Панин Михаил Семенович

доктор биологических наук, профессор, член восьми международных и республиканских академий, проректор по научной работе и международным связям Семипалатинского педагогического института, заведующий кафедрой экологии
 

Мобильные формы тяжелых металлов и микроэлементов в почвах


М.С. Паниным исследованы формы соединений ТМ и МЭ в почвах региона. Расчеты показали, что максимальная концентрация ТМ и МЭ фиксируется в решетке минералов - от 77,6 % до 97,6 % от концентрации их валовых форм.

По степени фиксации в решетке минералов ТМ и МЭ образуют следующий убывающий ряд: Zn > Mn > Co > Mo > Cu. Разные экстрагенты, характеризующие одну и ту же форму соединений, извлекают совершенно различные концентрации ТМ и МЭ, особенно из разных горизонтов почв, так как для разных экстрагентов возможен неодинаковый, а иногда и противоположный характер воздействия на гумусированные (поверхностные) и минеральные (иллювиальные, почвообразующие породы) горизонты почв.

Распределение форм соединений ТМ и МЭ по профилю почв и их корреляционная зависимость от физико-химических свойств почв (гумус, сумма обменных катионов, илистая фракция, физическая глина, карбонаты, рН) проявляется неоднозначно при использовании 14 различных экстрагентов.

Помимо общей высокой степени фиксации в решетке минералов (особенно это характерно для цинка), каждый ТМ и МЭ имеет специфическую форму соединения, в которой содержится его относительно высокая доля (процент от валового):
по марганцу - связанные с оксидами и гидроксидами железа (8,8) > обмен­ные (7,6) > кислоторастворимые (7,4) > в составе карбонатов (3,4) > связанные с органическим веществом (1,7) > водорастворимые (0,8);
по меди - кислоторастворимые (14,3) > связанные с оксидами и гидрокси­дами железа (13,3) > обменные (9,8) > связанные с органическим веществом (9,3) > в составе карбонатов (7,6) > водорастворимые (5,5);
по цинку - в составе карбонатов (1,9) > кислоторастворимые (1,7) > связанные с оксидами и гидроксидами железа = связанные с органическим веществом (1,3) > обменные (1,1) > водорастворимые (0,8);
по кобальту - кислоторастворимые (6,1) > связанные с органическим веще­ством = связанные с оксидами и гидроксидами железа (5,9) > обменные (4,1) > в составе карбонатов (3,9) > водорастворимые (1,7);
по молибдену - связанные с оксидами и гидроксидами железа (9,2) > кислоторастворимые = обменные (8,0) > связанные с органическим веществом (6,9) > водорастворимые (4,6).

Детально М.С.Паниным исследованы почвы средней полосы Восточного Казахстана на содержание подвижных форм ТМ и МЭ с использованием индивидуальных экстрагентов для каждого элемента: Mn- 0,1н.раствор Н2SO4; Сu- 1н.раствор НСl; Zn - СН3СООNH4 с рН=4,8; Co- 1н.раствор HNO3; Мо - оксалатная вытяжка Грига с рН=3,3.

Среднее содержание подвижного марганца в почвенной толще составляет 59,9 1,7 мг/кг; меди - 3,40,4 мг/кг; цинка - 0,200,006 мг/кг, кобальта - 0,91 0,02 мг/кг, молибдена -0,120,03 мг/кг.

Основные типы (группы) почв содержат неодинаковое количество подвижной фракции ТМ и МЭ. Максимум данной формы ТМ и МЭ обнаружен в лугово-болотных, засоленных (солонцах, солодях, солончаках), лугово-черноземных, пойменных и в горных почвах (за исключением молибдена), бурых почвах (за исключением молибдена); минимум - в песках, бурых, серо-бурых (за исключением молибдена), светло-каштановых почвах. Существенные отклонения в содержании и варьировании подвижных форм ТМ и МЭ характерны не только для различных типов почв исследуемого региона, но и для их подтипов и родов.

Выявлено, что в изученном участке педосферы доля подвижной фракции марганца составляет 5,4 %, меди - 14,5 %, цинка - 0,52 %, кобальта - 12,1 % и молибдена 10 % их валового содержания, а для совокупности горизонтов А1(Аmax) - соответственно (в %) 11,6; 19,4; 0,56; 14,0; 10,0.

Установлено, что во всех изученных почвах отчетливо выделяется биологическое накопление в верхних горизонтах подвижных форм марганца и меди. В горизонте А общей совокупности почв больше на 50,8 % марганца и на 34,1 % меди по сравнению с почвообразующей породой (горизонт С). Аккумуляция подвижного цинка, кобальта и молибдена по генетическим горизонтам в различных типах почв проявляется по - разному.

Концентрациям подвижной фракции ТМ и МЭ как в почвенном покрове изученной территории, так и среди педообразований, относящихся к одному генетическому типу, присуща значительная вариабельность, достигающая порой более 100 %. Выявлено, что среди факторов, вызывающих варьирование концентраций, определенную роль играют валовое количество ХЭ в почве, содержание в ней гумуса, илистых частиц, карбонатов, реакция среды. Между этими показателями и содержанием подвижных соединений ХЭ обнаружена существенная корреляционная связь.

Для всех элементов выявлена четкая прямая корреляционная зависимость от наличия в почвах валовых количеств ТМ и МЭ. Дополнительно на концентрацию подвижного марганца в большинстве исследуемых почв достоверное положительное влияние оказывает гумусированность, наличие карбонатов, рН почвенной среды; на концентрацию подвижной меди - гумус, илистая фракция; на концентрацию подвижной формы кобальта – илистая фракция, гумус, рН среды; на концентрацию подвижного цинка положительное влияние оказывает илистая фракция, отрицательное – наличие карбонатов, рН почвенной среды; на концентрацию подвижного молибдена положительное влияние оказывает рН среды, илистая фракция, отрицательное – карбонаты.

Расчеты исследователя показали, что запасы подвижной формы марганца в почвах региона составляют 165-798 кг/га, меди - 4,3-26,3 кг/га, цинка - 0,26-1,98 кг/га, кобальта - 2,5-11,2 кг/га и молибдена - 0,11-1,93 кг/га.

Подвижные формы марганца, меди и кобальта в почвах региона в состоянии обеспечить сотни хороших урожаев зерновых, зернобобовых культур. Запасы подвижного цинка и молибдена могут обеспечить небольшое количество урожаев. Поэтому необходимо широкое изучение эффективности цинковых и молибденовых удобрений под различные сельскохозяйственные культуры.

Анализ распределения подвижных форм ТМ и МЭ в почвах региона позволил М.С. Панину установить, что при всех уровнях значимости (0,95; 0,99; 0,999) 50 % исследованных почв имеют нормальное распределение по подвижному марганцу, 45,9 % - по подвижной меди, 36,8 % - по подвижному цинку, 36,4 % - по подвижному кобальту и 50 % - по подвижному молибдену.

Для 28,7 % почв региона характерно распределение статистических дат, отличное от нормального при всех степенях достоверности различий по подвижному марганцу, 24,3 % - по подвижной меди, 36,8 % - по подвижному цинку, 22,7 % - по подвижному кобальту и 17,5 % -по подвижному молибдену.

В диапазоне до 35 мг/ кг подвижного марганца в почвах региона сосредоточено 20,6 % показателей выборки, от 35 до 70 мг/кг - 31,9 %, от 70 до 100 мг/кг - 18,7 % , от 100 до 150 мг/кг - 12,4 % и более 150 мг/кг почвы - 9,2 %.

В диапазоне до 2,5 мг/кг подвижной меди в почвах сосредоточено 25,7 % показателей выборки, от 2,5 до 5,0 мг/кг - 44,9 %, от 5,0 до 5,7 мг/кг - 18,9 %, от 7,5 до 9,5 мг/кг - 6,5 % и более 9,5 мг/кг почвы - 2,3 %.

В диапазоне до 0,12 мг/кг подвижной фракции цинка в почвах содержится 51,1 % показателей выборки, от 0,12 до 0,24 мг/кг - 20,9 %, от 0,24 до 0,96 мг/кг - 22,3 % и более 1,0 мг/кг - 6,0 % показателей выборки.

67,7 % исследуемых почв региона содержат от 0,5 до 1,5 мг/кг подвижного кобальта, 13,5 % - от 1,5-до 2,0 мг/кг, 3,1 % - от 2,0 до 2,5 мг/кг и 2,2 % - более 2,5 мг/кг почвы.

67,2 % почв содержат от 0,0 до 0,12 мг/кг оксалат-растворимого молибдена, 24,1 % - от 0,12 до 0,22 мг/кг, 8,7 % - от 0,22 до 0,32 мг/кг и 1,3% - более 0,32 мг/кг.

По результатам исследований М.С.Панина, исследуемую территорию можно отнести к биогеохимической провинции с резким дефицитом подвижного цинка, кобальта, молибдена, со средним содержанием подвижной меди и повышенным содержанием подвижного марганца.

Выявлена природная широтная, вертикальная и геоморфологическая зональность в распределении фоновых концентраций подвижных форм ХЭ в почвах средней полосы Восточного Казахстана.

На основании проведенной группировки почв в зависимости от уровня концентрации в них марганца, меди, цинка, кобальта и молибдена М.С. Паниным составлены схематические карты валовых и подвижных форм ТМ и МЭ в пахотном (А1) горизонте почв средней полосы Восточного Казахстана, имеющие не только познавательное, но и прикладное значение.

Результаты многолетних полевых опытов, проведенных М.С.Паниным, показывают, что на территории исследуемого региона имеются почвы, на которых перспективно применение микроудобрений. Так, например, прибавка урожая яровой пшеницы, ячменя, овса и кукурузы на силос под влиянием медных удобрений составила 9,1-27,8 %, под влиянием цинковых -10,9-45,6 %, под влиянием марганцевых - 4,3-33,8 %, под влиянием кобальтовых -4,4-22,4 %, под влиянием молибденовых удобрений - 3,7-17,3 %.

Научные материалы М.С. Панина по фоновому содержанию форм соединений ТМ и МЭ в почвах могут быть использованы в целях проведения комплекса мероприятий, направленных на оптимизацию пищевого режима растений по микроэлементам, при определении необходимого количества микроудобрений для исследуемого региона. Эти материалы будут способствовать рациональному размещению культур в севообороте, получению программированных урожаев полевых культур и эффективному использованию естественного плодородия почв и микроудобрений.

Знание фонового содержания ТМ и МЭ в почвах региона имеет большое практическое значение для совершенствования организации геохимического мониторинга и разработки стратегии рационального природопользования, для оценки устойчивости и стабильности экосистем региона на пороге климатических и геохимических изменений в результате глобального и регионального антропогенного воздействия.

Возврат к списку