горной области.
Их использование рекомендуется природоохранным и хозяйственным организациям для составления земельного кадастра, при проведении эко логической экспертизы, планировании размещения новых населенных пунктов, объектов туризма, промышленных предприятий, транспортных коммуникаций, отведения территорий под сельскохозяйственное исполь зование.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации 1. Ельчининова, О.А. Ртуть в почвах Алтая / М.А. Мальгин, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова // Материалы IX Всесоюз. конф. «Мик роэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медици не». Т. 1. – Самарканд, 1990. – С. 122-124.
2. Ельчининова, О.А. Влияние минеральных удобрений на урожай и питательные свойства сена естественного луга в Горном Алтае / О.А. Ельчининова // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 1991. – № 3. – С. 45-47.
3. Ельчининова, О.А. Эколого-агрохимические аспекты применения минеральных удобрений на пастбищах Северного Алтая / О.А. Ельчи нинова // Материалы международного симпозиума Проблемы формиро вания и развития эколого-экономической зоны «Горный Алтай». – Горно Алтайск, 1992. – С. 25-28.
4. Ельчининова, О.А. Кадмий в почвах долины Катуни и районов ртут ных месторождений / М.А. Мальгин, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Материалы международного симпозиума «Проблемы формирования и развития эколого-экономической зоны «Горный Алтай».
– Горно-Алтайск, 1992. – С. 205-211.
5. Ельчининова, О.А. Мышьяк в почвах долины Катуни и над место рождениями ртути / М.А. Мальгин, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Сибирский экологический журнал. – 1993. – № 2. – С. 51-58.
6. Ельчининова, О.А. Тяжелые металлы в почвах / М.А. Мальгин, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова // Ядерные испытания, окружающая среда и здоровье населения Алтайского края. – Т. 2. - Кн. 1. –Барнаул. – 1993. – С. 320-333.
7. Ельчининова, О.А. Тяжелые металлы и мышьяк в дикорастущих лекарственных растениях Алтая / М.А. Мальгин, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Сибирский экологический журнал.
1995. – № 6. – С. 510-514.
8. Ельчининова, О.А. Оптимизация минерального питания естествен ных пастбищ Северного Алтая / О.А. Ельчининова // Материалы к науч но-практ. конф: 240 лет добровольного вхождения алтайского народа в состав Российского государства и современность. – Горно-Алтайск, 1996.
– С. 83-86.
9. Ельчининова, О.А. Тяжелые металлы в овощных культурах юго западной части Алтайского края / О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Состояние окружающей среды Алтайского края. – Барнаул: Изд-во АГУ, 1997. – С. 32-38.
10. Ельчининова, О.А. Микроэлементы в растениях Горного Алтая / О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Научные труды Междунар. конф. по окружающей среде. – Горно-Алтайск: Изд-во ГАГУ, 1997. – С. 66-70.
11. Ельчининова, О.А. Оптимизация минерального питания лугово пастбищных растений как прием повышения продуктивности естественных кормовых угодий Северного Алтая / О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Материалы междунар. научно-практ. конф., посвященной памяти А.В. Куминовой: Динамика растительного покрова Алтая. – Горно Алтайск, 1998. – С. 136-142.
12. Ельчининова, О.А. Кадмий в растениях Алтая / О.А. Ельчини нова, Т.А. Горюнова // Материалы междунар. конф.: Александр Гум больдт и российская география. – Барнаул, 1999. – С.203-204.
13. Ельчининова, О.А. Биогеохимия лекарственных растений Горно го Алтая / О.А. Ельчининова // Материалы Второй российской школы:
Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы. – М., 1999. – С. 242-252.
14. Ельчининова, О.А. Свинец и кадмий в растениях Горного Алтая / О.А. Ельчининова // Материалы IV региональной конф.: Особо охраняемые территории Алтайского края и сопредельных регионов. Тактика сохране ния видового разнообразия и генофонда. – Барнаул, 1999. – С. 33-38.
15. Ельчининова, О.А. Биогеохимия радионуклидов и микроэлемен тов в экосистемах Алтая / А.В. Пузанов, М.А. Мальгин, В.Н. Алейникова, О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Материалы конф.: Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и экологии природно территориальных комплексов Западной Сибири. – Горно-Алтайск, 2000. – С. 137-138.
16. Ельчининова, О.А. Влияние минеральных удобрений на урожай ность и питательные свойства сена естественного луга. / О.А. Ельчи нинова // Внутривузовский сб. научн. тр.: Проблемы социально экономического и экологического развития Республики Алтай: состояние и перспективы. Ч. 1. – Горно-Алтайск, 2001. – С. 79-81.
17. Ельчининова, О.А. Влияние минеральных удобрений на ботани ческий состав лугопастбищных травостоев Северного Алтая. / О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // В сб. научн. тр. СО РАСХН: «Агро номические проблемы Горного Алтая». ГАНИИСХ, – Новосибирск, 2001.
– С. 27-31.
18. Ельчининова, О.А. Микроэлементы в почвах и растениях средней части Кулундинской депрессии. / М.А. Мальгин, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Междунар. научно-практ. конф.: Тя жёлые металлы и радионуклиды в окружающей среде. – Семипалатинск, 2002. – С. 134-143.
19. Ельчининова, О.А. Элементный химический состав лугопастбищ ных растений Северного Алтая. / О.А. Ельчининова // Междунар. научно практ. конф.: Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. – Семипалатинск, 2002. – С. 325-326.
20. Ельчининова, О.А. Использование балансового метода расчета доз минеральных удобрений для естественных сенокосов и пастбищ Се верного Алтая / О.А. Ельчининова // Мат. научно-практ. конф.: Проблемы научных исследований Алтайского горного региона (АГР). – Горно Алтайск, 2002. – С. 76-81.
21. Ельчининова, О.А. Микроэлементы в лугопастбищных ценозах низкогорной зоны Северного Алтая. / О.А. Ельчининова // Материалы IV Российской биогеохимической школы. – М.: 2003. – С. 271-279.
22. Ельчининова, О.А. Микроэлементы и фосфор в растениях Алтая. / А.В. Пузанов, М.А. Мальгин, О.А. Ельчининова, Т.А. Рождественская, С.В. Бабошкина, И.В. Горбачев // Материалы 1-ой Междунар. научно практ. конф.: Биоэлементы. – Оренбург, 2004. – С. 279-281.
23. Ельчининова, О.А. Ботанический состав удобренных лугопаст бищных травостоев Северного Алтая / О.А. Ельчининова // Материалы юбилейной научно-практ. конф.: Роль биоразнообразия в экономике и экологии горных территорий. – Горно-Алтайск, 2005. – С. 37-39.
24. Ельчининова, О.А. Оптимизация минерального питания естест венных кормовых угодий Северного Алтая. / О.А. Ельчининова // Меж дунар. научно-практ. конф.: Вузовская наука – сельскому хозяйству.
Кн. 1. – Барнаул, 2005. – С. 57-58.
25. Ельчининова, О.А. Элементный химический состав лугопаст бищных травостоев Северного Алтая. / О.А. Ельчининова // Ползунов ский вестник. 2005. – №4. – С. 171-174.
26. Ельчининова, О.А. Химический состав элементов структуры урожая лугопастбищных травостоев Северного Алтая / О.А. Ельчининова // Тр. регион. научно-практ. конф. преподавателей: Перспективы исполь зования лекарственных растений Горного Алтая в медицине и сельском хозяйстве. – Горно-Алтайск, 2005. – С. 22-26.
27. Ельчининова, О.А. Биогеохимические аспекты распределения ва надия в почвенном покрове Алтая. / И.А. Архипов, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова // Материалы V Междунар. биогеохим. школы: Акту альные проблемы геохимической экологии. – Семипалатинск, 2005. – С. 86-88.
28. Ельчининова, О.А. Микроэлементы в кормовых и лекарственных растениях Горного Алтая. / О.А. Ельчининова // Материалы V Междунар.
биогеохим. школы: – Семипалатинск, 2005. – С. 344-346.
29. Ельчининова, О.А. Мышьяк в почвах техногенных ландшафтов Алтая / О.А. Ельчининова, С.В. Бабошкина, А.В. Пузанов, И.В. Горбачев // Ползуновский вестник. 2005. – №4. – С. 153-156.
30. Ельчининова, О.А. Микроэлементы (ванадий и никель) в педо сфере бассейна р. Катунь / И.А. Архипов, А.В. Пузанов, О.А. Ельчинино ва // Ползуновский вестник. 2005. – №4. – С. 163-167.
31. Ельчининова, О.А. Радионуклиды в горно-лесных почвах Северо Восточного Алтая / О.А. Ельчининова, С.М. Балыкин // Ползуновский вестник. 2005. – №4. – С. 168-170.
32. Ельчининова, О.А. Микроэлементы в лекарственных растениях Горного Алтая / О.А. Ельчининова // Материалы 3-й Межрегион. научно практ. конф., посв. 250-летию вхождения алтайского народа в состав Рос сийского государства. – Горно-Алтайск, 2006. – С.346-350.
33. Ельчининова, О.А. Макро- и микроэлементный состав естествен ных травостоев Северного Алтая при разных способах использования / О.А. Ельчининова // Сборник научных трудов: Аграрные проблемы Гор ного Алтая. Вып.2. – Новосибирск, 2006. – С. 157-163.
34. Ельчининова, О.А. Тяжелые металлы в основных почвах Горного Алтая / А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова, Т.А. Рождественская // Доклады IV Междунар. научно-практ. конф.: Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. – Семипалатинск, 2006. – С. 380-388.
35. Ельчининова, О.А. Тяжелые металлы и радионуклиды в растени ях Центрального Алтая / О.А. Ельчининова // Ежегодный международный сборник научных статей: Геоэкология Алтае-Саянской горной страны.
Выпуск 3. – Горно-Алтайск, 2006. – С. 94-99.
36. Ельчининова, О.А. Микроэлементы в растениях Северного Алтая / О.А. Ельчининова, С.С. Мешкинова, Е.В. Шаховцева // Ползуновский вестник. 2006. – № 2-1. – С. 291-295.
37. Ельчининова, О.А. Ртуть в почвенном покрове Горного Алтая / О.А. Ельчининова // Вестник ТГУ. Бюл. 92. 2006. – С. 87-92.
38. Ельчининова, О.А. Биологические особенности и элементный хи мический состав девясила высокого при возделывании в низкогорьях Ал тая / О.А. Ельчининова, Л.И. Ветлугина // Вестник ТГУ. – Томск, 2006. – Бюлл. № 117. – С.56-62.
39. Ельчининова, О.А. Тяжелые металлы (Cd, Pb) в воде р. Маймы / О.А. Ельчининова, И.И. Кузнецов // Материалы II межрег. научно-практ.
конф.: Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредель ных регионов: настоящее, прошлое, будущее. – Горно-Алтайск, 2006. – С. 145-146.
40. Ельчининова, О.А. Микроэлементы-биофилы и тяжелые металлы в лекарственных растениях Северного Алтая / О.А. Ельчининова, Т.А. Рождественская, Е.Ю. Черных // Мат. междунар. конф.: Биоразнооб разие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных территорий:
настоящее, прошлое и будущее. – Горно-Алтайск, 2008. – С. 51-56.
41. Рождественская Т.А., Ельчининова О.А., Пузанов А.В. Элемент ный химический состав растений Горного Алтая и факторы, его опреде ляющие / Т.А. Рождественская, О.А. Ельчининова, А.В. Пузанов // Мат.
междунар. конф.: Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных территорий: настоящее, прошлое и будущее. – Горно Алтайск, 2008. – С. 110-114.
42. Ельчининова, О.А. Цинк в почвах Горного Алтая / О.А. Ельчини нова, Е.Ю. Черных, А.В. Пузанов // Мат. V междунар. научно-практ.
конф.: Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Семипа латинск, Т. II. – Семей, 2008. – С. 102-108.
43. Ельчининова, О.А. Биогеохимические аспекты экологической оценки наземных экосистем Алтая / О.А. Ельчининова. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2009. – 142 с.
ЛР № 020648 от 16 декабря 1997 г.
Подписано в печать 20.04.2009 г. Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппа ратов. Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ № Издательство АГАУ 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, тел. 62-84-