Содержание микроэлементов в черноземах обыкновенных и их гуминовых кислотах (на примере Южного Урала) | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 4 (16).

Содержание микроэлементов в черноземах обыкновенных и их гуминовых кислотах (на примере Южного Урала)

Проведена оценка вклада гуминовых кислот (ГК) в связывание микроэлементов (в том числе тяжелых металлов) черноземами обыкновенными. Предложен подход к непосредственной оценке доли связанных гуминовыми кислотами микроэлементов в их общем почвенном пуле, который включает пересчет содержания отдельных микроэлементов в препаратах ГК на углерод гуминовых кислот почвы (вмг/кг) и последующее соотнесение их количеств. При пересчетах учитывались содержание общего органического углерода в почве, доля гуминовых кислот в составе гумуса, содержание микроэлементов и мас. % углерода в препаратах ГК. Незначительное превышение ПДК в черноземах обыкновенных выявлено только для Mo, Zn и Pb. Из часто встречающихся в почвах Южного Урала микроэлементов As и Hg не обнаружены ни в почвах, ни в гуминовых кислотах. В последних отсутствуют также Cd и Co. Доля микроэлементов в черноземе обыкновенном Южного Урала, приходящаяся на гуминовые кислоты, уменьшается в ряду Cu > Mo > Cr > Zn >Ni > Pb > Ti > V. В незначительных количествах выявлены элементы, связанные с ними (Mn, Ag). Общая доля микроэлементов, обнаруженных в гуминовых кислотах, в среднем составляет около 25% от общего их содержания в почвах.

The amount of trace elements in ordinary chernozem and their humic acids (on an example of South Urals).pdf ВведениеМикроэлементный состав почвенной массы черноземов обыкновенных, составляющих большой процент площадей в структуре почвенного покрова степной части Южного Урала, в целом освящен в литературе, однако вопросы, касающиеся вклада отдельных почвенных компонентов в формирование и накопление микроэлементов, в том числе тяжелых металлов (ТМ), отражены внедостаточной степени. Это касается и такого компонента почв, как гумус, который в минеральных горизонтах может содержать до 50% от общего содержания микроэлементов в почве [1]. Выявлена положительная связь между содержанием гумуса и концентрацией микроэлементов. Имеются данные, что гумусовые вещества способны сорбировать от 1 до 100% валового количества меди и до 40% молибдена [1, 2]. Большое количество разнообразных функциональных групп в гуминовых кислотах, имеющих сродство с ионами металлов, среди которых главенствующую роль, как свидетельствует большинство исследований, играют карбоксильные и фенольные группы [3], позволяет тяжелым металлам образовывать с этим компонентом почв соединения различной природы. Взаимодействия между металлами и гумусовыми веществами могут происходить разными путями: ионного обмена, сорбции на поверхности, хелатообразования, сокоагуляции и пептизации и др. [1, 2]. Органическое вещество почвы может также образовывать связи с анионогенными элементами, такими как B, I, Se. Микроэлементы, в том числе и тяжелые металлы, могут связываться с гуминовыми кислотами через различные гетероатомы, такие как азот, кислород, сера. Гуминовые кислоты образуют как отчасти растворимые комплексы с металлами (с Mn, Co, Ni), так и комплексы, нерастворимые в воде (с Cu, Fe и Cr). Из всех ионов металлов наибольшее удержание гуминовой кислотой наблюдается у Fe, Cu, Zn. Установлено, что чем ниже содержание металла, тем выше энергия образования металлоорганических соединений.Несмотря на сравнительно большую информацию о способности гуминовых кислот связывать микроэлементы [1, 2, 4-8], абсолютное большинство сведений принадлежит лабораторным экспериментам, проводимым с выделенными из почвы гумусовыми кислотами. Имеющиеся немногочисленные количественные микроэлементные характеристики препаратов гуминовых кислот до сих пор не позволяли непосредственно оценить долю вклада этого компонента гумуса в общий пул микроэлементов в почвах, поскольку это требовало введения единой для почв и гумусовых веществ количественной основы, дающей возможность их сопоставления. В настоящей статье предлагается подход к оценке доли вклада гуминовых кислот в общий микроэлементный пул почвы на примере черноземов обыкновенных степной зоны Южного Урала.Материалы и методики исследованияИзучался микроэлементный состав черноземов обыкновенных, распространенных на относительно незагрязненной тяжелыми металлами территории заповедной зоны «Аркаим» (Челябинская область) [9], а также выделенных из их верхней среднесуглинистого состава 40-50-сантиметровой толщи гуминовых кислот. Только изучая содержание ТМ и других микроэлементов в почвах и их гуминовых кислотах на относительно чистых территориях, можно оценить способность одного из компонентов гумусовых веществ в их связывании, приэтом полученные результаты будут свидетельствовать о возможностях ГК в конкретных ландшафтных условиях. Почвы сформированы в условиях целинной полынно-типчаково-ковыльной степи, проективное покрытие травянистого яруса которой составляет 60-70%. Почвы содержат в горизонте А в среднем 6-8% общего органического углерода, четверть из которого приходится на гуминовые кислоты, выделяемые щелочным гидролизом после декальцирования (23-25%). Обуглероженность гуминовых кислот верхних гумусовых горизонтов варьирует от 50 до 56% от массы препарата. Имеются сведения, что состав ГК в верхней гумусированной толще почвенного профиля характеризуется следующими среднестатистическими величинами: С = 53,7 ± 0,62; H = 3,5± ± 0,59%; O = 39,3 ± 0,81%; N = 3,5 ± 0,59 мас. % [10]. Почвенные образцы отбирались сплошной колонкой каждые 2-10 см в пределах границ генетических горизонтов. Гуминовые кислоты выделялись из 0,1n NaOH вытяжки после предварительного декальцирования путем их осаждения 2n HCl с последующим растворением в щелочи и переосаждением [11]. Содержание общего органического углерода определялось по Тюрину, доля углерода гуминовых кислот - по Пономаревой - Плотниковой [12]. Микроэлементный состав почв и их важнейшего компонента - гуминовых кислот - определялся атомно-эмиссионным спектральным методом с использованием зоны до слияния струй в двухструйном дуговом плазмотроне, что позволило в единых условиях по одному и тому же набору образцов сравнения на основе графитового порошка проанализировать почвы и гуминовые кислоты. Примененная методика основана на том, что в зоне до слияния струй в двухструйном дуговом плазмотроне (который позволяет анализировать не только растворы, но и порошковые пробы) могут быть созданы условия, обеспечивающие независимость аналитического сигнала от состава проб, причем добавка к пробе 15% NaCl позволяет не только увеличить интенсивность аналитических линий, но и подавить матричные влияния [13]. Определение микроэлементного состава в гуминовых кислотах проводилось непосредственно в порошковых препаратах. Для проверки правильности анализа и влияния органической матрицы определение дублировалось после их предварительного озоления при t = 500-550°С в течение 2-3 ч. Стабильные количественные результаты при прямом определении элементов в порошке получены для большинства элементов всех гуминовых кислот, исключая бор и фосфор, результаты определения которых не обсуждаются. Погрешность анализа характеризуется относительным стандартным отклонением - 0,05-0,2.Элементный состав гуминовых кислот определялся в аналитической лаборатории НИОХ СО РАН (Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова) под руководством доктора химических наук В.П. Фадеевой на автоматических элементных СНN-анализаторах фирмы Hewlett Packard mod.185 и фирмы Carlo Erba mod.1106 и дублировался классическим методом по Преглю.Содержание отдельных микроэлементов в препаратах гуминовых кислот было пересчитано на углерод ГК почвы (в мг/кг), для чего учитывалось содержание общего органического углерода в почве, доля гуминовых кислот в составе гумуса, содержание микроэлементов и мас. % углерода в препарате ГК. Параллельное изучение едиными методами и методическими приёмами содержания основных микроэлементов в почвах и гуминовых кислотах при наличии данных о доле этого компонента в почвах и его элементного состава позволяет проводить количественные сопоставления и непосредственно оценить долю микроэлементов, связанных гуминовыми кислотами, в общем микроэлементном пуле почв.Результаты исследования и обсуждениеАнализ результатов микроэлементного состава черноземов обыкновенных (табл. 1) позволяет отметить, что несмотря на варьирование содержания отдельных элементов, в целом почвы не загрязнены. Однако отдельные определения показали превышение ПДК, что сказалось на среднестатистических величинах содержания таких микроэлементов, как Mo, Zn, Pb, которые, хотя и незначительно, лежат выше границы возможных предельных их концентраций. Считается, что содержание молибдена в почвах обычно близко к его концентрации в материнских породах. В почвах мира количество этого элемента варьирует в пределах 0,013-17,0 мг/кг. В нашем случае его содержание колеблется в пределах 4-8 мг/кг почвы. В то же время содержание большинства микроэлементов-загрязнителей, таких как хрома, меди, марганца, никеля, ванадия, титана, кобальта и кадмия, лежит ниже величины ПДК (табл. 2). Т а б л и ц а 1Микроэлементный состав черноземов обыкновенных* ГоризонтГлубина, смСодержание микроэлементов в почве, мг/кгAgCrCuMnMoZnNiPbVTiCo12345678910111213Разрез 9511Ад0-521004052089050501301 90019А5-100,61004054089050401502 1002410-160,6903056086050301402 60025АВ16-20370304706405030901 50018Разрез 9512Ад0-3 Zn > Ni > V > Pb > Mn, причем два последних элемента связываются гуминовыми кислотами в минимальных количествах, не превышающих 0,1 мг/кг. Наибольшая доля среди связанных гуминовыми кислотами микроэлементов характерна для Cu. В среднем на ГК приходится почти 14% этого элемента от валового его содержания в почве, при этом максимальная доля близка к 52%, а минимальная - не превышает 2%. Способность ГК образовывать устойчивые соединения с медью отмечалась для этого элемента ранее [1]. Установлено, что на долю органического вещества в черноземеСодержание микроэлементов в гуминовых кислотах почв*ГоризонтГлубина, смСобщ., %%ГКмас. % С в ГК*Содержание микроэлементов, пересчитанное на углерод ГК почвы: в числителе - в мг/кг, в знаменателе - процент от валовогоAgCrCuMnMoZnNiPbVTiРазрез 9511Ад0-57,1930,556,00,01 0,51,17 1,75,09 12,70,16

Ключевые слова

trace elements, humic acids, chernozem, микроэлементы, гуминовые кислоты, черноземы

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Дергачева Мария ИвановнаИнститут почвоведения и агрохимии СО РАН (г. Новосибирск)доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник, профессор кафедры почвоведения и экологии почв Томского государственного университета (г. Томск)
Некрасова Ольга АнатольевнаУральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, (г. Екатеринбург)кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии биологического факультетаo_nekr@mail.ru
Всего: 2

Ссылки

Зырин Н.Г., Рерих В.И., Тихомиров Ф.А. Формы соединения цинка в почвах и поступление его в растения // Агрохимия. 1976. № 5. С. 124-132.
Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л. : Агропромиздат, 1987. 141 с.
Заксас Н.П., Дергачева М.И., Шелпакова И.Р. Новые аналитические возможности двухструйного дугового плазмотрона при изучении микроэлементного состава гуминовых кислот почв разного генезиса // Гуминовые вещества в биосфере : тезисы докл. II Межд. конф. М. ; СПб., 2009. С. 36-37.
Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Методические указания по определению содержания и состава гумуса в почвах. Л. : Изд. Почв. музея им. В.В. Докучаева, 1975. 105 с.
Дергачева М.И., Некрасова О.А., Лаврик Н.Л. Гуминовые кислоты современных почв Южного Урала. Новосибирск, 2002. 24 с.
Некрасова О.А., Дергачева М.И. Микроэлементный состав гуминовых кислот черноземов обыкновенных Большекарганской долины (Южный Урал) // Современные проблемы загрязнения почв. III Международная научная конференция : сб. материалов. М., 2010. С. 263-266.
Еремченко О.З. Природно-антропогенные изменения солонцовых почв в Южном Зауралье. Пермь : Изд-во Перм. ун-та, 1997. 319 с.
Дерхам Х.М. Взаимодействие тяжелых металлов (медь и цинк) с органическими и минеральными компонентами почв : автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2009. 16 с.
Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2001. 229 с.
Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. М. : Эдиториал УРСС, 1999. 168 с.
Степанова М.Д. Микроэлементы в органическом веществе почв. Новосибирск : Наука, 1976. 107 с.
Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М. : Высшая школа, 1975. 496 с.
Merdy P., Huclier S., Koopal L.K. Modeling metal-particle interactions with an emphasis on natural organic matter // Environ. Sci. Technol. 2006. Р. 7454-7466.
Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М. : Мир, 1989. 439 с.
Манская С.М., Дроздова Т.В. Геохимия органического вещества. М. : Наука, 1964. 314 с.
 Содержание микроэлементов в черноземах  обыкновенных и их гуминовых кислотах (на примере Южного Урала) | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 4 (16).

Содержание микроэлементов в черноземах обыкновенных и их гуминовых кислотах (на примере Южного Урала) | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 4 (16).

Полнотекстовая версия