Научтруд
Войти

ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЦИНКА В ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОДАХ И ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ ВОДАХ АГРОЛАНДШАФТОВ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Научный труд разместил:
Nuage
18 августа 2020
Автор: Панасин В. И.

УДК 631.4

ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЦИНКА В ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОДАХ И ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ ВОДАХ АГРОЛАНДШАФТОВ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

В. И. Панасин, Д. А. Рымаренко, К. В. Депутатов, М. И. Вихман

SOIL-GEOCHEMICAL ASPECTS OF ZINC DISTRIBUTION IN SOIL-FORMING ROCKS AND SOIL-GROUND WATERS OF AGRICULTURAL LANDSCAPES

OF THE KALININGRAD REGION

V. I. Panasin, D. A. Rymarenko, К. V. Deputatov, M. I. Wikhman

Почвообразующие породы имеют ледниковый характер происхождения. Выделены пять генетических групп материнских пород. Наибольшее распространение имеют перемытые моренные отложения. В ледниковых породах преобладающими минералами являются кварц, гидрослюды и полевые шпаты; в водно-ледниковых и древнеаллювиальных - минералы группы кремнезема. Минералы -носители цинка обнаруживаются в почвообразующих породах агроландшафтов Калининградской области в следовых остатках, и в целом их содержание значительно ниже, чем в материнских породах Нечерноземной зоны России. В почвообразующих породах региона цинк находится в рассеянном состоянии. Установлено, что содержание этого микроэлемента зависит от ряда физических свойств пород, а количество в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв сельскохозяйственных угодий в основном определяется его содержанием в почвообразующих породах. Определено содержание цинка в почвенно-грунтовых водах, где концентрация этого микроэлемента в значительной степени унаследована от его содержания в почвообразующих породах. Пониженное содержание цинка в почвообразующих породах обусловливает дефицит его в почвах области. По концентрации этого микроэлемента в почвенно-грунтовых водах территория региона разделена на четыре провинции. Максимальное содержание цинка отмечается в грунтовых водах восточной зоны, где преобладают тяжелые по гранулометрическому составу породы с близким к дневной поверхности карбонатным горизонтом. Меньшее содержание цинка характерно для почвенно-грунтовых вод западной части Калининградской области с доминированием глубоко выщелоченных пород песчаного, супесчаного и легкосуглинистого гранулометрического состава. Почвенно-грунтовые воды Славского района характеризуются низким содержанием цинка.

почвообразующие породы, почвенно-грунтовые воды, валовое содержание

цинка

Soil-forming rocks are of glacial origin. Five genetic groups of soil-forming rocks have been identified. The most widespread are washed moraine deposits. In glacial rocks, such minerals as quartz, hydrosludes and feldspar are predominant; in water-glacial and ancient alluvial - minerals of the silica group. Zinc-bearing minerals are found in soil-forming rocks in trace amounts, and in general their number is much lower than in soil-forming rocks of the non-Chernozem zone of Russia. In the soil-forming rocks of the region, zinc is in a dispersed state. It has been established that the zinc content depends on a number of physical properties of rocks, and the amount of zinc in hu-mus-accumulative horizons of soils of agricultural lands is mainly determined by the zinc content in soil-forming rocks. Concentration of zinc in soil and groundwater is largely inherited from its content in soil-forming rocks. The low content of zinc in soil-forming rocks causes a deficiency of this trace element in the soils of the region. The content of zinc in soil and groundwater has been determined. According to the concentration of this trace element in soil and groundwater, the territory of the region is divided into four provinces. The maximum zinc content has been observed in the groundwater of the Eastern zone, where heavy rocks with a carbonate horizon close to the daily surface prevail. The lower zinc content is typical for the soil and groundwater of the Western part of the region, where deeply leached rocks of sandy, sandy loam and light-loamy granulometric composition prevail. Soil- ground waters of the Slavskiy district are characterized by low zinc content.

soil-forming rocks, soil-ground water, total zinc content

ВВЕДЕНИЕ

Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур предусматривают получение стабильно высоких урожаев хорошего качества. В оптимизации сбалансированного питания растений большую роль играют микроэлементы, среди которых важное место принадлежит цинку.

Главным источником цинка для растений является почва. Согласно биогеохимическому районированию территории бывшего СССР, проведенному В. В. Ковальским, почвы Калининградской области входят в таежно-лесную нечерноземную зону, где биологические реакции организмов определяются недостатком цинка [1].

Цинк является очень важным микроэлементом для оптимального роста, развития и плодоношения сельскохозяйственных культур, его нельзя заменить никакими другими элементами питания.

Основным источником поступления цинка в организм человека и животных является продукция растениеводства. В свою очередь, содержание этого микроэлемента в растениях зависит от его количества в почве.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Нами были проведены широкие исследования по распространению цинка в основных звеньях агроэкосистем: почвообразующих породах, почвенно-грунтовых водах, различных типах и разновидностях почв. Для этих целей было заложено свыше 500 почвенных разрезов, отобрано и проанализировано 815 образцов почвообразующих и подстилающих пород. Валовое количество цинка определяли согласно [2], содержание подвижных соединений - по [3]. Кроме того, было отобрано и проанализировано 246 образцов почвенно-грунтовых вод.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ На территории региона выделяется пять генетических групп почвообразующих пород: ледниковые, водно-ледниковые, древнеаллювиальные, аллювиальные отложения, а также погребенный торф [4, 5].

Ледниковые отложения представлены валунными суглинками и супесями, реже - связными песками или легкими глинами. Ледниковые отложения являются преобладающими почвообразующими породами в конечно-моренном геоморфологическом районе, достаточно широко распространены на абрадированных равнинах основно-моренного геоморфологического района. Валунные суглинки встречаются на Виштынецкой возвышенности, в западных районах области они соседствуют с валунными супесями.

По минералогическому составу ледниковые отложения близки к местным дочетвертичным породам. Преобладающими минералами являются кварц, гидрослюды, кальцит и полевые шпаты. В меньших количествах представлены глаукониты, роговая обманка, циркон, эпидот, рутил, гранат, дистен и сфен [6]. Минералы - носители цинка (сфалерит, вюртцит, каламин, ганит, цинкит и др.) в породах отсутствуют или присутствуют в следовых количествах.

Водно-ледниковые, включая озерно-ледниковые, отложения по площади распространения занимают второе место. Они являются преобладающими почвообразующими породами на территории южного подпруженного геоморфологического района, достаточно крупными массивами представлены на Шешупе-Инстручской абрадированной равнине, локально встречаются в северных и западных районах области. В восточных частях Лава-Прегольской низменности безвалунные глины часто выходят на дневную поверхность, являясь почвообразующими породами. В некоторых местах озерно-ледниковые безвалунные глины перекрыты маломощным слоем более легких по гранулометрическому составу наносов. Мощность безвалунных глин обычно не превышает двух метров. Они часто подстилаются ледниковыми валунными суглинками.

Водно-ледниковые безвалунные суглинки и озерно-ледниковые глины представляют собой обогащенные илистой и пылеватой фракциями продукты переотложения морены олиготрофными водами в перигляциальной обстановке. По

сравнению с моренными валунными суглинками безвалунные глины и водно-ледниковые безвалунные суглинки обеднены кварцем и полевыми шпатами и обогащены окисыо железа и гидрослюдами.

На всей территории области локально распространены водно-ледниковые пески и супеси, обширных зандровых равнин нет. Легкие водно-ледниковые наносы имеют обычно невысокую мощность - от десятков сантиметров до трех-пяти метров. Часто водно-ледниковые пески или супеси являются кроющим наносом для тяжелых по гранулометрическому составу пород, а иногда залегают прослойками в безвалунных суглинках и глинах. Вообще, сформированные на водно-ледниковых отложениях почвы часто имеют двух- или трехчленный профиль, что усиливает контрастность почвенного покрова.

Древнеаллювиальные отложения представлены главным образом сортированными мелкозернистыми или среднезернистыми песками. Достаточно крупными массивами они встречаются на Куршской низменности, особенно в ее восточной и центральной частях; в междуречье Немана и Шешупе; на надпойменных террасах Преголи, Анграпы и Инструча. В центральной части Куршской низменности древнеаллювиальные отложения, как правило, перекрыты торфом. Преобладающим минералом является кварц. По химическому составу более 90% составляет кремнезем, содержание окиси кальция и элементов минерального питания растений низкое.

В поймах больших рек в качестве почвообразующих пород обычно выступают современные аллювиальные отложения. Они достаточно вариабельны по химическому и минералогическому составу. Гранулометрический состав аллювиальных наносов изменяется от сортированных мелких песков до тяжелых суглинков и глин. Часто встречаются двучленные и даже трехчленные аллювиальные отложения.

Почвообразующие породы являются одним из основных источников поступления элементов минерального питания в корнеобитаемые горизонты почв. Установлено, что количество макро- и микроэлементов в почве в значительной степени определяется содержанием их в почвообразующей породе [7-10].

Средние значения содержания цинка (мг/кг) в осадочных породах уменьшаются в ряду сланцы (80) > лессы и лессовидные суглинки (70) > озерно-ледниковые тяжелые суглинки и глины (54) > морские глины (50) > покровные суглинки (49) > суглинистая морена (47) > супесчаная и песчаная морена (28) > флювиогляциальные, древнеаллювиальные и озерные пески (14) [10, 11].

Почвообразующие породы Калининградской области отличаются несколько пониженным содержанием цинка по сравнению с вышеприведенными данными (табл. 1).

Таблица 1. Содержание цинка в почвообразующих породах Калининградской области, мг/кг [5]

Table 1. Zinc content in soil-forming rocks of the Kaliningrad region, mg / kg [5]_

Почвообразующие породы * п Среднее Ошибка среднего Коэффициент вариации,%

Водно-ледниковые безвалунные 126 46,5 1,13 39

глины

Водно-ледниковые безвалунные 63 35,8 0,14 27

пылеватые суглинки

Моренные валунные суглинки 144 29,3 0,21 13

Моренные валунные супеси 103 20,2 0,26 20

Озерно-ледниковые безвалун- 185 12,1 0,19 22

ные пески

Древнеаллювиальные сортиро- 63 10,3 0,14 16

ванные пески

Погребенный торф 131 9,7 0,18 31

n- количество почвенных образцов.

Валовое содержание цинка в почвообразующих породах Калининградской области варьирует в достаточно широких пределах. В целом такие породы региона обеднены этим микроэлементом по сравнению с материнскими породами севе-ро-западных областей России и Белоруссии; содержание цинка в аналогичных по генезису и гранулометрическому составу породах Литвы, Латвии и Калининградской области соизмеримо вследствие генетического единства их происхождения [5].

Содержание цинка, как и большинства других микроэлементов, в почвообразующих породах в значительной степени определяется гранулометрическим составом. Ледниковые отложения относительно обеднены минералами - носителями цинка, поэтому по распределению в почвообразующих породах региона цинк может быть отнесен к рассеянным элементам. Он способен изоморфно замещать некоторые катионы в глинных минералах. В грубодисперсных фракциях, как правило, этот микроэлемент отсутствует или находится в следовых количествах. Установлена тесная корреляционная зависимость между содержанием цинка и физической глины (г = +0,84±0,01).

Валовое содержание цинка в моренных карбонатных суглинках существенно выше, чем в выщелоченных, при этом озерно-ледниковые карбонатные породы обеднены им по сравнению с выщелоченными. По-видимому, в процессе сортировки исходной морены послеледниковыми водами цинк частично задерживался на карбонатном геохимическом барьере.

Отличительной особенностью органогенных пород Калининградской области является пониженное содержание цинка, что может быть связано как с видовым составом растений-торфообразователей, так и с гидрологическим режимом.

На содержание и распределение цинка в почвах, миграцию и трансформацию его соединений, в том числе и на закрепление в гумусово-аккумулятивных

горизонтах, существенное влияние оказывают почвенно-грунтовые воды. Химический состав этих вод весьма разнообразен и определяется геологическими, физико-географическими, биологическими, антропогенными и другими факторами [5]. Разнообразие элементов рельефа и почвообразующих пород создает неодинаковые условия гидрологического режима, что, в свою очередь, оказывает существенное влияние на химический состав почвенно-грунтовых вод. По величине сухого остатка, а также по химическому составу почвенно-грунтовые воды восточной части области значительно отличаются от вод западной и северной части.

Изучение содержания цинка в почвенно-грунтовых водах Калининградской области показало, что концентрация микроэлемента варьирует в широких пределах (табл. 2).

Таблица 2. Содержание цинка в почвенно-грунтовых водах Калининградской области, мкг/дм3

Table 2. Zinc content in soil-ground waters of the Kaliningrad region, meg / dm_

Район Среднее содержание Ошибка среднего Коэффициент вариации, %

Славский 40 6,0 65

Зеленоградский 88 12,0 60

Багратионовский 70 3,8 49

Полесский 93 10,9 54

Краснознаменский 112 7,2 55

Неманский 147 13,7 71

Концентрация цинка в почвенно-грунтовых водах зависит от режима его поступления из почв и почвообразующих пород. Цинк входит в группу элементов, подвижных и слабоподвижных в окислительной и глеевой обстановке, осаждается на сероводородном барьере. Наиболее высокой концентрацией этого микроэлемента отличаются воды восточной части области, что связано со значительным распространением здесь дерново-подзолистых почв тяжелосуглинистого и сред-несуглинистого гранулометрического состава, сформированных на тяжелосуглинистой карбонатной морене. В западной части области широко распространены глубоковыщелоченные ледниковые и водно-ледниковые породы супесчаного и легкосуглинистого гранулометрического состава. Наименьшая концентрация микроэлемента характерна для почвенно-грунтовых вод Славского района. Здесь в структуре почвенного покрова высока доля аллювиальных дерновых почв легкого гранулометрического состава, а также осушаемых аллювиально-болотных и торфяных низинных почв, сформированных на древнеаллювиальном сортированном песке или на погребенном торфе. Таким образом, концентрация цинка в почвенно-грунтовых водах в значительной мере определяется его содержанием в почвообразующих породах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работах ряда авторов нижний порог оптимального содержания цинка составляет 30 мг/кг [1, 8, 9, 12]. Наши исследования показали, что моренные отложения, органогенные породы, озерно-ледниковые и древнеаллювиальные пески Калининградской области недостаточно обеспечены этим элементом. Низкое содержание цинка в сформированных на этих породах почвах является, на наш взгляд, региональной особенностью.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ковальский, В. В. Геохимическая экология / В. В. Ковальский. - Москва: Наука, 1974.-300 с.
2. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - Москва: Минсельхоз РФ. ЦИНАО. 1992.-61 с.
3. ГОСТ 50686-94. Почвы. Определение подвижных соединений цинка по методу Крупской и Александровой в модификации ЦИНАО. URL:http/docs.cmd.ru/document/l200025928. Дата обращения 31.10.2019.
4. Брысозовский, И. И. Справочник агронома по химизации сельского хозяйства / И. И. Брысозовский, Л. М. Григорович, В. И. Панасин. - Калининград: ИП Мишуткина И. В., 2008. - 352 с.
5. Панасин, В. И. Микроэлементы и урожай / В. И. Панасин. - Калининград: кн. изд-во, 2000. - 276 с.
6. Важенин, И. Г. Агрохимическая характеристика почв / И. Г. Важенин, В. И. Белякова // Агрохимические работы в Калининградской области. - Москва: Изд-во АН СССР, 1959. - С. 40-70.
7. Виноградов, А. П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах / А. П. Виноградов. - Москва: Изд-во АН СССР, 1957. - 238 с.
8. Шеуджен, А. X. Биогеохимия / А. X. Шеуджен. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2003.- 1028 с.
9. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас. - Москва: Мир, 1989. - 425 с.
10. Протасова, Н. А. Микроэлементы (Cr, V, Ni, Mn, Zn, Си, Со, Ti, Zr, Ga, Be, Ba, Sr, В, I, Mo) в черноземах и серых лесных почвах Центрального Черноземья / Н. А. Протасова, А. П. Щербаков. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2003. - 368 с.
11. Ковда, В. А. Основы учения о почвах: в 2 т. / В. А. Ковда - Москва: Наука, 1973.-Т. 2.-468 с.
12. Ковальский, В. В. Микроэлементы в почвах СССР / В. В. Ковальский, Г. А. Андрианова. - Москва: Наука, 1970. - 179 с.

REFERENCES

1. Kovalskiy V. V. Geokhimicheskaya ekologiya [Geochemical ecology]. Moscow, Nauka, 1974,306 р.
2. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu tyazholykh metallov v pochvakh sel&khozugodiy i produktsii rastenievodstva [Guidelines for the determination of heavy metals in soils of farmland and crop products.]. Moscow, Minselkhoz RF, TCINAO, 1992,61 p.
3. GOST 50686-94. Pochvy. Opredelenie podvizhnykh soyedineniy tsinka po metodu Krupskoy i Aleksandrovoy v modifikatsii TSINAO [Soils. Determination of mobile zinc compounds by the method of Krupskaya and Alexandrova in the modification of TSINAO]. Available at: http/docs.cmd.ru/document/1200025928 (Accessed 31 October 2019).
4. Brysozovskiy 1.1., Grigorovich L. M, Panasin V. I. Spravochnik agronomapo khimizatsii sel&skogo khozyaystva [Agronomist&s Handbook of agricultural chemization]. Kaliningrad, IP "Mishutkina I. V.", 2008, 352 p.
5. Panasin V. I. Mikroelementy i urozhay [Trace elements and harvest]. Kaliningrad, Kaliningradskoye knizhnoye izdatel&stvo, 2000, 276 p.
6. Vazhenin I. G., Belyakova V. I. Agrokhimicheskaya kharakteristika pochv [Agrochemical characteristics of soils]. Moscow, Izdatel&stvo AN SSSR, 1959, pp. 40-70.
7. Vinogradov A. P. Geokhimiya redkikh i rasseyanykh khimichtskikh elementov v pochvakh [Geochemistry of rare and scattered chemical elements in soils]. Moscow, Izdatel&stvo AN SSSR, 1957, 238 p.
8. Sheudzhen A. Kh. Biogeokhimiya [Biogeochemistry]. Maykop, GURIPP "Adygeya", 2003, 1028 p.
9. Kabata-Pendias A., Pendias Kh. Mikroelementy v pocyvakh i rasteniyakh [Trace elements in soils and plants]. Moscow, Mir, 1989, 425 p.
10. Protasova N. A., Shcherbakov A. P. Mikroelementy (Cr, V, Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Ba, Sr, B, I, Mo) v chernozemakh i serykh lesnykh pochvakh Tsen-tral&nogo Chernozem&ya [Trace elements (Cr, V, Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Ba, Sr, B, I, Mo) in chernozems and gray forest soils of the Central Chernozem Region]. Voronezh, Izdatel&stvo VGU, 2003, 368 p.
11. Kovda V. A. Osnovy ucheniya o pochvakh [Fundamentals of the doctrine of soils]. Moscow, Nauka, 1973, vol. 2, 468 p.
12. Kovalskiy V. V Mikroelementy v pochvakh SSSR [Trace elements in soils of the USSR]. Moscow, Nauka, 1970, 179 p.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Панасии Владимир Ильич\\ - Калининградский государственный технический университет; доктор сельскохозяйственных наук, профессор; E-mail: panasinl938@mail.ru

Panasin Vladimir Il&ich\\ - Kaliningrad State Technical University; Doctor in Agricultural Sciences, Professor; E-mail: panasinl938@mail.ru

Рымаренко Дмитрий Андреевич - Центр агрохимической службы «Калининградский»; кандидат биологических наук; главный агрохимик

Rymarenko Dmitriy Andreevich - Center of agrochemical service "Kaliningradskiy"; PhD in Biological Sciences; Chief Agricultural Chemist

Депутатов Константин Викторович - Калининградский государственный технический университет; аспирант

Deputatov Konstantin Viktorovich - Kaliningrad State Technical University;

post-graduate student

Вихман Михаил Иванович - Центр агрохимической службы «Калининградский»; доктор биологических наук; директор; E-mail: agrohim_39@mail.ru

Wikhman Mikhail Ivanovich - Center of agrochemical service "Kaliningradskiy"; Doctor in Biological Sciences, Director; E-mail: agrohim_39@mail.ru

ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ ВАЛОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЦИНКА soil-forming rocks soil-ground water total zinc content