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
 

Валовое содержание тяжелых металлов и микроэлементов в почвах


Определено, что среднее содержание марганца в горных породах средней полосы Восточного Казахстана составляет 757,4 мг/кг, меди - 65,3 мг/кг, молибдена - 2,9 мг/кг, цинка – 83,0 мг/кг, кобальта - 14,0 мг/кг. Содержание марганца, меди, кобальта в магматических горных породах убывает от основных пород к кислым, а содержание молибдена - от кислых к основным. В горных породах региона содержание марганца и кобальта ниже (в 1,5 и 1,4 раза соответственно), а меди и молибдена выше (в 1,4 и 2,5 раза соответственно) их кларка в земной коре.

Горные породы, на дериватах которых развивается почвенный покров, достаточно разнообразны по содержанию ТМ и МЭ. Как было выявлено, эти различия обусловлены минералогическим, петрографическим, химическим составом горных пород, условиями их образования, неодинаковой концентрацией ТМ и МЭ в почвообразующих и акцессорных минералах.

М.С.Паниным было установлено, что распределение ТМ и МЭ в горных породах региона не соответствует нормальной функции.

Выявлено, что среднее содержание марганца в почвообразующих породах исследуемого региона составляет 608,7 мг/кг, меди - 16,9 мг/кг, молибдена - 1,1 мг/кг, цинка - 46,0 мг/кг, кобальта - 7,7 мг/кг, кадмия – 0,35 мг/кг, свинца – 16,6 мг/кг, хрома – 76,0 мг/кг.

Почвообразующие породы исследуемого региона характеризуются молибденово-марганцевой геохимической специализацией:
Mo1,0 Mn0,6 Zn0,6 Co0,5 Cu0,4

Среднее содержание марганца, меди, цинка, кобальта в почвообразующих породах изученной территории ниже их кларка в земной коре (в 1,6; 2,8; 1,7; 2,3 раза соответственно). Содержание молибдена соответствует кларку. Наиболее высокие концентрации ТМ и МЭ обнаружены в тяжелых почвообразующих породах (третичные глины, лессовидные суглинки), низкие - в легких породах (древнеаллювиальные пески и супеси, элювиальные суглинки и супеси).

Распределение марганца, меди, кобальта в почвообразующих породах подчиняется нормальной функции, в отношении молибдена, цинка есть отклонения.

Подтверждено, что почвы изученной территории в определенной степени наследуют уровень содержания ТМ и МЭ, обнаруженный в почвообразующих породах. По величине указанной корреляционной зависимости для общей совокупности почв региона ТМ образуют следующий убывающий ряд: Zn>Co>Mn>Cu>Mo. Наиболее высокая корреляционная связь между валовым содержанием ТМ и МЭ в горизонте А1(Апах) и почвообразующей породе (горизонте С) характерна для горных, темно-каштановых почв и черноземов.

Однако корреляционные связи между микроэлементными составами почвообразующих пород и формирующихся на них почв сильно нарушены гипергенезисом, вызывающим энергичную передислокацию ТМ и МЭ в почвенной толще и способствующим переориентации функций их распределения с нормального вида на логнормальный.

Установлено, что средняя концентрация валовых форм марганца в почвенной толще региона составляет 626,65,7 мг/кг, меди-18,50,2 мг/кг, цинка - 38,20,5 мг/кг, кобальта - 7,50,07 мг/кг и молибдена 1,20,02 мг/кг, хрома 67,1  5,9 мг/кг, кадмия 0,390,006 мг/кг, свинца 17,10,3 мг/кг.

Выявлена значительная пестрота концентраций ТМ и МЭ не только в почвах разного генезиса, но и среди представителей одного типа.

По усредненным данным, наибольшая средняя концентрация валовых форм ТМ и МЭ характерна для горных, луговых, солонцовых и черноземных почв, обогащенных органическим веществом и в основном суглинистых и глинистых, наименьшее же количество ТМ и МЭ свойственно светло-каштановым, бурым и серо-бурым почвам, малогумусным и легким по гранулометрическому составу.
В почвах разного генезиса и на разных уровнях их организации порядок концентрирования ТМ и МЭ имеет вид: Mn > Zn > Cu > Co > Mo.
Почвы региона, как и почвообразующие породы, характеризуются молибдено-марганцевой геохимической специализацией:
Mo1,2 Mn0,6 Zn0,5 Co = Cu0,4

Результирующий эффект перераспределения ТМ и МЭ в каждом конкретном случае неодинаковый и зависит преимущественно от направления и степени развития почвообразовательного процесса и особенностей поведения элементов в ландшафте. Общим свойством почвообразования является биогенное накопление ТМ и МЭ в гумусовом слое почвы. В большей степени оно характерно для марганца, меди и цинка, в меньшей степени - для кобальта и, особенно, для молибдена.

Величина кларка концентрации ТМ в морфологическом профиле почв в ряду генетических горизонтов выглядит следующим образом (Кк):
А119,8 В109,4 С96,5

Установлено, что в гумусовом горизонте А1(Аmax) общей совокупности почв по сравнению с почвообразующей породой (горизонт С) на 32,9 % больше валового марганца, на 28,9 % - меди, на 22,9 % - цинка, на 11,9 % - кобальта и на 7,9 % - валового молибдена.

Выявленные закономерности в распределении валового молибдена по профилю почв незначительны и достоверны лишь для общей совокупности лугово-черноземных, горных и лугово-каштановых почв. Для остальных почв закономерности в распределении валового молибдена по профилю почв не обнаружено, зачастую его накопление происходит в нижних горизонтах. Так, в общей совокупности светло-каштановых почв и солонцов в горизонте С валового молибдена на 2,2 % и на 13,4 % соответственно больше, чем в горизонте А.

По величине коэффициента вариации в общей совокупности почв исследуемые ТМ и МЭ образуют следующий убывающий ряд: Mo>Zn>Mn>Pb>Cu >Cd>Co>Cr, причем коэффициент вариации молибдена в почвах региона в 2-2,5 раза выше варьирования других элементов. Более высокие коэффициенты вариации ТМ и МЭ характерны для солонцов, луговых и серо-бурых почв.

Исследованиями установлено, что валовое содержание ТМ и МЭ в почвах региона определяется преимущественно содержанием их в почвообразующей породе, наличием органического вещества и илистой фракции. Ранжированные ряды ТМ и МЭ по убывающей, в зависимости от указанных факторов, следующие:
  • для почвообразующих пород - Zn > Mn > Cu > Co > Mo;
  • для гумуса - Mn > Co > Cu > Zn > Mo;
  • для илистой фракции - Cu > Mo > Zn > Co > Mn.
Наличие физической глины, карбонатов, реакция среды на концентрацию валовых форм ТМ и МЭ влияния не оказывают: между ними не получено достоверной корреляционной связи.

Расчеты М.С.Панина показали, что распределение валовых форм ТМ и МЭ в почвах исследуемой территории в основном подчиняется нормальной функции. Исключением для марганца при 5 % уровне значимости являются солонцы и черноземы; для меди - темно-каштановые, лугово-каштановые почвы, солонцы; для кобальта - черноземы и горные черноземы; для молибдена - темно-каштановые и светло-каштановые почвы. Для цинка 18,2 % почв региона имеют распределение дат, отличное от нормального при всех степенях достоверности различий.

Выявлено, что максимальное содержание валовых форм ТМ и МЭ характерно для Чингиз-Тарбагатайского региона, Приобского плато, предгорий Калбинских гор, Алтая; минимальное - для Прииртышской, Балхаш-Алакольской, Зайсанской впадин, Казахского мелкосопочника.

Определены запасы валовых форм ТМ и МЭ в почвах средней полосы Восточного Казахстана. Для марганца они составляют 377-8878 кг/га, меди - 39-213 кг/га, цинка - 57-335 кг/га, кобальта - 10-83 кг/га и молибдена - 1,8-10,1 кг/га.

Возврат к списку