WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

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 Сибирского 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 "___"                июня         2009 г. в                 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.002.03. при ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет» по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, факс 8 (3852) 62-83-96.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского

государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "_____"        мая         2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор                С.В. Макарычев

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Глобальные масштабы круговорота химических 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 окружающей 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 отечественные ученые В.И. Вернадский, А.П. Виноградов, А.Е. Ферсман, В.В. Ковальский.

Процессы взаимодействия организмов и среды обитания через биогенную миграцию химических элементов и их биологическую роль рассматривает наука – геохимическая экология, к числу важнейших практических задач которой относятся оценка эколого-геохимического состояния отдельных территорий, оценка и прогноз развивающихся в их пределах различных эколого-геохимических изменений (Алексеенко, 2006).

На современном этапе развития человеческой цивилизации необходимость в эколого-геохимических исследованиях различных регионов мира и нашей страны стоит весьма остро.

Очень важным эколого-геохимическим направлением является фоновый мониторинг природной среды, для осуществления которого необходимо знание закономерностей естественных процессов миграции и концентрации 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, удалённость от крупных промышленных центров, практически полное отсутствие 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 экосистем. Последнее явилось серьезной проблемой при экологической экспертизе проектов Катунских ГЭС и побудило ученых к тщательному исследованию содержания, пространственного распределения и поведения ртути в компонентах ландшафтов Алтая. В связи с этим в Алтайской горной области задачи геохимического мониторинга и геохимической экологии окружающей среды и, прежде всего, биогеохимии микроэлементов и тяжелых металлов актуальны и в настоящее время.

Цель и задачи исследований. Цель работы – выявление закономерностей распределения и поведения биогенных микроэлементов (Mn, Zn, Cu, Co, Мо) и тяжелых металлов (Pb, Cd и Hg) в компонентах наземных экосистем Алтайской горной области.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

  1. Выявить закономерности пространственного распределения микроэлементов 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 микроэлементов 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 микроэлементов-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, лессовидных карбонатных суглинках, бескарбонатных бурых глинах) и почвах Алтайской горной области в системе высотной поясности.

Выявлены закономерности пространственного распределения химических элементов в почвенном покрове в системе высотной почвенной поясности.

Изучены особенности внутрипрофильного распределения микроэлементов и тяжелых металлов в основных типах почв Алтайской горной области и выявлены основные определяющие их факторы (состав материнских пород, содержание гумуса, карбонатов, гранулометрический состав, величина ёмкости поглощения, содержание катионов кальция и магния).

Определены особенности элементного химического состава растений-доминантов. Показана ведущая роль почвообразующих пород в формировании уровня содержания и вариабельности микроэлементов в ландшафтно-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 геохимического мониторинга. Сведения о микроэлементном составе почв являются базовыми при биогеохимическом районировании. Полученные результаты могут быть использованы в практике сельскохозяйственного производства.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на межлабораторном 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; Семипалатинск, 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; Горно-Алтайск, 2005, 2006).

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 43 работы, общим объёмом 24,2 п.л., доля автора 73 %.

Личный вклад. Диссертация – результат обобщения материалов, полученных при личном участии автора в экспедиционных, камеральных и аналитических работах при выполнении плановых научно-исследовательских работ в рамках программ СО АН СССР, СО РАН, интеграционных 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 внутрипрофильного 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 растениях фоновых территорий Алтайской горной области в большей степени определяется систематической принадлежностью вида, исследованным 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 элементам, 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 выражает Н.П. Цаплиной. Автор благодарен коллегам: Е.Ю. Черных, к.б.н. Т.А. Рождественской, Н.В. Гуляевой, Г.М. Медниковой за оказание помощи при выполнении работы.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность проведенных исследований, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическое значение.

В главе 1 «Природные условия и факторы, определяющие биогеохимические циклы микроэлементов и тяжелых металлов в наземных экосистемах» рассматриваются природно-климатические условия Алтайской горной области, отличающиеся сложностью геоморфологических, геологических, гидрографических, климатических условий и значительной пестротой растительного и почвенного покрова.

В настоящей работе рассматривается территория, которая по существующему административному делению относится к Республике Алтай и которую принято называть Горный Алтай.

На исследуемой территории выделяют четыре типа рельефа: высокогорный, среднегорный, низкогорный, межгорно-котловинный.

В Алтайской горной области выделяют следующие агроклиматические 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 низкогорий (на высотах 600-2500 м); 3) лесостепных почв низкогорий (на высотах 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 особенностями, Горный Алтай разделяется на три района: Северный, Центральный и Юго-Восточный.

В целом, по характеру природных условий территория Алтайской горной области подразделяется на 6 физико-географических провинций: Северо-Западную Алтайскую, Северо-Алтайскую, Северо-Восточную Алтайскую, Центрально-Алтайскую, Восточно-Алтайскую и Юго-Восточную Алтайскую) и 39 районов (рис.) (Самойлова, 1972; Маринин, Самойлова, 1987).

В главе 2 «Объекты и методы исследований» дана характеристика объектов исследования: почвообразующих пород разного генезиса (элювио-делювиальных, аллювиальных, аллювиально-делювиальных отложений, лессовидных карбонатных суглинков, бескарбонатных бурых глин), типов почв, доминантов естественных фитоценозов и агрофитоценозов Алтайской горной области. Исследованы дикорастущие растения 29 ботанических 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-географический 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). Содержание химических элементов в почвах и растениях определено методом атомной абсорбции на спектрофотометре фирмы Perkin Elmer. При интерпретации полученного материала использован сравнительно-генетический метод.

Полученную информацию подвергали вариационно-статистической обработке и корреляционному анализу.

В главе 3 «Свойства почв Алтайской горной области, определяющие содержание и поведение химических элементов в наземных экосистемах» приведены основные свойства почв, определяющие содержание и поведение химических элементов: гранулометрический состав, содержание гумуса, карбонатов, реакция среды, величина ёмкости катионного обмена, содержание кальция и магния.

Глава 4 «Биогенные микроэлементы в наземных экосистемах» посвящена 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 бурым глинам), молибдена и меди – к легким (аллювиальным и аллювиально-делювиальным) разного петрографического состава. Последнее связано не столько с гранулометрическим составом, сколько с исходным содержанием элементов в породе.

Для почвенного покрова Алтайской горной области характерна высокая 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 Горного Алтая характеризуется 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 черноземовидными. Наименьшие концентрации  марганца свойственны почвам  Северо-Алтайской  провинции (609±16 мг/кг), представленным

освоенными чернозёмами выщелоченными и оподзоленными. Высокая вариабельность содержания исследуемого элемента характерна для почвенного покрова Юго-Восточной Алтайской провинции, потому что в выборке представлены почвы как высокогорных котловин (каштановые и светло-каштановые), так и их горных окаймлений (горно-тундровые, горно-луговые и горные лугово-степные).

Распределение марганца в почвенной толще также неоднородно. Кислая реакция среды и обильное увлажнение почв высокогорного пояса обусловливают высокую миграционную способность марганца в почвенном профиле и вынос его в нижележащие горизонты в горно-луговых и горных лугово-степных почвах. В горно-тундровых почвах аккумулятивно-иллювиальный тип распределения марганца связан одновременно с биогенным накоплением элемента и промыванием его в нижележащие горизонты.

В горно-лесном поясе аккумулятивный тип распределения микроэлемента наблюдается во всех типах почв: в горно-лесных бурых и горно-лесных черноземовидных, содержащих в верхнем горизонте много грубого 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 отмечается незначительное увеличение концентрации элемента в иллювиальном горизонте, что связано с процессами оподзоливания.

В почвах лесостепного пояса – черноземах выщелоченных и оподзоленных, а также черноземах межгорных котловин – обыкновенных и южных – ярко выражен аккумулятивный тип распределения элемента. Миграция марганца вниз по профилю сводится к минимуму в связи с тем, что нижележащие горизонты содержат карбонаты, препятствующие передвижению микроэлемента.

Для каштановых и светло-каштановых почв высокогорных котловин характерно равномерное распределение марганца по профилю при незначительном увеличении его в гумусовом горизонте.

В интразональных почвах, представленных черноземно-луговыми, лугово-черноземными и лугово-болотными почвами, формирующимися в условиях повышенного увлажнения, характеризующимися кислой и слабокислой реакцией среды, создаются восстановительные условия, благоприятные для миграции марганца в нижележащие горизонты. Вместе с тем, повышенное увлажнение создает предпосылки для интенсивного роста и развития травянистой растительности, гумусообразования и гумусонакопления. Но в этих условиях соотношение процессов выщелачивания и биогенной аккумуляции марганца сдвигается в пользу первого. Закреплению марганца в нижних горизонтах рассматриваемых почв способствует также интенсивно протекающий процесс оглеения.

Установлена слабая корреляционная зависимость между содержанием марганца и гумусом, глинистой фракцией и илом. Для горно-лесных дерново-глубокоподзолистых и горно-лесных серых почв она отрицательная.

Средние концентрации цинка в разнотипных почвах региона исследований варьируют незначительно, в то время как минимальные и максимальные 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 разной насыщенностью цинком почвообразующих субстратов.

Более заметны различия в содержании цинка в почвенном покрове физико-географических провинций Алтая. Максимальные концентрации микроэлемента обнаружены в почвенном покрове Северо-Западной Алтайской провинции, основу которого составляют горно-лесные почвы.

В почвенном покрове Северо-Восточной Алтайской провинции значительную долю занимают горно-лесные дерново-глубокоподзолистые почвы, характеризующиеся более низким содержанием элемента.

Почвенный покров Северо-Алтайской провинции представлен в основном пахотно-пригодными почвами черноземного типа со сравнительно 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 Горного Алтая в основном равномерное. Элювиально-иллювиальный тип распределения отмечен в горно-лесных дерново-глубокоподзолистых почвах, что связано, во-первых, с проявлением процессов оподзоливания и, во-вторых, с образованием более подвижных соединений цинка с фульвокислотами.

Обедненность цинком элювиального горизонта наблюдается в горно-лесных серых почвах, при этом значительного обогащения элементом иллювиального горизонта не обнаружено. В остальных типах почв миграция цинка в нижележащие горизонты ограничена сорбционным концентрированием 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 отмечается.

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-глубокоподзолистой почве, физической глины – в горно-лесной дерново-глубокоподзолистой почве, всех подтипах черноземов и каштановой почве, катионов кальция и магния – в горно-луговой, горной лугово-степной и каштановой почвах, черноземе южном, величиной рН – в горно-лесной серой, ёмкости 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 черноземов, особенно чернозёмам оподзоленным и выщелоченным, что связано, с одной стороны, с высоким содержанием гумуса, тяжелым гранулометрическим составом, и, с другой стороны, агротехногенным загрязнением этих почв – применением медьсодержащих пестицидов на хмельниках 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, выщелачивания элемента из почвы не происходит.

Из почв горно-лесного пояса наибольшим содержанием микроэлемента выделяются горно-лесные черноземовидные и горно-лесные серые, меньшим – горно-лесные бурые. Полученные данные по содержанию меди 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, способствующих миграции меди за пределы почвенного профиля.

В типе каштановых почв наименьшие концентрации меди обнаружены в подтипе темно-каштановых. Определенное нами содержание меди превосходит таковое в почвах бывшего СССР почти в 3 раза.

Закономерности пространственного распределения меди в почвенном покрове в системе высотной поясности Горного Алтая распространяются и на почвы разных физико-географических провинций Алтая.

В большинстве исследованных нами почв Алтайской горной области отмечается равномерное распределение меди по профилю: в почвах высокогорного пояса, горно-лесного пояса, каштановых почвах. Незначительное увеличение концентрации элемента обнаружено в карбонатных горизонтах черноземов выщелоченных и южных. В остальных типах почв установить каких-либо закономерностей внутрипрофильного распределения 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, черноземах южных и каштановых почвах; карбонатов – в горно-лесных бурых и горно-лесных черноземовидных, с величиной рН – в горно-лесных серых.

Среднее содержание кобальта в совокупности почв Горного Алтая равно 17,0±0,3 мг/кг (см. табл. 1) и превышает в 2 раза кларк, составляющий для почв бывшего СССР, 8 мг/кг (Виноградов, 1957). На более высокое содержание Co в почвах Горного Алтая (15,8±0,2 мг/кг), по сравнению с другими регионами, указывает М.А. Мальгин (1978), в почвах прилегающих равнинных районов Алтайского края (20 мг/кг) – Я.Г. Баркан (1969).

Повышенное содержание валового кобальта так же, как и валовой меди, в почвенной толще горной страны связано со значительными концентрациями элемента в горных и почвообразующих породах, на которых развивается почвенный покров.

В разнотипных почвах Горного Алтая 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 черноземного ряда. На обследованной территории содержание кобальта в разных подтипах чернозема снижается от выщелоченных и оподзоленных к южным.

Наиболее высокими концентрациями кобальта характеризуются почвы Северо-Восточной Алтайской провинции, представленные горно-лесными бурыми, дерново-глубокоподзолистыми и серыми тяжелого гранулометрического состава, формирующимися под лесной растительностью, отличающейся большей биологической аккумуляцией кобальта по сравнению с травянистой дикорастущей и культурными растениями. Повышенные концентрации элемента в почвах Восточно-Алтайской провинции обусловлены влиянием расположенных здесь месторождений и рудопроявлений, создающих ореолы рассеяния кобальта.

В почвах, находящихся под полевыми и кормовыми культурами, биологическая аккумуляция кобальта незначительная, что отражается на содержании изучаемого микроэлемента в почвенном покрове Северо-Алтайской и Центрально-Алтайской провинций, где сосредоточена основная доля пахотнопригодных почв Горного Алтая.

В большинстве исследованных почв Алтайской горной области отмечается равномерное распределение кобальта по профилю во всех типах почв горно-лесного пояса, черноземах обыкновенных, всех подтипах каштановых почв. Некоторая обогащенность кобальтом горизонта В обнаружена в горных лугово-степных почвах и черноземах южных, нижележащих горизонтов – в почвах высокогорного пояса, что обусловлено, вероятно, существующими здесь ореолами рассеяния этого элемента.

Из всех исследованных свойств почв обнаружена достоверная положительная корреляционная зависимость (средняя и сильная) между содержанием кобальта и величиной ёмкости поглощения, содержанием Ca2+, Mg2+.

Концентрация молибдена в совокупности почв Алтайской горной области 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 исследованных типов почв высокогорного пояса, прежде всего, его горных окаймлений. Выше содержание молибдена в светло-каштановых почвах высокогорных котловин Чуйской и Курайской. Наибольшие концентрации свойственны почвам черноземного ряда и темно-каштановым. Промежуточное положение занимают почвы горно-лесного пояса, с максимальными концентрациями в горно-лесных черноземовидных  и минимальными – в горно-лесных бурых.

Для молибдена в почвах нашей страны определены узкие пределы минимальных и максимальных пороговых концентраций: нижний критический 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 профилю, за исключением горно-луговых почв, где обнаружено биогенное накопление 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 – манганофилов, отличающихся содержанием марганца, превышающим его нормальные содержания.

В данной главе приведены сводные данные результатов полевых опытов 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 пастбищ, проведенных разными исследователями и автором на разнотипных почвах (черноземах выщелоченных, обыкновенных, темно-каштановых, каштановых, лугово-черноземных, горно-лесных серых) в разных природно-климатических районах Алтайской горной области. Установлено, что применение микроудобрений в Горном Алтае не дает ожидаемого эффекта, ввиду обеспеченности почв соответствующими микроэлементами.

Глава 5 «Тяжелые металлы в компонентах ландшафта» 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 составляя 19,9±1,3 мг/кг. Максимальные концентрации обнаружены в аллювиально-делювиальных отложениях и лессовидных карбонатных суглинках, минимальные – в аллювиальных отложениях. Наибольшая вариабельность 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 2

Содержание тяжелых металлов в почвах Горного Алтая, мг/кг

Почвы

Pb

Cd

Hg

1

2

3

4

Почвы высокогорного пояса

Горно-тундровые

Не опр.

Не опр.

Горно-луговые

- « » -

- « » -

Горные лугово-степные

- « » -

- « » -

Почвы горно-лесного пояса

Горно-лесные бурые

0,03-0,07

Горно-лесные дерново-глубокоподзолистые

Не опр.

Горно-лесные серые

- « » -

Горно-лесные черноземовидные

- « » -

Почвы лесостепного пояса

Черноземы выщелоченные и оподзоленные

0,01-0,03

Почвы межгорных котловин и речных долин

Черноземы обыкновенные

0,01-0,09

Черноземы южные

0,01-0,11

Темно-каштановые

0,01

Не опр.

Каштановые

0,08-0,11

Окончание таблицы 2

1

2

3

4

Светло-каштановые

Не опр.

Интразональные почвы

Черноземно-луговые и лугово-черноземные

Не опр.

Лугово-болотные

- « » -

Не опр.

В среднем

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 отдельных 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 того, 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 горизонте 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-глубокоподзолистых почвах также обнаружено два максимума содержания свинца – в иллювиальном горизонте и материнской породе.

В почвах черноземного ряда биогенное накопление обнаружено только в черноземах южных. Равномерное распределение характерно для темно-каштановых почв. В интразональных почвах максимум содержания 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 Алтайской горной области находится на уровне фоновых значений.

Максимальные концентрации свинца обнаружены в растениях Северного Алтая, минимальные – Центрального Алтая, что соответствует содержанию его в почвах этих районов.

Не обнаружено значительных колебаний в среднем содержании свинца и в растениях разных ботанических семейств при заметных различиях внутри них. Максимальные концентрации обнаружены в корнях Polemonium coeruleum L. и Paeonia anomala L.

Максимальные фоновые концентрации кадмия тяготеют к почвообразующим породам тяжелого гранулометрического состава – бескарбонатным 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 содержание 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 фоновых почвах отмечается в основном равномерное распределение кадмия по профилю, то в почвах в районах месторождений более высокие  концентрации тяготеют к нижней части профиля – к почвообразующей породе.

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 свойственны аллювиальным и элювио-делювиальным отложениям, что обусловлено участием в формировании этих седиментов полипетрографического материала.

Сравнительно меньшее варьирование концентраций ртути отмечается в тонкодисперсных отложениях: бескарбонатных бурых глинах и лессовидных суглинках. На характер распределения микроэлемента в тонкодисперсных фракциях влияют, вероятно, процессы переотложения. В целом, 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 Алтайской горной области находится на уровне кларка.

Из исследованных почв Алтайской горной области наименьшие концентрации ртути обнаружены в горно-лесных дерново-глубокоподзолистых 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 уровнем концентраций элемента в аллювиальных и аллювиально-делювиальных отложениях, на которых формируются эти почвы.

Проведенный анализ пространственного распределения ртути в почвенном покрове (с учетом почвенного разнообразия) Алтайской горной области выявил четкую закономерность: почвам Северо-Восточного Алтая свойственны самые низкие концентрации ртути; самые высокие – почвам районов, тяготеющих к Катунскому разлому и районам ртутной полиметаллической минерализации. Остальная, большая часть рассматриваемого региона, по уровню содержания ртути в почве занимает промежуточное положение между первой и второй. В целом, география содержания ртути в почвенном покрове Алтайской горной области повторяет 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 гранулометрический 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 между содержанием илистой фракции (чернозем южный), емкостью катионного обмена (черноземные и каштановые почвы).

Значительная удаленность Горного Алтая от крупных индустриальных центров и экстенсивное ведение сельского хозяйства практически исключают антропогенное загрязнение ртутью. Однако, наличие на территории горной области промышленных месторождений ртути, мелких рудопроявлений и точек киноварной минерализации не исключает природных локальных загрязнений почв ртутью.

Нами исследовано содержание ртути в почвах Чаган-Узунского и Акташского месторождений, находящихся в бассейне р. Чуи. Результаты исследований 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 достигают 36 мг/кг.

Внутрипрофильное распределение ртути над месторождениями независимо 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 закономерностями географии ртути в почвообразующих субстратах, а внутрипрофильное распределение ртути является функцией почвообразовательных процессов и исходного содержания элемента в почвообразующей породе.

В исследованных растениях Горного Алтая 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 биосферы, 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 конечном итоге, в верхние горизонты почв, где в дальнейшем их поведение определяется свойствами последних. Длительность пребывания тяжелых металлов в педосфере существенно больше, чем в других компонентах биосферы. 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. Сравнение уровней содержания исследованных химических элементов в почвообразующих породах Алтайской горной области с их содержанием в земной коре показывает, что содержание меди, кобальта и ртути близко к кларку, марганца, цинка, кадмия – ниже, а молибдена и свинца – выше кларка (табл. 3).

По сравнению с почвообразующей породой в почвах 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 почвообразующих породах. Установленные нами закономерности не совпадают с мировыми данными, что связано со спецификой почвообразовательного процесса и перераспределением химических элементов в системе почвообразующая порода – почва в условиях горного рельефа. В то же время, как указывает А.А. Алексеенко (2000), в настоящее время кларки многих элементов подлежат уточнению.

Таблица 3

Содержание химических элементов, мг/кг

Химический элемент

Почвообразующие породы

Горного Алтая

Кларк в земной коре (Виноградов, 1962)

Почвы  Горного Алтая

Кларк в почвах мира

Виноградов, 1962

Кабата-Пендиас, 1989

Mn

664,9±17,4

1500

707,5±10,5

850

545

Zn

55,7±1,6

83,0

58,3±0,7

50

61,5

Cu

45,1±1,3

47,0

40,6±0,6

20

23,0

Co

18,7±0,6

18,0

16,9±0,3

10

8,5

Mo

4,3±0,2

1,0

4,2±0,1

2

2,0

Pb

19,9±1,3

16,0

19,1±0,9

10

10,0

Cd

0,01-2,2

13

0,01-0,11

0,5

0,5

Hg

0,089±0,012

0,08

0,116±0,003

0,01

0,01

Для эколого-биогеохимической оценки почвенного покрова Алтайской горной области был проведен сравнительный анализ элементного химического 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 пояса, почвах черноземного ряда и каштановых, что связано с биогенным накоплением элемента. В почвах высокогорного пояса этого не наблюдалось.

Для всех остальных химических элементов, как биогенных, так и токсикантов, уровни содержания в гумусовых горизонтах и в профиле в целом практически не различаются, что свидетельствует об отсутствии в Горном Алтае техногенного загрязнения тяжелыми металлами.

Концентрации исследуемых химических элементов в почвах Горного Алтая, за исключением районов ртутного рудопроявления, можно считать фоновыми, так как эти почвы не подвержены ни природному, ни антропогенному 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 концентраций тяжелых металлов, под которой понимают потенциальный запас буферности почв (Глазовская, 1997). Защитные возможности почв по отношению к микроэлементам, большинство из которых являются тяжелыми металлами, не беспредельны. Чем выше защитные возможности почвы, тем большее количество тяжелых металлов она в состоянии переводить в малодоступные для растений и слабомигрирующие соединения. Таким образом ограничивается движение избыточных количеств химических 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 буферности 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 горно-лесного пояса и почвы высокогорного пояса (горно-тундровые и горно-луговые) (табл. 4).

По отношению к элементам, подвижным в щелочной среде, буферная способность почв Горного Алтая значительно ниже (см. табл. 4).

Для оценки и прогнозирования воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды разработаны системы нормативов. При проведении эколого-биогеохимической оценки территории наиболее 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 нормативными 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 тяжелых металлов в почвах Горного Алтая не превышает величину ПДК и ОДК по всем исследованным элементам. 

Таблица 5

Содержание тяжелых металлов в почвах Горного Алтая и нормативные показатели, мг/кг

Элемент

Класс опасности

Содержание в почвах Горного Алтая

ПДК,  Кloke

(1980)

ОДК, ГН 2.1.7.020-94

ОДК, 1995

ПДК, МУ 2.1.7.730-99

песчаные

кислые

нейтральные

Mn

3

707,5±10,5

1500

1500

Zn

1

58,3±0,7

300

55,0

110,0

220,0

100

Cu

2

40,6±0,6

100

33,0

66,0

132,0

55

Co

2

16,9±0,3

50

Mo

4,2±0,1

5,0

Pb

1

19,1±0,9

100

32,0

65,0

130,0

30

32

Cd

1

1,6±0,2

3

0,5

1,0

2,0

Hg

1

0,12±0,01

2,1

Химический состав растений зависит от состава почв, на которых они произрастают, но не повторяет его, так как растения избирательно поглощают необходимые им элементы в соответствии с физиологическими и биохимическими потребностями.

В совокупности исследованных растений Горного Алтая средние содержания цинка, меди, кобальта близки к кларковым значениям, немного выше – молибдена, свинца, кадмия и ртути (табл. 6). Высокие верхние значения концентраций марганца, превышающие нормальные содержания, свойственны растениям-манганофилам, что не должно вызывать тревоги.

Растения Горного Алтая в основном используются в 2-х направлениях: как лекарственные и кормовые. Содержание исследуемых элементов в растениях Горного Алтая не превышает максимально допустимый уровень в кормах, а концентрация элементов-токсикантов – допустимый уровень для БАДов (биологически активных добавок) на растительной основе (табл. 7).

Таблица 6

Содержание химических элементов в растениях, мг/кг

Химический элемент

Растения Горного Алтая

Растительность суши

Авторы

Mn

15-500

А. Кабата-Пендиас,

Х. Пендиас, 1989

Zn

1,2-73

30,0

-« »-

В.В. Добровольский, 1998

Cu

5-30,0

А. Кабата-Пендиас,

Х. Пендиас, 1989

Co

Сл. – 1,98

0,01-2,0

-« »-

Mo

0,03-1,0

-« »-

0,6

В.В. Добровольский, 1983б

Pb

0,1-10,0

1,25

А. Кабата-Пендиас,

Х. Пендиас, 1989

В.В. Добровольский, 1998

Cd

0,08-0,28

А. Кабата-Пендиас,

Х. Пендиас, 1989

0,005

В.В. Иванов, 1997

Hg

0,015

В.В. Ковальский, 1974

0,012

В.В. Добровольский, 1983б

Таблица 7

Пороговые и нормативные концентрации химических элементов, мг/кг

Элемент

Среднее содержание в растениях Горного Алтая

Недостаток (нижняя пороговая концентрация)

Норма (пределы нормальной регуляции)

Избыток (верхняя пороговая концентрация)

МДУ для кормов

ДУ для БАДов

Mn

154,1±16,7

до 20

20-60

500

-

Zn

29,3±1,2

20-30

20-60

500

50-100

Сu

5,6±0,3

3-5

3-12

20-40

30-80

Co

Сл. – 1,98

0,1-0,3

0,3-1,0

1

1-3

Mo

0,99±0,01

0,2-2,5

1,0-2,5

2

2-3

Pb

1,80±0,09

60

3-5

6,0

Cd

0,095±0,015

0,3-0,4

1,0

Hg

0,0188±0,0013

0,05-0,1

0,1

Выводы

1. Разнообразные природно-климатические условия, отличающиеся сложностью геоморфологических, геологических, гидрографических, климатических условий, значительной пестротой растительного и почвенного покрова, обусловили различия в содержании и характере распределения химических элементов в наземных экосистемах Алтайской горной области.

Свойства основных почвообразующих пород различного генезиса (элювиально-делювиальных, аллювиальных, аллювиально-делювиальных, лессовидных карбонатных суглинков и бурых бескарбонатных глин) значительно варьируют.

Установленные физические и физико-химические параметры почв, влияющие на концентрацию, пространственное и внутрипрофильное распределение химических элементов: содержание гумуса, карбонатов, реакция среды, емкость поглощения, поглощенные катионы, а также гранулометрический состав изменяются в широких пределах. Содержание гумуса в органогенных горизонтах колеблется от 1,6±0,3 в светло-каштановых до 24,4±2,7% в горно-тундровых почвах; карбонатов – от 0 в почвах 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 сильнощелочной в каштановых почвах; гранулометрический состав – от песчаного до глинистого.

Неоднородность почвообразующего субстрата и свойств горных почв, ландшафтно-геохимических условий миграции в системе высотной поясности обусловливают значительную вариабельность концентраций биогенных микроэлементов и тяжелых металлов в педосфере Алтайской горной области.

По сравнению с почвообразующей породой в почвах фоновых территорий 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 почвообразующих породах.

2. Концентрации микроэлементов и тяжелых металлов в почвообразующих 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 Алтайской горной области находятся в пределах кларка и фоновых значений, за исключением меди, содержание которой превышает кларк в 2 раза, и составляют: 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.

Применение микроудобрений не повлияло достоверно на величину и качество урожая, а также практически не изменило содержание внесенных микроэлементов в растительной массе.

Концентрации тяжелых металлов в почвах Алтайской горной области, за исключением районов ртутного рудопроявления, можно считать фоновыми, так как эти почвы не подвержены ни природному, ни антропогенному 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) обнаружены 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, находящимся непосредственно над рудными телами. Ореолы рассеяния локализованы в пространстве, содержание ртути в почвах ореолов в 2-3 раза выше фоновых значений. Уровень концентраций кадмия в почвах в районах 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 свойственны все типы внутрипрофильного распределения микроэлементов: равномерное, с биогенным накоплением, с максимумом в карбонатном горизонте, элювиально-иллювиальное.

Внутрипрофильное распределение ртути и кадмия в почвах над месторождениями независимо от типа почвообразования характеризуется нарастанием 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 металлами.

5. Минимальные и максимальные содержания биогенных микроэлементов и тяжелых металлов в растениях Алтайской горной области различаются в десятки раз. В большей степени это обусловлено систематической принадлежностью вида, исследованным органом его (корни, надземная часть, цветки, листья) и, в меньшей – местом произрастания.

Концентрация химических элементов в растениях Горного Алтая, 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 определяется их физиологическими функциями в растительном организме; тяжелых металлов больше накапливается в корнях и меньше – в генеративных органах.

Среди растений горно-лесного пояса выделяется группа видов – манганофилов, отличающаяся высоким содержанием марганца.

6. Концентрации тяжелых металлов в почвах Алтайской горной области не превышают величин ОДК и ПДК, принятых в России и за рубежом, по всем исследованным элементам. 

Полученные результаты показывают, что высокой степенью буферности 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 горно-лесного пояса и почвы высокогорного пояса (горно-тундровые и горно-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 приоритетными в санитарно-гигиеническом аспекте химическими элементами, а также нормального (оптимального) содержания эссенциальных элементов.

Элементный химический состав почвообразующих пород, почв и растений Алтайской горной области можно рассматривать как отражение биогеохимической ситуации экологически чистого региона с ненарушенными естественными биогеохимическими циклами элементов. 

Предложения

Полученные результаты являются основой для мониторинговых исследований и прогнозирования эколого-биогеохимических изменений на территории Горного Алтая.

Их использование рекомендуется природоохранным и хозяйственным организациям для составления земельного кадастра, при проведении экологической экспертизы, планировании размещения новых населенных пунктов, объектов туризма, промышленных предприятий, транспортных коммуникаций, отведения территорий под сельскохозяйственное использование.

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. «Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине». 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. Ельчининова // Материалы международного симпозиума Проблемы формирования и развития эколого-экономической зоны «Горный Алтай». – Горно-Алтайск, 1992. – С. 25-28.
  4. Ельчининова, О.А. Кадмий в почвах долины Катуни и районов ртутных 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 месторождениями 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 естественных пастбищ Северного Алтая / О.А. Ельчининова // Материалы к научно-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. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Материалы междунар. конф.: Александр Гумбольдт и российская география. – Барнаул, 1999. – С.203-204.
  13. Ельчининова, О.А. Биогеохимия лекарственных растений Горного 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 сохранения видового разнообразия и генофонда. – Барнаул, 1999. – С. 33-38.
  15. Ельчининова, О.А. Биогеохимия радионуклидов и микроэлементов 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 урожайность и питательные свойства сена естественного луга. / О.А. Ельчининова // 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 ботанический состав лугопастбищных травостоев Северного Алтая. / О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // В сб. научн. тр. СО РАСХН: «Агрономические 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.: Тяжёлые металлы и радионуклиды в окружающей среде. – Семипалатинск, 2002. – С. 134-143.
  19. Ельчининова, О.А. Элементный химический состав лугопастбищных 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 Северного 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 лугопастбищных 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 естественных кормовых угодий Северного Алтая. / О.А. Ельчининова // Междунар. научно-практ. конф.: Вузовская наука – сельскому хозяйству. Кн. 1. – Барнаул, 2005. – С. 57-58.
  25. Ельчининова,  О.А. Элементный химический состав лугопастбищных травостоев Северного Алтая. / О.А. Ельчининова // Ползуновский 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 использования лекарственных растений Горного Алтая в медицине и сельском хозяйстве. – Горно-Алтайск, 2005. – С. 22-26.
  27. Ельчининова, О.А. Биогеохимические аспекты распределения ванадия в почвенном покрове Алтая. / И.А. Архипов, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова // Материалы V Междунар. биогеохим. школы: Актуальные 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 педосфере бассейна р. Катунь / И.А. Архипов, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова // 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 Российского государства. – Горно-Алтайск, 2006. – С.346-350.
  33. Ельчининова, О.А. Макро- и микроэлементный состав естественных травостоев Северного Алтая при разных способах использования / О.А. Ельчининова // Сборник научных трудов: Аграрные проблемы Горного 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 растениях 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 химический состав девясила высокого при возделывании в низкогорьях Алтая / 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 сопредельных 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.: Биоразнообразие, 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. Элементный химический состав растений Горного Алтая и факторы, его определяющие / 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. Ельчининова, Е.Ю. Черных, А.В. Пузанов // Мат. V междунар. научно-практ. конф.: Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Семипалатинск, 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.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.