Район исследования – бассейн реки Оса, природа которого является интересным объектом для изучения. Рельеф изучаемой территории в основном пологий, имеющий небольшие уклоны. Такие формы рельефа удобны для сельскохозяйственного использования, потому в этом районе расположен большой процент пашни (в основном под степной растительностью) [1]. На южных пологих склонах, хорошо обогреваемых, преобладают черноземы и темногумусовые почвы под степной и лугово-степной растительностью [1]. Растительный покров исследуемой территории представлен сочетанием лесов, зарослей кустарников, степей, лугов и заболоченных участков. Согласно геоботаническому районированию территорию относят к Ольхонско-Приангарскому сосново-лесостепному геоботаническому округу, Унгинско-Осинскому подокругу.
Изучено содержание тяжелых элементов в почвах на территории бассейна реки Оса, которые в небольших концентрациях присутствуют в почве и необходимы для роста растений и существования живых организмов. Однако превышение их допустимого содержания в почвах опасно и может привести к токсичности – растения начинают поглощать тяжелые металлы в избыточном количестве, что в дальнейшем негативно отражается и на живых организмах. Медь иногда содержится в удобрениях. В малых количествах она необходима для нормального функционирования растений [1]. Однако повышение концентрации меди в почве приведет к замедлению роста растений и снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Высокая концентрация меди в почве может появиться из-за антропогенного загрязнения. Свинец является наиболее токсичным элементом. Большое количество свинца в прошлом попадало в воздух с выхлопными газами автомобилей. Загрязнение свинцом почв, расположенных вдоль автомобильных дорог, распространяется на расстояние до двухсот метров. Свинец очень токсичен для человека, его попадание в организм через сельскохозяйственные продукты может привести к поражению центральной нервной системы и внутренних органов. Марганец также является очень важным микроэлементом для питания растений. В условиях недостатка марганца в почве растения могут заболевать, а также снижается урожайность различных культур [1]. Однако, при возникновении в почве большой концентрации марганца, быстро возникает его переизбыток, что вызывает токсичность почвы. Кобальт не имеет слишком широкого распространения в природе, но он также необходим для функционирования растений. Этот элемент входит в состав некоторых минеральных удобрений. Однако, большое количество кобальта в составе удобрений может оказать токсичное воздействие на многие сельскохозяйственные культуры. Стронций может присутствовать в составе фосфорных удобрений. В малом количестве он не является опасным, но его переизбыток может сделать почву токсичной и создать препятствия ее плодородию. Хром иногда входит в состав фосфорных удобрений. Из этого следует, что, безусловно, тяжелые элементы присутствуют в природе и в малых количествах полезны для растений, но как их недостаток, так и переизбыток в почве имеют не очень хорошие последствия.
Цель исследования: выявить агрогенные и постагрогенные изменения свойств почв на территории бассейна реки Оса. В данной работе был рассчитан коэффициент биологического поглощения, чтобы определить, какие элементы наиболее сильно накапливаются в растениях на изучаемой территории, а какие – наименее.
Материалы и методы исследования
Валовое содержание макро- и микроэлементов в почвах установлено количественным спектральным методом на спектрографе ДФС-8 и атомно-эмиссионным методом на приборе Optima 2000 DV (фирмы Perkin Elmer) в сертифицированном химико-аналитическом центре Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН. Для определения биохимической активности почв был использован экспресс-метод Т.В. Аристовской, М.В. Чугуновой [2]. Суть метода в том, чтобы определить скорость (в часах) изменения рН от выделяемого аммиака при разложении карбамида, как суммарный результат биохимической деятельности почвенной микрофлоры и отчасти растительности. Таким образом, чем меньше количество часов, регистрирующих скорость реакции, тем выше биохимическая активность почвы.
Результаты исследования и их обсуждение
Нами определено, что почвы сельскохозяйственных угодий вблизи свалок и населенных пунктов бассейна реки Оса загрязнены следующими элементами: V, Pb, Cr, Cu, Co, Ni, Sr – валовое содержание которых в некоторых образцах имеет превышение регионального фона этих элементов для Прибайкалья от 1,5 до 8 раз. Концентрации свинца и никеля в некоторых образцах превышают ПДК и ОДК в 1,1–1,5 раз [1, 3, 4]. Высокое содержание Sr, Cr и Ni установлено и в почвообразующих породах исследуемой территории, что связано с их естественным состоянием, но в некоторых случаях имеет место антропогенное воздействие [1].
На рис. 1 и 3 отображено пространственное распределение валового содержания свинца и кобальта в поверхностном слое почвы на изучаемой территории. Выявлена одна ключевая площадка с превышением ПДК концентрацией свинца, что в данном случае может быть связано с близким расположением дороги и населенного пункта.
Рис. 1. Валовое содержание свинца в поверхностном слое почв бассейна реки Оса (0–10 см): ПДК (по валовому содержанию) – 32 мг/кг; Фон региональный для Прибайкалья – 10 мг/кг; Фон для бассейна реки Оса – 9 мг/кг [1, 4, 5]
Рис. 2. Биохимическая активность почв (скорость деструкции мочевины до рН = 8,5, ч) в зависимости от валового содержания свинца
Рис. 3. Валовое содержание кобальта в поверхностном слое почв бассейна реки Оса (0–10 см): Кларк литосферы по Виноградову – 18 мг/кг; Фон региональный для Прибайкалья – 17 мг/кг; Фон для бассейна реки Оса – 14 мг/кг [1, 5]
Нами рассматривался такой важный показатель плодородия, как биохимическая активность почв [2]. Биохимическая активность почв зависит от многих факторов – содержания гумуса в почве, содержания основных элементов питания растений – азота, фосфора и калия, доли агрономически ценных почвенных агрегатов и других показателей. Почва с хорошими показателями, перечисленными выше, имеет, как правило, высокую биохимическую активность. Повышенные содержания тяжелых металлов оказывают токсичное влияние на почву, а значит, отражаются на биохимической активности почв – чем выше содержание тяжелых металлов в почве, тем ниже ее биохимическая активность. Это подтверждается графиками зависимости для свинца и кобальта (рис. 2, 4).
Рис. 4. Биохимическая активность почв (скорость деструкции мочевины до рН = 8,5, ч) в зависимости от валового содержания свинца
Для полученных нами результатов содержания тяжелых металлов в почвах и золе растений на исследуемой территории нами был посчитан важный показатель – коэффициент биологического поглощения. Химические элементы выборочно и с различной интенсивностью поглощаются и накапливаются растениями. Именно поэтому содержания многих элементов в золе растений отличаются от их среднего содержания в земной коре или почве – так как элементы избирательно поглощаются растениями. Б.Б. Полыновым был предложен показатель, который характеризует интенсивность поглощения элементов, он рассчитывается как отношение количества элемента в золе растений к его количеству в почве. А.И. Перельман [6] дал этому коэффициенту название – коэффициент биологического поглощения (Ax). В зависимости от величины этого коэффициента химические элементы делятся на элементы биологического накопления (Ax > 1) и биологического захвата (Ax < 1).
Согласно проведенным исследованиям и расчетам, не все элементы накапливаются в растениях. Согласно коэффициенту биологического поглощения (таблица), лучше всего накапливаются в растениях марганец и медь. Стронций и барий в отдельных образцах также накапливаются. Коэффициент, превышающий 1, выделен жирным шрифтом.
Коэффициент биологического поглощения
|
№ обр. |
Использование |
Cr |
Ni |
Ba |
V |
Sr |
Co |
Cu |
Mn |
Ti |
|
29 |
2,5 км от п. Унгин (Улей), пашня |
0,05 |
0,59 |
0,19 |
0,05 |
0,01 |
0,11 |
4,69 |
1,54 |
0,05 |
|
42 |
600 м от п. Кутанка, пашня |
0,06 |
0,44 |
0,72 |
0,04 |
5,70 |
0,15 |
2,79 |
0,96 |
0,05 |
|
74 |
2 км до п. Шотой, залежь 15–20 лет, пастбище |
0,07 |
0,25 |
0,99 |
0,10 |
0,04 |
0,20 |
1,56 |
1,43 |
0,08 |
|
81 |
1 км до п. Шотой, условный фон |
0,18 |
0,13 |
0,88 |
0,15 |
0,86 |
0,10 |
1,95 |
0,75 |
0,13 |
|
83 |
1,5 км от п. Шотой, залежь 15 лет, сенокос |
0,60 |
0,66 |
2,76 |
0,68 |
0,03 |
0,58 |
1,73 |
1,11 |
0,42 |
|
84 |
1,5 км от п. Шотой, пашня |
0,06 |
1,03 |
0,38 |
0,05 |
0,03 |
0,20 |
3,01 |
1,72 |
0,05 |
|
85 |
Около п. Онгосор, терраса р. Оса, сенокос |
0,07 |
0,24 |
0,77 |
0,05 |
0,03 |
0,22 |
2,12 |
0,96 |
0,11 |
|
90 |
Около п. Бурятские Янгуты, пастбище |
0,48 |
0,43 |
0,80 |
0,41 |
0,91 |
0,56 |
2,42 |
1,31 |
0,37 |
|
95 |
0,5 км от п. Марковка, пастбище, залежь 15–20 лет |
0,60 |
0,44 |
1,43 |
0,58 |
2,06 |
0,31 |
0,74 |
1,41 |
0,42 |
|
96 |
около д. Грязнушка, пастбище, залежь 10–15 лет |
0,70 |
0,57 |
1,62 |
0,58 |
4,55 |
0,51 |
3,01 |
1,32 |
0,65 |
|
97 |
2 км от п. Оса, пашня |
0,52 |
0,35 |
0,79 |
0,41 |
0,01 |
0,39 |
5,68 |
0,97 |
0,32 |
|
103 |
Русские Янгуты, пашня |
0,79 |
0,63 |
1,30 |
0,97 |
0,98 |
0,55 |
2,39 |
1,44 |
0,55 |
|
112 |
Вблизи п. Хокта, зарастающая лесом залежь 20 лет |
0,27 |
0,24 |
0,37 |
0,16 |
0,51 |
0,24 |
4,12 |
1,81 |
0,16 |
|
126 |
Обуса, залежь 15–20 лет, пастбище |
0,34 |
0,27 |
1,86 |
0,36 |
1,99 |
0,47 |
2,20 |
1,42 |
0,32 |
|
128 |
д. Хайга, пашня |
0,45 |
0,66 |
1,59 |
0,76 |
0,01 |
0,42 |
2,95 |
1,23 |
0,30 |
|
130 |
за д. Усть-Алтан, залежь 15 лет |
0,71 |
0,67 |
2,44 |
0,88 |
2,00 |
0,92 |
3,76 |
1,28 |
0,90 |
|
133 |
Вблизи д. Усть-Алтан, залежь 15–20 лет |
0,66 |
0,53 |
1,87 |
0,82 |
0,74 |
0,83 |
3,49 |
1,74 |
0,40 |
|
136 |
Между Усть-Алтан и Майск, пастбище, залежь 17–20 лет |
0,90 |
0,55 |
1,01 |
0,99 |
0,02 |
0,64 |
2,99 |
1,09 |
0,50 |
Заключение
Благодаря проведенным исследованиям, можно сделать вывод, что содержание тяжелых элементов на территории бассейна р. Оса лишь в отдельных образцах превышает ПДК и ОДК, а благодаря расчету коэффициента биологического поглощения было прослежено, как накапливаются в растениях тяжелые элементы.
В целом почвы бассейна реки Оса являются слабозагрязненными [2], а также, благодаря тому, что в данное время большинство земель являются залежными, район исследования имеет хороший агрономический потенциал для будущего использования в сельском хозяйстве, поскольку в залежном состоянии почва восстанавливает свойства, связанные с плодородием, которые были нарушены в процессе интенсивного сельскохозяйственного использования.