Валовое содержание микроэлементов в почвообразующих

Валовое содержание микроэлементов в почвообразующих

исследований), мг/кг.

Примечание: . – главное значение в питании растений; .. – малое значение в питании растений, при большом количестве токсичны; … - не имеют существенного значения, часто токсичны; …. – роль не существенна, значение не оценено.

Кларки концентрации микроэлементов в почвообразующих породах пригородной зоны

Г.Н.Новгорода (по материалам полевых исследований автора)

Элемент	Кларк земной коры, мг/кг	Песчаные отложения		Супесчаные отложения		Суглинистые отложения
		Древнеаллю- виальный песок	Флювиогля-циальный песок	Древнеаллю-виальные и флювиогля-циальные супеси	Ледниковые песчанисто- суглинистые отложения	Аллюви– альные суглинки	Древнеал– лювиальные суглинки	Покровные суглинки	Лессовидные суглинки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Mn	900	0,11	0,11	0,5	0,4	0,3	0,3	0,3	0.3
Ni	80	0,1	0,1	0,4	0,1	0,3	0,5	0,3	0,3
Co	31	0,07	0,1	0,7	0,3	0,2	0,3	0,25	0,5
Ti	6000	0,4	0,3	0,5	0,7	0,5	0,8	0,6	1
V	150	0,1	0,2	0,7	0,2	0,5	0,5	0,5	0,5
Cr	210	0,1	0,15	0,7	0,25	0,5	0,7	0,7	0,7
Mo	3	0,15	0,3	0,25	0.25	0,33	0,33	0,33	0,33
Zr	210	0,9	1,4	1	2,4	1,4	5	2,4	2,4
Cu	100	0,03	0,04	0,2	0,05	0,2	0,10	0,2	0,2
Pb	16	0,6	0.6	3	1,3	0,6	1,3	1,3	1,3
Zn	50	0,1	0,1	1	-	0,1	0,2	0,2	0,4
Sn	40	-	-	0,05	-	0.02	-	-	-
Ga	15	0,7	0,6	2	0,6	1	1,1	1,3	1
Be	6	0,1	0,1	0,1	0,15	0,15	0,3	0,17	0,2
Sc	22	0,1	0,2	0,7	0,7	0,7	0,8	0,9	1,4
Y	28	0,1	0,18	0,18	0,8	0,7	0,5	0,8	0,8
Yb	0,33	1	1,5	6,00	1,5	3	4	6	6
P	800	1	1.0	1	1	1,3	1	1	1,3
Li	65	-	0,6	0,8	-	0.5	-	-	0,6
Sr	400	0,2	0,25	0,5	0,2	0.25	0,4	0,4	0,4
Ba	500	0,2	0,4	1,6	1	1	1,2	1,2	1

концентрации – это отношение содержания микроэлемента в почвообразующей породе к кларку элемента в земной коре.)

Прежде всего, нельзя не обратить внимание, что содержание микроэлементов в породе увеличивается с утяжелением механического состава (древнеаллювиальные и аллювиальные пески < флювиогляциальные пески < древнеаллювиальные и флювиогляциальные супеси < аллювиальные суглинки и ледниковые песчанисто-суглинистые отложения < покровные и древнеаллювиальные суглинки < лессовидные суглинки).

В древнеаллювиальных песках кларки концентрации микроэлементов очень низкие, для многих микроэлементов соответствуют 0,1 и ниже, лишь Yb и P содержатся в количествах, близких к содержанию этих элементов в земной коре (кларки концентрации равны 1). Во флювиогляциальных песках кларки концентрации > 1 имеют уже три элемента: Yb, P и Zr.

В супесчаных отложениях кларки концентраций микроэлементов еще выше: кларк концентрации Yb возрастает до 6 (в древнеаллювиальных и флювиогляциальных супесях), Zr – до 2,4; кларк концентрации Pb – 1,3 – 3,0, Ga – 2, Ba – 1,6.

В суглинистых породах кларки концентраций значительно > 1 у Ti, Pb, Ga, Sc, Ba, P, а у Yb и Zr возрастают до 5 – 6.

Для всех почвообразующих пород области характерно повышенное содержание Yb и Zr. Концентрации этих элементов возрастают в осадочной породе по сравнению с содержанием их в литосфере в несколько раз.

Как было уже сказано, основными почвенными типами на территории Нижегородской агломерации являются подзолистые (подтип дерново-подзолистые), серые лесные, аллювиально-дерновые и болотные. Небольшими участками встречаются черноземы, а также избыточно-увлажненные (оглеенные разности).

Изучению микроэлементов в почвах области посвящены две статьи А.С. Фатьянова (1964, 1972) и статья И.М. Деньгуб (1981). В статьях дается анализ содержания в почвах области 5 микроэлементов, в т.ч. Cu, Zn, Co, Mo, Mn. Эти микроэлементы отличаются достаточно высоким биологическим поглощением. И.М. Деньгуб (1981) отмечает, что у почв, развившихся на флювиогляциальных песках, содержание Сu в пахотном слое по сравнению с материнской породой увеличилось почти вдвое, в других разностях, развившихся на породах иного генезиса и разного механического состава, содержание Cu в верхнем горизонте может быть или меньше, чем в материнской породе, или соответствовать ему. Наши данные (таблицы 19, 20, 21) подтверждают эти выводы.

Элювиально-аккумулятивный коэффициент у Zn, Co, Мn также может быть равен 1 или меньше, лишь у Mn он может повышаться до 3,0 или опускаться до 0,2. Достаточно активное биологическое поглощение и сильная миграционная способность перечисленных выше микроэлементов (Сu, Zn, Co, Mn), а также Ni, Cr, Be, Sr, Li не способствуют активному естественному накоплению их в почвах пригородной зоны г. Нижнего Новгорода. Содержание микроэлементов в каждом конкретном случае зависит от механического состава почв, ее гумусности и кислотности.

Другая группа микроэлементов (Ti, Zr, Pb, Ga, Sc, Y, Yb) отличается слабой способностью к миграции в кислой и слабокислой среде, для этих микроэлементов характерно также слабое биологическое поглощение, поэтому наблюдается некоторое естественное их накопление в почвах пригородной зоны. Элювиально-аккумулятивный коэффициент может достигать 2 у Ti, Y; 3 – у Pb, Yb; 4 – у Zr.

Что касается распределения микроэлементов по профилю почвы (по генетическим горизонтам), то, как показано на рис. 1 и 2 в содержании 10

с
Аı
м 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 300 400 500 600 700 800 900 мг/кг

10
20

А2

30

4

1.- Mn 6.- Cu

2.- Ni 7.-Pb,Ga

3.- V 8.- Sr

4.- Cr 9.-Ba

5.- Zr
0

В

50

60

70

ВС

80

90

С

100
110

Рис. 1. Распределение валовых содержаний микроэлементов в дерново-подзолистой глубокооподзоленной

среднесуглинистой почве, развившейся на древнеаллювиальном суглинке ( разрез 1515,

Балахнинский район, I надпойменная терраса р.Волги)

с
Аı

10

20

30

4

1.- Mn 6.- Cu

2.- Ni 7.- Pb

3.- V 8.- Ga

4.- Cr 9.- Sr

5.- Zr
0

В1

50

6
В2

80

ВС

90

110
120

Рис. 2. Распределение валовых содержаний микроэлементов в серой лесной

легкосуглинистой почве, развившейся на лессовидных суглинках (разрез 1501, Богородский район, местный водораздел)
микроэлементов (Mn, Ni, V, Cr, Zr, Cu, Pb, Ga, Sr, Ba) наблюдается в профиле 2 максимума: в верхнем аккумулятивном горизонте А (Ап), обогащенном гумусом, и в иллювиальной зоне (горизонт В), где содержится большое количество илистых частиц. Для других микроэлементов (Co, Ti, Mo, Zn, Sn, Be, Sc, Y, Yb, Li) такая закономерность не выявляется.

В аллювиально-дерновых почвах (по сравнению с дерново-подзолистыми и серыми лесными) наблюдается несколько повышенное содержание ряда микроэлементов, в т.ч. Mn, Cr, Be, Sr, Zr, Pb. Элювиально-аккумулятивные коэффициенты этих элементов составляют 1-3.

В избыточно увлажненных почвах не выявлено повышенных концентраций микроэлементов, за исключением Ti, Y, Zr.

На содержание микроэлементов в почвах различных геохимических ландшафтов оказывает влияние механический состав, гумусность, о чем было сказано выше, а также кислотность, способность активно поглощаться растениями и миграционная активность.

Таблица 19

Валовое содержание микроэлементов в гумусовых горизонтах почв

пригородной зоны г. Н. Новгорода (по материалам полевых исследований автора), мг/кг

Таблица 20

Элювиально-аккумулятивные коэффициенты (ЭАК) микроэлементов

в гумусовых горизонтах почв пригородной зоны г.Н.Новгорода

(по материалам полевых исследований автора)

Э л е м е н т	Дерново – подзолистые разной степени оподзоленности												Серые лесные легкосугли- нистые на покровных и лессовидных суглинках			Аллювиально-дерновые среднесугли-нистые на аллювиальном суглинке			Избыточно увлажнен. Дерново-подзолистые на древнеал. супесчаных отложениях
	Песчаные на древне аллюви- альных, иногда фл.гляц песках			Супесчаные на древнеаллюв. супесч. отложениях			Легкосугл. и песч.-сугл.на древнеаллюв., иногда ледник.			Среднесугл. на древнеаллю-виальных суглинках									Оглеенные			Иллювиально-железистые
	А	С	ЭАК	А	С	ЭАК	А	С	ЭАК	А	С	ЭАК	А	С	ЭАК	А	С	ЭАК	А	С	ЭАК	А	С	ЭАК
Mn	300	100	3,0	800	500	1,6	400	800	0,5	800	800	1,0	800	300	2,7	400	300	1,3	200	500	0,4	100	500	0,2
Ni	5	8	0,6	15	30	0,5	8	40	0,2	30	40	0,7	30	60	0.5	15	20	0,7	3	30	0,1	3	30	0,1
Co	2	2	1	8	20	0,4	3	10	0,3	8	10	0,8	10	15	0,7	5	6	0,8	-	20	-	-	20	-
Ti	3000	2600	1,1	5000	3000	1,7	5000	5000	1	5000	5000	1	5000	6000	0,8	3000	3000	1	4000	9000	1,3	6000	3000	2.0
V	20	20	1	30	100	0,3	30	80	0,4	50	80	0,6	80	80	1	30	70	0,4	30	100	0,3	50	100	0.2
Cr	30	20	1,5	50	150	0,3	100	150	0,6	100	150	0,6	150	150	1	110	100	1,1	100	150	0,6	100	150	0,6
Mo	-	0,5	-	0,3	0,8	0,4	-	1	-	-	1	-	0,8	1	1	0,8	1	1	-	0,8	-	-	0,8	-
Zr	800	200	4	800	200	4	800	1000	0,8	800	1000	0,8	300	500	0,6	500	300	1,7	150	200	0,7	800	200	4
Cu	3	3	1	1	20	-	3	10	0,3	15	10	1,5	15	20	0,7	10	20	0,5	3	20	-	5	20	-
Pb	20	10	2	50	50	1	30	20	1,5	15	20	0,7	50	20	2,5	20	10	2	-	50	-	90	50	0,6
Zn	-	5	-	-	50	-	-	10	-	-	10	-	20	20	1	-	5	-	-	50	-	-	50	-
Sn	-	-	-	-	2	-	-	1	-	1	1	-	1	1	-	1	0,8	-	-	2	-	-	2	-
Ga	10	10	1	20	30	0,7	10	20	0,5	15	20	0,7	15	15	1	15	15	1	8	30	0,3	10	20	0,3
Be	1	1	1	1,5	1	1,5	1	2	0,5	-	2	-	1	1,5	0,7	1	0,8	1,2	0,5	1	0,5	1	1	1
Sc	3	3	1	3	15	0,2	15	20	0,5	8	20	0,4	15	20	0,7	0,8	15	0,5	-	15	-	3	15	0,2
Y	5	3	1,7	5	5	1	15	20	0,7	15	20	0,7	15	20	0,7	10	15	0,7	0,3	5	-	10	5	2
Yb	1	0,3	3	1	2	0,5	1	1,5	0,7	0,8	1,5	0,5	2	2	1	1	1	-	0,4	2	0,2	1	2	0,5
P	800	800	-	1000	800	1,2	800	800	-	800	800	-	800	1000	0,8	2000	1000	2	-	800	-	1000	800	1,2
Li	-	-	-	-	50	-	-	-	-	-	-	-	20	40	0,5	-	70	-	-	50	-	90	50	0,6
Sr	100	80	1,2	100	200	0,5	100	150	0,7	100	150	0,7	200	150	1,3	150	100	1,5	8	200	-	150	200	0,7
Ba	300	100	3	500	800	0,4	500	600	0,8	500	600	0,8	700	500	1,4	500	500	1	100	800	-	200	800	0,4

Примечание: А, С – горизонты почвенного профиля

ЭАК – элювиально – аккумулятивные коэффициенты.

Таблица 21

Уровни элювиально-аккумулятивных коэффициентов содержания микроэлементов в

гумусовых горизонтах почв (по отношению к почвообразующей породе) пригородной зоны

г. Н.Новгорода по материалам полевых исследований автора

За последние 30 лет (с 1975 по 2005 гг.) кислотность почв пахотных угодий неуклонно снижалась (табл. 22). Особенно активно она снижалась в районах, прилегающих к промышленной зоне агломерации.

Значение реакции рН как важнейшего показателя ландшафтно-геохимических условий объясняется тем, что именно этой реакцией во многом определяется миграционная активность загрязнителей (Перельман, 1975). Смена щелочных условий на кислые усиливает подвижность многих химических элементов, в частности, тяжелых металлов. Смена кислых на щелочные снижает подвижность химических элементов и уменьшает их токсичность (Волкова, Давыдова, 1987).

Таблица 22

Динамика кислотности (рН) почв пахотных

угодий междуречья Оки и Волги с 1975 по 2005 гг.

(по данным центра агрохимической службы «Нижегородский»)

Район	Циклы обследования
	1	2	3	4	5	6	7
Балахнинский	4,6	4,7	4,8	4,8	5,1	5,3	5,5
Чкаловский	4,6	4,8	5,2	5,2	5,5	5,6	5,7

Примечание: при рН – 5,6 реакция почвы считается близкой к нейтральной и она в известковании не нуждается.

Обменный калий – важнейший элемент питания растений (рис. 4, цветная вклейка), но в больших количествах может быть элементом загрязнителем (ПДК 560 мг/кг). Очень четко прослеживается закономерность распределения по территории агломерации обменного калия в зависимости от удаленности загрязнителей – промышленных предприятий.

В пределах г. Нижнего Новгорода и г. Дзержинска содержание обменного калия может подниматься до уровня ПДК. Повышенная концентрация (151-200 мг/кг) распространяется в виде клиньев на север до Балахны и севернее, на запад простирается до Володарска, на востоке до Кстова. Чем дальше от крупных городов содержание обменного калия в почвах постепенно уменьшается. Наиболее низкое содержание наблюдается на востоке Борского района (Керженский заповедник) и на западе Волжско-Окского междуречья.

Любопытно проследить динамику изменения содержания подвижного фосфора в почвах пригородной зоны за последние 30 лет (табл.23).

Таблица 23

Динамика содержания подвижного фосфора (Р₂О₅) в почвах

пахотных угодий междуречья Оки и Волги с 1975 по 2005 гг., мг/кг.

(по данным агрохимической службы «Нижегородский»)

Как свидетельствуют данные табл.23, содержание Р₂О₅ в пахотных почвах Балахнинского и Чкаловского районов постоянно возрастало и уже к 1995 г (5 цикл обследования) подошло к ПДК. И, несмотря на снижение внесения минеральных удобрений в последние 10 лет продолжает оставаться очень высоким (подчас выше ПДК). Несомненно, это результат техногенного воздействия.

В материалах центра агрохимической службы «Нижегородский», наряду с данными о кислотности, содержании подвижных форм К₂О и Р₂О₅, есть также сведения (по последнему циклу обследования) о содержании в почвах подвижных форм некоторых важных микроэлементов. Являясь важными элементами питания, микроэлементы считаются также (при определенных концентрациях) и элементами–загрязнителями, причем цинк относится к элементам первой группы опасности, бор, кобальт и медь – ко второй, марганец – к третьей.

По содержанию подвижных форм цинка выделяются 3 группы. Высокое содержание (более 5 мг/кг, иногда до 110) обнаружено в почвах промышленных городов (Нижний Новгород, Дзержинск, Бор, Кстово). Среднее содержание (2,1 – 5,0 мг/кг) свойственно почвам второй группы, которые примыкают с запада и юга не очень широкой полосой вдоль Оки. Вся остальная территория характеризуется низким (менее 2 мг/кг) содержанием цинка.

По содержанию подвижного марганца и подвижного бора наблюдается совершенно идентичная картина. Высокая степень обеспеченности прослеживается с северо-запада на юго-восток от Балахны до Кстова, несколько расширяясь под Нижним Новгородом и Бором. Низкая концентрация этих элементов вырисовывается в виде клина, охватывая северную окраину Володарского района, юго-западную Балахнинского и западную Чкаловского районов. Вся остальная территория характеризуется средней концентрацией элементов.

По содержанию подвижного кобальта в почвах выделено 3 группы почв. Высокое содержание Со (более 2,2 мг/кг) имеют почвы третьей группы. Такие почвы не имеют широкого распространения и представлены небольшим ареалом, вытянутым с юго-запада на северо-восток. В виде трех клиньев, направленных по разным направлениям расположены почвы со средним содержанием. И, наконец, низкое содержание характерно для почв окраинных территорий пригородной зоны.

Содержание подвижной меди в почвах имеет несколько иной характер по сравнению с другими микроэлементами. Почвы правобережья и незначительной части левобережья от Кстова, включая Бор, Нижний Новгород, Дзержинск (до западной границы Нижегородской области) имеют высокое содержание подвижной меди. Низкая концентрация прослеживается в окраинных частях зоны.

Содержание водорастворимого фтора в почвах Нижегородской агломерации, в т.ч. и в почвах г. Нижнего Новгорода, не превышает ПДК, т.е. меньше 10 мг/кг (автором проанализировано около сотни образцов). Чаще всего содержание водорастворимого фтора в почвах меньше 4 мг/кг и зависит от механического состава и гумусности, а по профилю несколько увеличивается в иллювиальной зоне. Например, в аккумулятивно-элювиальных горизонтах дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв содержание фтора составляет лишь 0,2-1,3 мг/кг, в дерново-подзолистых суглинистых может достигать 3,16 мг/кг, в серых лесных и черноземных почвах в горизонте А₁ содержание водорастворимого фтора может составлять 1,5-3,9 мг/кг, в иллювиальной зоне почв агломерации содержание подвижного фтора не выше 4,5 мг/кг.

Из элементов первой группы опасности в почвах Нижегородской агломерации обнаруживается цинк и свинец. Наибольшая концентрация этих элементов картируется в заречной части г. Нижнего Новгорода. Содержание цинка, иногда, в 40 раз превышает ПДК, свинца – до 15 ПДК (рис. 5, цветная вклейка). Накопление свинца наблюдается вдоль крупных автомобильных дорог и железнодорожных полотен. С удалением от крупных центров прослеживается уменьшение содержания особо опасных элементов.

Среди элементов второй группы опасности в почвах агломерации присутствуют – никель, кобальт, медь, хром. Чрезвычайно опасное загрязнение элементами отмечается также в заречной части города. Содержание никеля может составлять 10 ПДК, кобальта – 8 ПДК, меди – до 10 ПДК, а хрома, по отношению к фону, в 20 раз.

На территории агломерации встречаются в небольших количествах элементы третьей группы опасности – марганец, ванадий, барий и стронций, а также элементы – ниобий, галлий, бериллий, литий, скандий, иттербий, иттрий, титан, олово.

В географии распределения валового содержания микроэлементов в поверхностных горизонтах почв агломерации прослеживаются некоторые тенденции.

Во-первых, несколько повышенные концентрации некоторых микроэлементов (Pb, Ni, Co, Cr, Sr, Nb, Ga, Sc, Y, Ti) наблюдаются не только в зонах влияния промышленных предприятий (в зонах наиболее загрязненного воздуха), но и в возвышенных районах Правобережья с серыми лесными суглинистыми почвами в отличие от низинных Заочья и Заволжья с дерновоподзолистыми песчаными и супесчаными почвами, где благодаря высокой водопроницаемости соединения микроэлементов могут уходить из почвенного профиля. Особенно четко эта закономерность прослеживается в распространении микроэлементов, отличающихся слабой миграционной способностью (> 2), в т.ч. Pb, Sr, Ti, Y, Zr.

Во-вторых, некоторые микроэлементы концентрируются в почвах лишь под влиянием загрязненного воздуха (картируются только в зонах воздействия загрязнителей): Zn, Cu, Mn, V, Ba, Be, Li, Sn, P, в т.ч. и в песчаных дерново-подзолистых почвах, особенно в гумусовых горизонтах и лесной подстилке, несмотря на сильную миграционную способность, прежде всего Zn, Mn, Cu, Li.

В-третьих, наблюдается некоторая дифференциация содержания микроэлементов по элементам рельефа. Например, в низинной части агломерации на высоких надпойменных террасах (III и IV) содержание микроэлементов не высокое, на второй надпойменной террасе несколько возрастает (рис. 6). Однако, мы склонны эту закономерность объяснять не рельефом, а изменением механического состава. Если на III и IV надпойменных террасах почвы, как правило, песчаные (в основном рыхлые пески), то на II надпойменной террасе – супесчаные, на I надпойменной террасе – среднесуглинистые.