Распределение никеля в почвообразующих породах и почвах Алтайского края

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 631. 438
А. В. Пузанов, М.А. Мальгин
Распределение никеля в почвообразующих породах и почвах Атайского края
Никель — приоритетный элемент-токсикант [1, 2]. Повышенные концентрации никеля в компонентах окружающей среды оказывают негативное воздействие на организмы, являются канцерогенными для человека [3, с. 128−138]. Однако имеются и сведения о необходимости никеля для организмов [3]. Растения, произрастающие на почвах с пониженным содержанием никеля, отзывчивы на внесение его соединений.
Объекты исследований — почвообразующие породы, зональные и интразональные почвы Алтайского края. В основу выполнения полевых работ положен сравнительно-географический метод. Почвенные разрезы закладывали в системе сопряженных ландшафтов. Физические и физико-химические параметры почв определяли общепринятыми в почвоведении методами, никель -атомно-абсорбщюнным методом на спектрофотометре фирмы Perkin Elmer. В работе приняты следующие обозначения вариационно-статистических параметров: г — коэффициент корреляции- п — число коррелируемых пар- lim — пределы колебаний- М ± m — средняя арифметическая и ее ошибка- V — коэффициент вариации- п — число дат.
Задачи исследований:
1) изучение распределения никеля в почво-образующих породах-
2) определение уровня содержания, характера распределения никеля в почвах в зависимости от их свойств-
3) оценка с экологических позиций концентрации никеля в почвенном покрове региона.
Никель в горных и почвообразующих породах
Кларк никеля в литосфере, по мнению А. П. Виноградова [4, с. 555−571], равен 58 мг/кг, по оценкам других исследователей [5, с. 104- 6, с. 371−413] 80 и 95 мг/кг. Содержание никеля в основных породах значительно выше, чем в кислых [7, с. 274]. Концентрация микроэлемента в осадочных породах существенно варьирует: в песчаниках 1,2−18 мг/кг, глинистых сланцах 21- 100 мг/кг, в карбонатных породах 2,3−16 мг/кг [8]. На невысокий уровень концентрации микроэлемента в гранитном слое (22 мг/кг) указывает А. А. Беус с соавторами [9]. В континентальных отложениях микроэлемент находится в основном в виде сульфидов и арсенидов, а также ассоциируется с фосфатами, силикатами и карбонатами [10]. При выветривании горных пород никель легко освобождается и далее осаждается преимущественно с оксидами железа и марганца.
Сведений о содержании никеля в почвообразующих породах немного. В аллювиальных отложениях Забайкалья концентрация микроэлемента колеблется от 8 до 47 мг/кг, делювиальных — от 10 до 40 мг/кг, эоловых — от 22 до 31 мг/кг [11, с. 1291−1298]. Почвообразующие породы региона исследований многообразны по петрографическому и гранулометрическому составу — от глин предгорий Северного Алтая и Салаира до сортированных песков ложбин древнего стока и современных террас Оби [12, с. 392- 13].
Степень дисперсности является ведущим фактором, определяющим уровень концентрации никеля в почвообразующих субстратах, о чем свидетельствует сильная коррелятивная зависимость между содержанием фракций физической глины и ила, с одной стороны, и концентрацией никеля, с другой (табл. 1).
Таблица 1
Коэффициент корреляции между концентрацией никеля и физико-химическими свойствами почвооб-
Физико-химические параметры п г
Ил 23 0,88
Физическая глина 23 0,90
Емкость поглощения 17 0,59
pH водный 22 0,47
СаСоз 14 0,68
Наиболее низким уровнем содержания рассматриваемого микроэлемента характеризуются песчаные отложения ложбин древнего стока и террас рек и озер, наиболее высоким — глинистые отложения подгорных равнин Алтая и Салаира (табл. 2).
Существенное влияние на распределение никеля в почвообразующих породах оказывают содержание карбонатов, реакция среды и поглотительная способность самих пород (см, табл. 1).
Исследуемый микроэлемент осаждается на карбонатном барьере четвертичных отложений степных и сухостепных ландшафтов в условиях щелочной реакции среды. География никеля в почвообразующих породах Алтайского края определяется распространенностью генетических типов четвертичных отложений, в свою очередь тесно связанных с геоморфологическими и ландшафтно-геохимическими особенностями этих пород.
Распределение никеля в почвообразующих породах и почвах Атайского края
Таблица 2
Никель в некоторых типах почвообразующих пород Алтайского края
Глубина образца, Ил Физическая глина СаСОРэ рН водный Емкость поглощения, мг-экв на 100 N1, мг/кг
см % г почвы
Песчаные отложения
160−170 0,5 3,8 — 7,1 6
150−160 0,5 1,6 7,0 9
130−140 0,5 1,8 7,3 13
170−180 0,5 0,5 --- 7,3 — 10
Суглинистые отложения
85−95 19,1 34,1 11,6 8,7 10,6 30
240−250 20,2 34,3 6,0 8,5 16,4 33
80−90 16,3 41,5 13,5 8,5 17,1 30
130−140 15,3 33,6 9,8 9,2 10,4 29
130−140 19,4 35,4 11,5 8,7 16,4 33
120−130 18,4 28,7 1,3 8,4 15,2 27
Глинистые отложения
180−190 26,6 52,3 --- 6,4 23,0 51
160−170 25,5 58,1 -- 8,6 25,2 68
160−170 25,1 49,2 -- 8,2 22,4 47
Примечание: прочерк — не определяли.
Среднее содержание никеля в почвообразующих породах Алтайского края составляет 34,9 ± 1,6 мг/кг, при колебаниях от 6 до 68 «г/кг.
Никель в почвах
Концентрация никеля в почвах Алтайского края варьирует в широких пределах (табл. 3, 4), что обусловлено сложностью структуры почвенного покрова, различиями в минералогаче- ском, петрографическом и гранулометрическом составах почв, разнообразием физикохимических свойств почв разной генетической
принадлежности, контрастностью геохимических ситуаций в ландшафтах основных природных зон (сухие степи — черневая тайга), а главным образом -вариабельностью почвообразующих пород.
Почвообразующие породы определяют уровень концентрации никеля в почвах. Между содержанием никеля в почвах и почвообразующих породах отмечена сильная положительная высокодостоверная коррелятивная зависимость: г = 0,84.
Таблица 3
Сравнительное содержание никеля в почвах Алтайского края и других регионов
Почвы п 11 т М± т У,%
мг/кг
Гумусовые горизонты Почвенный покров Почвы Западной сибири [11] Почвы СССР [11] Почвы мира [10] 289 598 2,1−60 2,1−69 36,5 ± 0,7 36,3 ± 0,5 25.9 46.9 20,0 31 36
Таблица 4
Содержание никеля и физико-химические свойства почв Алтайского края
Генетичес кий горизонт Глубина образца, см Гумус Ил Физическая глина СаСОз рН водный *Е N1, мг/кг
%
Дерново-подзолистая песчаная под ленточным бором (Рубцовский район, разрез рсп-1)
А 7−12 4,9 2,5 4,9 Нет 6,6 7,0 15
А 12−17 3,8 2,0 4,4 — 6,1 8,6 15
А1А2 17−22 3,2 1,1 3,2 — 6,6 5,3 15
А1А2 12−27 1,3 0,0 3,8 — 6,3 5,3 13
А1А2 27−32 3,0 0,9 3,2 — 6,4 3,5 13
А2 В 35−45 3,1 1,1 3,8 — 6,5 7,0 18
В1 55−65 2,5 2,7 3,8 — 7,0 5,3 22
В2 90−100 0,5 2,7 4Д — 6,8 8,8 12
ВЗ 115−125 0,7 3,4 — 6,9 1,8 18
В4 140−150 2,0 4,5 — 6,9 5,3 15
ВС 170−180 — 1,0 1,7 — 6,9 5,3 15
Чернозем оподзоленный тяжело суглинистый на бурых глинах (Красного зский район, разрез РСП-60)
Адер 0−6 15,8 0,0 29,0 Нет 6,2 58,6 37
А1 10−20 14,3 5,8 43,4 — 5,8 67,9 39
А1А2 35−45 10,7 5,9 46,6 — 5,8 74,8 43
А1А2 50−60 5,8 4,4 47,3 — 5,8 42,2 43
А1А2 10−80 — 2,1 45,4 _ 5,7 29,3 47
А2В1 85−95 12,4 50,8 — 5,9 27,5 53
А2В1 100−110 _ 14,7 51,8 — 6Д 23,8 39
В1 120−130 18,1 50,4 — 6,3 34,8 57
В 2 150−160 _ 26,1 51,4 — 6,4 33,0 51 [
С 180−190 — 26,6 52,3 — 6,4 33,0 51
Чернозем обыкновенный суглинистый на суглинистых оглеенных отложениях (Локтевский район, разрез 5)
Ап ах 10−20 5,9 13,8 38,8 0,3 7,6 '- 35,7 39 I
Ак 40−50 4,0 16,7 36,7 3,6 8,4 37,2 33
Ак 80−90 2,4 22,6 48,8 13,9 8,6 26,8 28
АВк 100−110 2,9 23,9 45,0 0,1 8,5 23,8 27
Вк 130−140 0,2 22,7 50,5 4,3 8,5 19,3 33 [
ВСк 160−170 0,2 26,3 42,9 1,7 8,4 34,2 35
Ск 190−200 0,2 21,4 48,3 — 8,4 19,3 35
Луговая суглинистая (рубцовский район, разрез РСП-5)
Адер 0−5 5,9 10,9 36,0 Нет 7,7 40,5 30
А 5−10 5,0 8,2 27,2 — 8,0 335,6 30
А 10−15 4,3 9,6 31,8 _ 8,3 35,4 32
А 15−20 4,0 10,6 30,2 _ 8,3 335,6 32
А 20−25 3,5 13,2 32,6 — 8,3 22,9 32
А 25−30 2,4 12,9 37,4 — 8,4 31,7 32
А 30−35 2,5 13,2 30,5 — 7,9 15,8 34
А 35−40 2,1 14,0 36,4 _ 7,9 29,9 34 Г
АВк 43−53 2,4 18,8 41,5 10,1 7,9 21,1 36 [
ВкВ 65−75 1,1 24,3 39,6 9,2 8,0 8,8 36 1
Скв 110−120 0,7 19,6 33,0 8,4 21,2 32 [
Лугово-болотная торфянистая (Угловский район, раз эез РСП-14) 4 1
Адер 0−10 3,0 2,0 10,5 Нет _ -
Ат1 15−25 3,1 1,0 6,4 _ _ _ 2 1
Ат2 40−50 2,5 1,4, 6 _ _ _ 9 1
АтЗ 70−80 0,5 0,1 10,7 _ _ _ 9
АСт 90−100 — 1,5 19,8 — 6,6 — 9
Аллк жиальная де] новая супе зсчаная (Локте вский райо н, разрез 1 7)
Адер.к 0−10 1,4 14,8 15,6 5,8 8.2 28,2 17
Ак 20−30 1,9 14,8 15,3 3,4 8,3 26,9 5 1
АВк 35−45 0,6 9,3 112,0 3,8 8,2 17,8 ¦
В1к 50−60 0,4 7,8 13,3 4,6 8,3 14,9 10 I
Ск 80−90 0,4 5,0 12,8 5,1 8,2 13,4 1° 1
СД1к 120−130 0,2 4,3 11,0 4,4 8,4 11,9 7 1
СД2к 145−155 0,4 7,0 12,9 _ 8,3 14,9 7 1
СДЗк 170−180 0,4 10,1 11,8 — 8,3 10,2 10 Ц
Таблица 4
Содержание никеля и физико-химические свойства почв Алтайского края
Генетичес кий горизонт Глубина образца, см Гумус Ил Физическая глина СаСОз рН водный *Е N1, мг/кг
%
Дерново-подзолистая песчаная под ленточным бором (Рубцовский район, разрез рсп-1)
А 7−12 4,9 2,5 4,9 Нет 6,6 7,0 15
А 12−17 3,8 2,0 4,4 — 6,1 8,6 15
А1А2 17−22 3,2 1,1 3,2 — 6,6 5,3 15
А1А2 12−27 1,3 0,0 3,8 — 6,3 5,3 13
А1А2 27−32 3,0 0,9 3,2 — 6,4 3,5 13
А2 В 35−45 3,1 1,1 3,8 — 6,5 7,0 18
В1 55−65 2,5 2,7 3,8 — 7,0 5,3 22
В2 90−100 0,5 2,7 4Д — 6,8 8,8 12
ВЗ 115−125 0,7 3,4 — 6,9 1,8 18
В4 140−150 2,0 4,5 — 6,9 5,3 15
ВС 170−180 — 1,0 1,7 — 6,9 5,3 15
Чернозем оподзоленный тяжело суглинистый на бурых глинах (Красного зский район, разрез РСП-60)
Адер 0−6 15,8 0,0 29,0 Нет 6,2 58,6 37
А1 10−20 14,3 5,8 43,4 — 5,8 67,9 39
А1А2 35−45 10,7 5,9 46,6 — 5,8 74,8 43
А1А2 50−60 5,8 4,4 47,3 — 5,8 42,2 43
А1А2 10−80 — 2,1 45,4 _ 5,7 29,3 47
А2В1 85−95 12,4 50,8 — 5,9 27,5 53
А2В1 100−110 _ 14,7 51,8 — 6Д 23,8 39
В1 120−130 18,1 50,4 — 6,3 34,8 57
В 2 150−160 _ 26,1 51,4 — 6,4 33,0 51
С 180−190 — 26,6 52,3 — 6,4 33,0 51
Чернозем обыкновенный суглинистый на суглинистых оглеенных отложениях (Локтевский район, разрез 5)
Ап ах 10−20 5,9 13,8 38,8 0,3 7,6 '- 35,7 39 I
Ак 40−50 4,0 16,7 36,7 3,6 8,4 37,2 33
Ак 80−90 2,4 22,6 48,8 13,9 8,6 26,8 28
АВк 100−110 2,9 23,9 45,0 0,1 8,5 23,8 27
Вк 130−140 0,2 22,7 50,5 4,3 8,5 19,3 33
ВСк 160−170 0,2 26,3 42,9 1,7 8,4 34,2 35
Ск 190−200 0,2 21,4 48,3 — 8,4 19,3 35
Луговая суглинистая (рубцовский район, разрез РСП-5)
Адер 0−5 5,9 10,9 36,0 Нет 7,7 40,5 30
А 5−10 5,0 8,2 27,2 — 8,0 335,6 30
А 10−15 4,3 9,6 31,8 _ 8,3 35,4 32
А 15−20 4,0 10,6 30,2 _ 8,3 335,6 32
А 20−25 3,5 13,2 32,6 — 8,3 22,9 32
А 25−30 2,4 12,9 37,4 — 8,4 31,7 32
А 30−35 2,5 13,2 30,5 — 7,9 15,8 34
А 35−40 2,1 14,0 36,4 _ 7,9 29,9
АВк 43−53 2,4 18,8 41,5 10,1 7,9 21,1 36
ВкВ 65−75 1,1 24,3 39,6 9,2 8,0 8,8 36
Скв 110−120 0,7 19,6 33,0 8,4 21,2 32
Лугово-болотная торфянистая (Угловский район, раз эез РСП-14) 4
Адер 0−10 3,0 2,0 10,5 Нет _ -
Ат1 15−25 3,1 1,0 6,4 _ _ _ 2 1
Ат2 40−50 2,5 1,4, 6 _ _ _ 9
АтЗ 70−80 0,5 0,1 10,7 _ _ _ 9
АСт 90−100 — 1,5 19,8 — 6,6 — 9
Аллк жиальная де] новая супе зсчаная (Локте вский райо н, разрез 1 7)
Адер.к 0−10 1,4 14,8 15,6 5,8 8.2 28,2 17
Ак 20−30 1,9 14,8 15,3 3,4 8,3 26,9 5 1
АВк 35−45 0,6 9,3 112,0 3,8 8,2 17,8
В1к 50−60 0,4 7,8 13,3 4,6 8,3 14,9 10 I
Ск 80−90 0,4 5,0 12,8 5,1 8,2 13,4 1° 1
СД1к 120−130 0,2 4,3 11,0 4,4 8,4 11,9 1
СД2к 145−155 0,4 7,0 12,9 _ 8,3 14,9 7 1
СДЗк 170−180 0,4 10,1 11,8 — 8,3 10,2 10 Ц
Распределение никеля в почвообразующих породах и почвах Атайского края
Содержание микроэлемента существенно варьируется в почвах сопряженных ландшафтов, особенно, если в аккумулятивном ландшафте происходит накопление тонкодисперсного материала (луговые глинистые почвы).
В большинстве изученных типов почв никель по профилю распределяется равномерно. Биогенное накопление микроэлемента не наблюдается даже в почвах с ярко выраженным дерновым макропроцессом — оподзоленных и выщелоченных черноземах Бие-Катунского междуречья, гумусовые горизонты которых отличаются высоким содержанием органического вещества (см. табл. 4). Между содержанием гумуса и концентрацией никеля в почвах исследуемого региона выявлена достоверная слабая коррелятивная зависимость (табл. 5).
Таблица 5
Корреляционная зависимость между содержанием никеля и свойствами почв
Свойства почв п г
Гумус 101 0,25
Ил 131 0,62
Физическая глина 131 0,79
СаСОз 127 0,34
рН водный 127 0,27
1 Емкость поглощения 126 0,52
Содержание никеля в почвах Забайкалья также слабо зависит от количества органического вещества [11]. Но по данным В.П. Оголе- вой и Л. Е. Чердаковой [14- 15, с. 105−109], в каштановых почвах Волгоградской области существует более тесная корреляционная связь (г = 0,46). Накопление никеля в гумусовых горизонтах почв в результате биологической аккумуляции также отмечают В. А. Ковда с соавторами [16]. По степени влияния физико-химических свойств почв Алтайского края на уровень концентрации никеля можно составить следующий убывакщий ряд: физическая глина -& gt- ил -& gt- емкость поглощения -& gt- СаСОз -& gt- рН -& gt- гумус (см. табл. 3). О решающем влиянии ила и физической глины на поведение никеля в почвах сообщают многие авторы [3, 10, 13, 15, 17]. Высокий уровень концентрации никеля (по сравнению с растениями) свойственен хвойным подстилкам ленточных боров и оторфованным горизонтам лугово-болотных почв. В почвах с элквиальноиллквиальным типом перераспределения продуктов почвообразования (дерново- подзолистые, серые лесные, черноземы оподзо- ленные, луговые оподзоленные) иногда наблюдается пик концентрации никеля в иллквиаль-ных горизонтах, что связано с максимальным содержанием в них глинистых и илистых частиц (см. табл. 4). Неоднородность внутрипро-
фильного распределения никеля в аллювиальных слоистых почвах поймы р. Алей обусловлена различной минеральной основой горизонтов. Погребенные горизонты и много- членность аллювиальных почв хорошо диагностируются по содержанию никеля. Снижение концентрации никеля в пахотных горизонтах черноземов Алтайского края, вероятно, обусловлено отторжением микроэлемента вместе с тонкодисперсным материалом в результате мощных дефляционных процессов прошлых лет. Прослеживается тенденция накопления никеля в иллювиально-карбонатном горизонте или непосредственно над ним в обыкновенных черноземах, что связано с осаждением микроэлемента на карбонатном барьере.
Оценивая уровень концентрации никеля в почвенном покрове Алтайского края с экоток-сикологических позиций, необходимо отметить, что в почвах большей части региона (предгорные равнины, Приобское плато, восточная часть Кулундинской депрессии, Бийско- Чумышская возвышенность) содержание микроэлемента находится на уровне фона, а в глинистых почвах Салаира, Присалаирской равнины и Бие-Катунского междуречья превышает его. Учитывая важную физиологическую роль никеля, можно ожидать негативную реакцию организмов в биогеоценозах, почвы которых характеризуются аномально низким содержанием микроэлемента (песчаные почвы ложбин древнего стока и приозерной части Кулундинской впадины).
Содержание микроэлемента в почвах Барнаула не превышает санитарно-гигиенических норм, что свидетельствует об отсутствии выраженного антропогенного загрязнения никелем компонентов урболандшафтов. Содержание никеля в почвенном покрове окрестностей Алтайского горнообогатительного комбината и в почвах, формирующихся над полиметаллическими месторождениями Западного Алтая, не превышает уровня регионального фона, что связано с особенностями геохимии полиметаллических месторождений. Отложения хвосто-хранилищ Алтайского горно-обогатительного комбината также не накапливают значительного количества никеля.
Выводы
1. Почвы Алтайского края наследуют уровень концентрации никеля почвообразующих пород.
2. Ведущим фактором, определяющим содержание микроэлемента в почвообразующих породах и почвах, является гранулометрический состав.
3. Внутрипрофильное распределение никеля зависит в разной степени от физикохимических свойств и проявления почвообразовательных макропроцессов.
4. Техногенного загрязнения никелем почвенного покрова Алтайского края не выявлено.
Литература
1. Добровольский В. В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М., 1983.
2. Грушко Я. М. Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. Л., 1987.
3. Ягодин Б. А., Говорина В. В., Виноградова С. Б. Никель в системе почва — удобрения — растения — животные и человек // Агрохимия. 1991. № 1.
4. Виноградов А. П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры //Геохимия. 1962. № 7.
5. Манн А. У. Природные ресурсы // Химия окружающей среды. М., 1982.
6. Брукс P.P. Загрязнение микроэлементами // Химия окружающей среды. М., 1982.
7. Распространенность элементов в земной коре. М., 1972.
8. Браунлоу А. Х. Геохимия. М., 1984.
9. Беус А. А., Г'-рабовская Л.И., Тихонова Н. В. Геохимия окружающей среды. М., 1976.
10. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989.
11. Кашин В. К., Иванов Г. М. Никель в почвах Забайкалья // Почвоведение. 1985. № 10.
12. Почвы Алтайского края. М., 1959.
13. Почвенная карта Алтайского края, масштаб 1: 500 000. Барнаул, 1986.
14. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск, 1991.
15. Оголева В. П., Чердакова Л. Н. Никель в почвах Волгоградской области // Агрохимия. 1980. № 9.
16. Ковда В. А., Якушевская И. В., Ткркканов А. Н. Микроэлементы в почвах Советского Сокза. М., 1959.
17. Пашнева Г. Е. Содержание цинка и никеля в почвах Томской области // Микроэлементы в Сибири. Вып.5. Улан-Удэ, 1967.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой