Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткая история вопроса 9
Глава 2. Объекты и методы исследований 13
Глава 3. Химические свойства стронция 15
Глава 4. Характеристика природных условий изученной территории
4.1. Климат 17
4.2. Геоморфология 20
4.3. Растительность 24
4.4. Природные воды 27
4.5. Почвообразующие породы 33
4.6. Почвенный покров 37
Глава 5. Стронций в почвообразующих породах 42
Глава 6. Валовое содержание стронция в почвах
6.1. Географические закономерности изменения валового содержания стронция в почвах
6.2. Внутрипрофильное распределение валового стронция 66
Глава 7. Формы химических соединений стронция в почвах
7.1. Кислоторастворимая форма стронция в почвах 74
7.2. Водорастворимая форма стронция в почвах 83
Глава 8. Поведение стронция в системе почва - растение 92
Глава 9. Концентрация стронция в природных водах 99
Выводы 111
Список литературы 113
- Краткая история вопроса
- Растительность
- Стронций в почвообразующих породах
- Внутрипрофильное распределение валового стронция
Введение к работе
В настоящее время значительное число научных исследований направлено на изучение содержания биологически важных химических элементов и соотношений между ними в компонентах ландшафтов (почвообразующие породы, почвы, растения, природные воды), поскольку эти параметры необходимы при оценке экологического благополучия среды обитания животных
»
и человека.
Необходимость изучения основных компонентов ландшафтов обусловлена ролью, которую они играют в формировании окружающей среды. Почвообразующие породы и почвы - источники химических элементов для биогеохимического круговорота, растения — ведущий фактор почвообразования и звено в цепи питания, природные воды — переносчик химических элементов в ландшафте. Компоненты ландшафтов связаны между собой, поэтому для выяснения генезиса биогеохимической специфики ландшафтов и ее влияния на животных и человека необходимо их сопряженное изучение.
Содержание химических элементов и соотношения между ними в ландшафте могут служить индикаторами процессов, происходивших в нем в прошлом и осуществляющихся в настоящее время. Важным участником таких процессов является Sr. Информация о содержании Sr в почвообразующих породах и почвах может быть использована для определения их возраста (отношение Rb/Sr) [Саватенков и др., 2003; Костицын, Алтухов, 2004; и др.], генезиса и гидротермических условий осадконакопления (отношение Ba/Sr) [Виноградов, 1957; Добровольский, 1983; Маслов и др., 2003; Сысо, 2007; Ильин и др., 2007; и др.].
Принадлежность Sr к тяжелым металлам обуславливает его изучение как экотоксиканта. Установлено [Ковальский, 1974], что содержание Sr в почвах выше экологических пороговых значений (600-1000 мг/кг) при недостатке Са (соотношение Ca/Sr<100) негативно влияет на живые организмы. У млекопитающих животных развиваются заболевания скелета, у растений подавлется рост вегетативных органов.
Выявлено, что самые высокие концентрации Sr характерны для ландшафтов кальциево-стронциевых биогеохимических провинций, формирующихся на выходах целестиновых пород и флюоритах [Ковальский, 1974; Ермаков, 2006]. Ландшафты, существующие в условиях аридного климата, также обогащены Sr. Его количество в них возрастает за счет испарительного концентрирования на карбонатном и гипсовом геохимических барьерах. В свою очередь, ландшафты, формирующиеся в условиях гумидного климата, обеднены Sr [Перельман, 1972].
Территория юга Обь-Иртышского междуречья имеет сложное геоморфологическое и геологическое строение. Входящие в состав междуречья геоморфологические структуры представлены как повышенными плато разной степени дренированности, так и пониженными бессточными аккумулятивными равнинами со сложным гривно-ложбинным рельефом. Почвообразую-щими породами служат отложения различного возраста (третичные, четвертичные), генезиса (озерные, озерно-аллювиальные, лессовые) и гранулометрического состава (от песков до глин). Меридианальная вытянутость территории способствует формированию климатических природных зон, в соответствии с которыми в направлении с севера на юг изменяется почвенный покров и состав растительности. Перечисленные природные факторы формируют на юге Обь-Иртышского междуречья сложную ландшафтно-геохимическую обстановку с чередованием элювиальных и аккумулятивных ландшафтов. В элювиальных условиях происходит постоянный вынос вещества, и формируются зональные типы почв и растительности. В аккумулятивных ландшафтах происходит накопление веществ, формируются интразо-нальные почвы (засоленные, гидроморфные, сильно окарбоначенные, с наличием гипса), растительность часто представлена специфическими галлофит-ными ассоциациями, природные воды характеризуются пестротой химического состава и разной степенью минерализации.
Своеобразие природной обстановки юга Обь-Иртышского междуречья, очевидно, отражается на количестве Sr в ландшафтах.
Изучению концентрации и закономерностей распределения Sr в ландшафтах юга Обь-Иртышского междуречья посвящены работы Н. И. Добро-творской и Н. В. Семендяевой [1996, 2001]. Ими отмечено, что в среднем почвообразующие породы и почвы Барабинской и Кулундинской равнин характеризуются повышенным валовым содержанием Sr в сравнении с клар-ком. Самое высокое количество валового Sr было обнаружено в почвах аккумулятивно-транзитных и транзитно-аккумулятивных ландшафтов. Влияние климатических условий на содержание Sr прослеживалось в зональных почвах: был отмечен рост концентрации элемента в направлении от северной лесостепи к северной степи. Особенности внутрипрофильного распределения Sr обусловлены его биогенной аккумуляцией и накоплением на карбонатном геохимическом барьере. Значительное влияние на концентрацию Sr в почвах оказывает их карбонатность. Отмечено [Езупенок, 2005], что повышенное содержание Sr в торфяных почвах Васюганского плато по сравнению с аналогичными почвами европейской части России обусловлено распространенностью на территории южной тайги карбонатных лессовидных пород, обогащенных Sr.
Несмотря на ряд выявленных особенностей содержания и распределения Sr в ландшафтах региона [Добротворская, 1996], остаются и не изученные вопросы. Не исследована связь между количеством Sr в почвообразующих породах и их приуроченностью к различным геоморфологическим структурам. Не выявлены в полной мере закономерности изменения содержания Sr в ряду зональных почв, в частности, не охвачены почвы южно-таежной зоны. Заслуживает более пристального внимания вопрос о влиянии содержания карбонатов на концентрацию Sr в почвах. Слабо изучено количество и закономерности географического распределения мобильных форм Sr (водорастворимая, легкоподвижная, кислоторастворимая) в почвенном покрове юга Обь-Иртышского междуречья Sr.
Кроме того, в исследуемом регионе встречаются ландшафты с высоким содержанием Sr и узким отношением Ca/Sr в почвах и водах [Березин и др.,
1991; Сысо, 1998; Сысо и др., 1999; Добротворская, Семендяева, 2001; Ильин, Сысо, 2001], где вероятно наличие неблагополучных биогеохимических обстановок для живых организмов. Необходимость выявления территорий с наибольшей степенью распространения таких ландшафтов очевидна.
Таким образом, актуальность исследования Sr в компонентах ландшафтов юга Обь-Иртышского междуречья обусловлена недостаточной изученностью закономерностей пространственного распределения его валового содержания и подвижных форм в почвообразующих породах и почвах, а также необходимостью определения районов, где возможно избыточное поступление Sr в пищевую цепь.
Цель работы: изучение содержания и закономерностей распределения Sr в почвообразующих породах, почвах, растениях и водах на юге Обь-Иртышского междуречья.
В задачи исследований входило определение и экологическая оценка:
содержания валового Sr и его подвижных форм в почвообразующих породах и почвах;
количества Sr в луговой растительности и его зависимости от содержания доступной формы элемента в почвах;
концентрации Sr в подземных, грунтовых и поверхностных водах и ее связи с химическим составом вод и водовмещающих пород;
величины отношения Ca/Sr в почвах, природных водах и растениях;
определение влияния свойств почвообразующих пород и почв на содержание и распределение в них Sr.
Научная новизна. Выявлены основные закономерности географического распределения стронция в почвообразующих породах и почвах от подзоны южной тайги до степной зоны юга Обь-Иртышского междуречья. Установлено, что наименьшее валовое содержание Sr характерно для глинистых отложений юга Васюганского плато и песчано-супесчаных пород Кулундинской равнины, а наибольшее — для пород Предалтайской равнины, обогащенных первичными стронцийсодержащими минералами, и засоленных глинистых
отложений Северной Кулунды. Определено, что в зональных почвах минимальное количество элемента характерно для дерново-подзолистых, серых лесных и каштановых почв, а максимальное для черноземов; в интразональ-ных почвах содержание Sr увеличивается от лугово-черноземных к луговым карбонатным почвам в соответствии с их положением в ландшафте. Проведенные исследования существенно расширили представления о содержании Sr и величине отношения Ca/Sr в компонентах ландшафтов юга Обь-Иртышского междуречья. Они позволили определить территории с благоприятной экологической обстановкой (Приобское и Васюганское плато) и районы, где вероятно наличие неблагоприятных биогеохимических ситуаций (засоленные ландшафты Барабинской низменности и северной части Кулун-динской равнины) для животных и человека.
Практическая значимость работы. Результаты исследований позволяют более полно охарактеризовать почвенно-геохимические и биогеохимические особенности юга Обь-Иртышского междуречья по содержанию Sr и отношению Ca/Sr в почвообразующих породах, почвах, водах и растениях, а также могут быть использованы в региональном экологическом мониторинге.
Защищаемые положения:
1. Содержание Sr в почвообразующих породах юга Обь-Иртышского
междуречья возрастает с увеличением количества физической глины, карбонатов и стронцийсодержащих первичных минералов, а в почвах также с усилением аридности климата.
2. Экологическая обстановка в исследованных ландшафтах юга Обь-
Иртышского междуречья по содержанию Sr и отношению Ca/Sr в целом бла
гоприятная. Наличие неблагоприятных экологических ситуаций для живот
ных и человека вероятно на засоленных территориях Барабинской низменно
сти и Кулундинской равнины, где встречаются почвы, растения и воды с вы
соким содержанием Sr и узкими отношениями Ca/Sr.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на IV Съезде Докучаевского общества почвоведов России (Новосибирск, 2004), Международной научно-практической конференции «Тяжелые метал-
лы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004), Всероссийской научной конференции «Современные проблемы почвоведения и оценки земель Сибири» (Томск, 2005), Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007), Международном совещании «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2008).
Публикации, По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, входящих в Перечень ВАК.
Личный вклад автора. Автор лично проводил экспедиционное обследование территории, закладывал и описывал почвенные разрезы, отбирал образцы и выполнял их лабораторный анализ. Им проведена обработка и обобщение полученных экспериментальных данных, публикация результатов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, выводов и списка литературы. Общий объем диссертации - 130 страниц, в том числе 28 таблиц и 17 рисунков. Список литературы включает 186 наименований.
Краткая история вопроса
Существует несколько направлений в изучении Sr. Одно из них - биогеохимическое - связано с исследованием вредного воздействия Sr на живые организмы в естественных ландшафтах. Выявлено, что избыток Sr в почвах и водах на фоне недостатка Са способствует развитию заболеваний опорно-двигательного аппарата у животных и человека [Ковальский, 1957, 1974; Самарина, 1960; Хоботьев, 1960; Виноградов, 1993], у растений же подавляется рост корней [Серегин, Кожевникова, 2004, 2005, 2008; Кожевникова и др., 2007], блокируются входящие в клетку К+-потоки, наблюдаются анатомо-физиологические нарушения [Ивашикина, Соколов, 2006].
Аномально высокие концентрации Sr были обнаружены в ландшафтах, развивающихся на выходах целестиновых пород в условиях аридного климата [Ковальский, 1974], а также в почвообразующих породах и почвах, формирующихся на флюоритах [Ермаков, 2006]. Территории с относительно высоким содержанием Sr и недостатком Са в компонентах ландшафта получили название кальциево-стронциевых биогеохимических провинций. В. В. Ковальским [1974] были предложены экологические пороговые концентрации Sr в почвах (600-1000 мг/кг), превышение которых может негативно отражаться на живых организмах. Важную роль для животных организмов играет соотношение Ca/Sr, характеризующее изменение концентрации этих элементов в процессе их совместной миграции по пищевой цепи - от почв и вод, через растения к животным к человеку. Считается, что соотношение Ca/Sr ниже 100 [Иванов, 1994] может приводить к нарушению здоровья животных и человека.
Основные черты геохимии Sr подробно рассмотрены в труде В. В. Буркова и Е. К. Подпориной [1962]. Установлено, что магматические породы обеднены Sr по сравнению с осадочными. Низкое содержание Sr в магматических расплавах, его изоморфизм с Са и К являются причиной рассеивания Sr в породообразующих и акцессорных минералах. Основное количество Sr при этом сосредоточено в плагиоклазах (50-60%) и калиевых полевых шпатах (30-40%). Среди осадочных - наиболее высокие концентрации Sr характерны для карбонатных (известняки, доломиты) и сульфатных пород. В не-окарбоначенных песчаниках и глинах содержание Sr заметно снижается. В экзогенных условиях, по сравнению с эндогенными, изоморфизм Sr с Са и К существенно ограничен, что является причиной образования в осадочных отложениях месторождений собственных минералов Sr (целестин, стронцианит).
При выветривании горных пород Sr переносится поверхностными водами в виде истинных растворов и взвесей. При главенствующей роли растворов Sr концентрируется в тонкозернистых карбонатных и глинистых породах, в случае преобладания взвесей - в более грубозерных отложениях.
Результаты геохимических, биогеохимических и экологических исследований ландшафтов, сформировавшихся в разных природных условиях, указывают на то, что на содержание Sr в почвах, растительности и природных водах влияют климат, генезис и свойства почвообразующих пород, их гранулометрический и минералогический состав, рельеф местности [Виноградов, 1957; Добровольский, 1961; Тюрюканова и др., 1964; Ковальский, Андрианова, 1970; Перельман, 1972; Ковальский, 1974, 1978; Тюрюканова, 1976; Давыдова, 1979; Тойка, Перевозчикова, 1980; Добровольский, 1983; Кабата-Пендиас, 1989; Протасова, Голубев, 1996; Давыдова, Снытко, 2000; Протасова, Щербаков, 2003, 2004; Саввинов, 2006; Сысо, 2007].
На территории юга Обь-Иртышского междуречья была отмечена возможность возникновения неблагоприятных экологических ситуаций, связанных с низкими значениями соотношений Ca/Sr в почвах, водах и растениях засоленных территорий [Сысо, 1998; Сысо и др., 1999, 2007]. Содержание и закономерности распределения Sr в ландшафтах юга Обь-Иртышского междуречья изучались в зависимости от широтной зональности, мезорельефа, генезиса, гранулометрического и минералогического составов почвообразующих пород, а также их карбонатности [Добротворская, 1996; Экогеохимия Западной Сибири, 1996; Добротворская, Семендяева, 2001; Худяев, Сысо, 2004; Худяев, Ермолов, 2004; Езупенок, 2005; Худяев, 2005, 2007; Родикова, 2007; Сысо, 2007].
Дискриминация Sr в системе почва - растение обусловлена почвенными свойствами и биологическими особенностями растений [Алексахин, 1963]. Установлено, что поступление Sr в растения изменяется в зависимости от форм его нахождения в почвах, содержания обменного Са, количества и состава гумуса, гранулометрического и минералогического составов почв, степени их удобренности [Клечковский, Гулякин, 1958; Бочкарев и др., 1964; Гулякин и др, 1965, 1976; Рыжова, 1965; Ильина и др., 1966; Юдинцева и др., 1967, 1968, 1970; Павлоцкая, 1973; Ширшова, Щербакова, 1978; Дергунов и др., 1981; Варшал и др., 1996; Бондарь и др., 2000; Бондарь и др., 2003; Подоляк, 2007а; Gastberger et al., 2000]. Видовой состав и фаза развития растений также влияют на поглощение ими Sr из почвы и его распределение по органам [Махонина и др., 1961; Бондаренко, 1963; Ковалевский, 1963; Федорова, 1968; Грибовская, Литвинова, 1974; Никифорова, Ксенофонтова и др., 2006; Подоляк, 20076; Tsialtas at el., 2003; Anke et al., 2006].
Агроэкологический аспект изучения Sr связан с накоплением его в почвах и растениях при химической мелиорации. В европейской части России изучалось действие и последействие различных форм фосфорных удобрений на дерново-подзолистых почвах. Было отмечено, что применение таких удобрений может приводить к росту концентрации подвижных форм Sr в почве, что в свою очередь ведет к увеличению его содержания в растениях [Шугаров, 1970; Карпова, Потатуева, 2004; Карпова, Гомонова, 2006]. Количество Sr, поступающего в систему почва-растение, зависит от исходного сырья и технологии производства удобрений [Потатуева и др., 1994].
На юге Западной Сибири в качестве мелиоранта солонцовых почв был предложен фосфогипс, содержание Sr в котором может достигать 2%. Исследованию вопросов избыточного накопления Sr в почвах и растениях при внесении фосфогипса посвящены работы Л. В. Березина и др. [1991, 1995], Н. И. Добротворской и Н. В. Семендяевой [1997], А. Ф. Иванова [1990], Ю. И. Ер-мохина и др. [2003, 2004].
Информация о содержании Sr в почвообразующих породах, почвах и водах используется и для изучения истории формирования ландшафтов. Отношение Sr/Ba служит индикатором гидротермических условий осадконакоп-ления, отношение Rb/Sr используют для определения возраста пород и почв. На юге Западной Сибири изучению значений соотношения Sr/Ba в почвообразующих породах и почвах посвящены работы А. И. Сысо [2003, 2007] и Т. Н. Елизаровой и др. [2005].
Растительность
Являясь ведущим фактором почвообразования, растительность влияет на поведение и концентрацию химических элементов, в том числе и Sr, в почвах. Растительный опад участвует в формировании гумусово-аккумулятивного горизонта почв, где Sr может накапливаться в составе органического вещества. Тип гумуса влияет на подвижность Sr в почвенном профиле. При фульватном типе гумуса и кислой реакции среды Sr может легко мигрировать вниз по почвенному профилю и выноситься за его пределы. При гуматном типе гумуса и нейтральной либо щелочной реакции среды миграция Sr по почвенному профилю затруднена.
Растительный покров юга Обь-Иртышского междуречья подразделяется на несколько зон и подзон, которые меняются в широтном направлении. Север изучаемой территории (Васюганское плато) относится к южнотаежной подзоне. Для нее характерна высокая степень заболоченности и широкое распространение болотных фитоценозов. В зависимости от условий образования болота относятся к сосново-сфагновым олиготрофным либо к осоко-гипновым мезотрофным и евтрофным [Гаджиев, 1982]. В общей площади болот доля верховых составляет 47%, низинных - 42%, переходных -11%) [Лисе и др., 2001]. На дренируемых участках территории: придолинные полосы междуречий, увалистые повышения, гривообразные формы рельефа -располагаются сосновые зеленомошно-кустарничковые и сосновые травянистые леса, а также вторичные березовые и березо-осиновые леса.
Южно-таежная подзона граничит с подзоной мелколиственных лесов (подтайга), которая отделяет собственно тайгу от лесостепной зоны. На территории Обь-Иртышского междуречья подтаежная зона приурочена к южному склону Васюганья и северной части Барабы. Характерной особенностью подтайги является сочетание признаков как южно-таежной, так и лесостепной зоны. Растительный покров дренированных частей водоразделов составляют осиново-березовые, березовые и осиновые травяные леса с разреженным древесным ярусом и мощным травяным покровом из лесных и лугово-лесных видов. На севере подзоны в травяном покрове встречаются виды таежного мелкотравья, а на юге - мезоксерофиты остепненных лугов. На пониженных элементах рельефа развиваются травяные, гипновые и реже сфагновые болота. Низинные болота здесь занимают 56%, верховые - 31%, а переходные - 13% от общей заболоченной площади [Природные ресурсы..., 1986; Лисе и др., 2001].
Подтайга сменяется лесостепной зоной, которая занимает территорию Барабинской низменности, а также северную часть Приобского плато. Большое разнообразие ландшафтных, климатических и гидрологических условий, встречающихся в лесостепи, обуславливает формирование большого разнообразия растительных сообществ.
В Барабе на пониженных элементах рельефа широко развиты процессы заболачивания и, как следствие, распространены травяные тростниковые PI осоковые болота, особенно в северной лесостепи. По мере продвижения в южную лесостепь степень заболоченности уменьшается. Плакорный ряд растительных сообществ представлен злаково-разнотравными и суходольными лугами, березовыми и осиново-березовыми лесами с лугово-степными видами в травостое. На повышенных элементах рельефа южной лесостепи распространены разнотравно-злаковые луговые степи и березовые леса паркового типа. Межгривные понижения заняты болотно-солончаковыми, солонцо-во-солончаковыми и остепненными лугами, обсыхающими травяными болотами, зарастающими и заболачивающимися озерами, березовыми колками в западинах [Курачев, Рябова, 1981; Лапшина, 1963].
На юге лесостепь постепенно сменяется степной зоной, которая захватывает Кулунду, юг Приобского плато и север Предалтайской равнины. Древесная растительность в данной зоне практически отсутствует и встречается лишь на границе с лесостепью (мелкие березовые колки и перелески), а также на песчаных аллювиальных отложениях древних ложбин стока Приобского плато и Кулунды (сосновые боры). На севере степной зоны преобладают разнотравно-злаковые луговые стеші, которые приурочены к равнинным пространствам широких платообразных грив. Пониженные элементы рельефа, где распространены почвы засоленного ряда, занимают галофитно-злаковые растительные сообщества, а также полынно-типчаковые степи и группировки однолетних и многолетних полукустаричковых солянок.
В южной степи на плакорах распространены ксерофитные растительные группировки - различные варианты типчаковых и ковыльных сообществ: типчаково-ковыльные настоящие, полынно-типчаковые опустыненные, по-лынно-типчаково-ковыльные опустыненные степи. По окраинам соленых озер развиваются заросли солянок и участки злаковых солончаковых лугов, на солонцах распространены пустынно-степные и пустынные группировки полукустарничков и галофитного разнотравья [Куминова и др., 1963; Лапшина, 1963].
Естественный состав растительности природных зон существенно изменен хозяйственной деятельностью человека. Степень антропогенного влияния на естественную флору возрастает в направлении от южной тайги к степи. Растительность повышенных, хорошо дренируемых пространств, развивающаяся на незасоленных почвах, уничтожена распашкой и заменена агро-ценозами. Растительные сообщества пониженных элементов рельефа используются под пастбища и сенокосы, вследствие чего здесь наблюдается выпадение хорошо поедаемых и увеличение плохо поедаемых видов. Некоторая часть болотных массивов в подтайге и северной лесостепи осушена и используется под кормовые угодья.
Природные воды юга Обь-Иртышского междуречья широко используются для питьевого водоснабжения, сельскохозяйственных нужд и технических целей. Слабая дренируемость большей части территории, ее относительная бессточность, обуславливают активное участие поверхностных, грунтовых и подземных вод в процессах почвообразования: болотообразова-ние, засоление и рассоление почв.
Реки изучаемой территории относятся к трем бассейнам: Обскому (восточная часть междуречья), Иртышскому (западная часть междуречья) и к внутреннему бессточному (юго-запад междуречья). Наибольшая густота речной сети характерна для хорошо увлажненных северных и восточных районов территории, тогда как в южных засушливых районах она менее развита. Такой характер распределения речной сети и слабая дренируемость территории способствует замедленному водообмену, аккумуляции солей в почвооб-разующих породах и почвах лесостепи и степи, приводит к широкому распространению болот и озер в южной тайге и подтайге [Сысо, 2007]. Большинство рек относится к типу равнинных, с малыми скоростями течения [Новосибирская область..., 1978], что будет способствовать переносу ими Sr в виде истинных растворов, а не во взвешенной форме [Бурков, Подпорина, 1962].
Стронций в почвообразующих породах
Количество Sr в почвообразующих породах изменяется в зависимости от их приуроченности к геоморфологическим структурам и формам рельефа (рис. 2, табл. 4). Минимальная концентрация Sr (100-300 мг/кг) характерна для почвообразующих пород повышенных форм рельефа юга Васюганского плато и Кулундинской равнины. Малое содержание элемента в отложениях Васюганья обусловлено гумидными условиями, под влиянием которых Sr активно выносится из почвообразующих пород, несмотря на их тяжелосуглинистый и глинистый гранулометрический состав. Усиление аридности климата в Кулундинской равнине создает благоприятную ситуацию для накоп ления Sr в породах, однако их супесчаный и легкосуглинистый гранулометрический состав препятствует формированию испарительного барьера, и существенного накопления Sr не происходит. Концентрация Sr 500-600 мг/кг иногда встречается в средне- и тяжелосуглинистых почвообразующих породах повышенных форм рельефа Кулундинской равнины. Однако тяжелые породы на гривах встречаются редко и их влияние на общий уровень содержания Sr незначительно.
В почвообразующих породах отрицательных форм рельефа наибольшее количество образцов (62% всей выборки) характеризуется концентрациями Sr 200-300 мг/кг и 500-600 мг/кг. Породы с содержанием Sr 200-300 мг/кг географически локализованы в южной части Васюганья. Концентрация Sr 500-600 мг/кг обнаружена в средне- и тяжелосуглинистых породах пониженных форм рельефа севера Кулундинской равнины. Здесь рост содержания Sr происходит за счет испарительного концентрирования, которому благоприятствует усиление аридности климата, тяжелый гранулометрический состав пород и неглубокое залегание грунтовых вод. Коэффициент вариации, % 53 28 48 68 76 65 28 Примечание: 1 - гривы и водоразделы, 2 - межгривья и понижения; над чертой - пределы варьирования, под чертой - среднее содержание
Значительное количество Sr обнаружено в почвообразующих породах Приобья и Предалтайской равнины. Рост концентрации элемента в породах этих геоморфологических структур обусловлен их близостью к областям горного окаймления (Алтайские горы, Салаир) и, как следствие, тесной связью между минеральным и элементным химическим составом горных и почвообразующих пород. Указывается, что в магматических породах большая часть Sr сосредоточена в плагиоклазах (50-60%) и калиевых полевых шпатах (30-40%) [Бурков, Подпорина, 1962]. В тоже время значительное количество этих минералов характерно для пород горного окаймления юга Западной Сибири и прилегающих к ним Предалтайской равнины и Приобского плато [Сысо, 2007].
В целом содержание Sr в почвообразующих породах юга Обь-Иртышского междуречья отлично от количества Sr в материнских отложениях других областей России. Так, по данным Н. И. Протасовой [1985] лессовидные легкие и средние суглинки центрально-черноземной области содержат в среднем 68 мг/кг, а тяжелые суглинки и глины 132 мг/кг Sr. По ее же данным [1996], породы Окско-Донской равнины содержат Sr (мг/кг): тяжелые суглинки и глины — 118, средние и легкие суглинки — 64, древнеаллюви-альные, флювиогляциальные супеси и пески - 40. И. С. Лупинович и Г. П. Дубиковский [1970] обнаружили, что в песках Белоруссии Sr содержится в среднем 92 мг/кг, в моренных суглинках 164 мг/кг, в лессовидных суглинках 220 мг/кг. Исследования В. Б. Ильина [1991] показали, что аллювиальные пески Западной Сибири содержат 71 мг/кг, а лессовидные суглинки 139 мг/кг Sr. Отдельно по районам Западной Сибири содержание Sr в почвообразующих породах приводится в работе А. И. Сысо [2007]. Суглинки Пурской низменности содержат Sr в среднем 165 мг/кг, флювиогляциальные пески Сибирских Увалов - 80 мг/кг, суглинистые отложения Среднеобской низменности - 130 мг/кг, Колывань-Томской возвышенности - 290 мг/кг, Кузнецкой котловины - 325 мг/кг. Количество Sr в суглинистых породах лесостепных предгорий Салаира составляет в среднем 160 мг/кг, а в глинах таежных низ когорий - 125 мг/кг. В пределах Ишимской степи суглинистые породы грив содержат Sr 280 мг/кг, а глинистые отложения пониженных равнин - 430 мг/кг.
Таким образом, приведенные данные показывают, что в почвообра-зующих породах юга Обь-Иртышского междуречья концентрация Sr гораздо выше, чем в аналогичных отложениях других территорий. Часто повышенное содержание Sr в осадочных породах характерно для глинисто-карбонатных и сульфатных отложений [Ковальский, Андрианова, 1970]. В свою очередь, почвообразующие породы юга Обь-Иртышского междуречья повсеместно окарбоначены, а на пониженных аккумулятивных равнинах в породах нередко обнаруживаются отложения гипса, с которыми Sr совместно накапливается. Все это обуславливает большее содержание Sr в почвообразующих породах юга Обь-Иртышского междуречья по сравнению с породами других территорий.
Кроме того, приведенные данные показывают, что содержание Sr в почвообразующих породах зависит от их гранулометрического состава (песчаные породы содержат элемента меньше, чем тяжелосуглинистые и глинистые) и генезиса (флювиогляциальные и песчаные аллювиальные отложения обеднены Sr по сравнению с лессовидными суглинками).
Наши исследования показали, что влияние роста содержания физической глины на увеличение концентрации Sr в породах наиболее ярко прослеживается в пределах конкретной геоморфологической структуры. При сравнении пород разных геоморфологических структур в контрастных по гранулометрическому составу отложениях нередко можно обнаружить примерно одинаковое содержание Sr. И наоборот, разные концентрации элемента могут содержаться в породах со сходным гранулометрическим составом (табл. 5).
Расчитанные коэффициенты корреляции позволяют предположить, что отсутствие связи между рассматриваемыми элементами и физической глиной говорит о том, что Sr, Pb, La, Yb и Y распределены между фракциями гранулометрического состава относительно равномерно. Средняя либо сильная положительная связь свидетельствует о локализации элементов преимущественно во фракции физической глины. Сильная и средняя отрицательная связь показывает, что элемент сосредоточен в грубых фракциях (крупнопылеватая, песчаная) гранулометрического состава. Судя по коэффициентам корреляции, увеличение концентрации рассматриваемых нами элементов в той или иной степени связано с увеличением количества физической глины в почвообразующих породах. Исключением являются почвообразующие породы Приобского плато, в которых концентрация Sr с физической глиной не связана, и рост его содержания происходит за счет крупнопылеватой и песчаной фракций. Наши данные согласуются с исследованиями А. И. Сысо [2007], которым установлено, что в илистой фракции почвообразующих пород Приобского плато концентрация Sr меньше, чем в песчаной фракции и в породе в целом. Данный факт можно объяснить тем, что Приобское плато находится вблизи районов горного окаймления, и доля слаботрансформированных обломков горных пород, обогащенных Sr, в составе почвообразующих пород весьма значительна и сосредоточена в песчаной и крупнопылеватой фракциях гранулометрического состава.
Внутрипрофильное распределение валового стронция
По содержанию Sr профили изученных почв можно разделить на две части: обедненную Sr (бескарбонатную) и обогащенную Sr (карбонатную). В бескарбонатной части профиля максимум Sr сосредоточен в гумусово-аккумулятивном горизонте, где он накапливается в результате биогенной аккумуляции. Обогащенные физической глиной бескарбонатные иллювиальные горизонты В (в зональных почвах) и солонцовые горизонты В і (в интра-зональных почвах) обеднены Sr. Причиной этого может быть локализация Sr в устойчивых к выветриванию минералах, сосредоточенных в грубых фракциях гранулометрического состава, перемещение которых по почвенному профилю затруднено либо невозможно [Сысо, 2007]. Подтверждением этого предположения служит распределение Sr и некоторых гранулометрических фракций в профиле чернозема обыкновенного. Здесь решающий вклад в распределение Sr по почвенному профилю вносит фракция мелкого песка (рис. 6а). Совместное изменение их содержания прослеживается по всему профилю. В свою очередь количество илистой фракции изменяется противоположно концентрации Sr, и в горизонте АВ, где содержание ила наибольшее, концентрация Sr наименьшая .
При ослаблении процессов выщелачивания происходит снижение интенсивности миграции автохтонных карбонатов вглубь почвенного профиля и одновременное накопление атмогенных карбонатов, доля которых в верхней части карбонатного горизонта может достигать 25% [Сеньков, 2004]. Рост содержания карбонатов приводит к резкому увеличению концентрации Sr в верхней части горизонта Вк.
Профили интразональных почв часто содержат в себе легкорастворимые соли. Их количество и локализация в почвенном профиле - параметры непостоянные, и изменяются под влиянием гидротермических условий. При залегании фунтовых вод выше критической глубины и интенсивном испарительном процессе, содержание солей в почвенном профиле может достигать значительных величин и сопровождаться накоплением некоторых химических элементов. Рассмотрим влияние степени засоления на распределение валового содержания Sr в профилях интразональных почв. Общее содержание солей определяется по величине плотного остатка водной вытяжки либо по значению ее электропроводности. Однако валовый Sr - это совокупность его силикатной, кислоторастворимой, обменной и водорастворимой форм. Причем доля последней в общем количестве Sr крайне незначительна и по нашим данным, в среднем составляет 0,2% для интразональных и 0,08% для зональных почв. Соответственно, содержание и распределение легкорастворимых солей в почвенном профиле если и будет оказывать влияние на Sr, то только на водорастворимую его часть, концентрация которой также определяется при анализе водной вытяжки.
Внутрипрофильное распределение валового Sr в интразональных почвах юга Обь-Иртышского междуречья Это предположение подтверждается внутрипрофильным распределением Sr и легкорастворимых солей в луговой карбонатной почве, с общим содержанием солей 0,3% (рис. 13). На рисунке видно, что зона максимального накопления солей соответствует максимальной концентрации водорастворимого Sr. Зона же наибольшего содержания валового Sr находится под горизонтом солевого максимума и сопряжена с пиком содержания карбонатов в почвенном профиле. Таким образом, концентрация и распределение валового Sr в профиле луговой карбонатной почве не зависит от локализации солево го максимума в них. Увеличение степени засоления в лучшем случае будет сопровождаться некоторым увеличением концентрации водорастворимого Sr. Однако, сомнительно, что содержание этой формы возрастет настолько, что будет определять валовое количество Sr.
Географическое распределение Sr в почвенном покрове в основном совпадает с его распределением в почвообразующих породах. В зональных почвах максимальное содержание Sr обнаружено в черноземах обыкновенных, минимальное - в дерново-подзолистых, серых лесных и каштановых почвах. В интразональных почвах содержание Sr обычно выше, чем в зональных, и возрастает в ряду: лугово-черноземная - солонец - луговая карбонатная. Варьирование концентрации Sr в почвах прямо связано с содержанием в них карбонатов. Внутрипрофильное распределение в бескарбонатной части почвенного профиля равномерно, в карбонатных горизонтах его содержание резко возрастает. С утяжелением гранулометрического состава почвенных горизонтов количество Sr увеличивается. В профиле засоленных почв максимумы содержания водорастворимого Sr и легкорастворимых солей совпадают.
Содержание кислоторастворимого Sr в почвах юга Обь-Иртышского междуречья варьирует в пределах 3-1315 мг/кг. Значительный разброс концентраций Sr обусловлен как различным его содержанием в зональных и интра-зональных почвах, так и строением почвенного профиля, который делится на бескарбонатную часть - обедненную Sr, и карбонатную — обогащенную элементом (табл. 17).
Влияние содержания физической глины на распределение Sr в почвенном профиле не прослеживается. Более того, часто в бескарбонатных иллювиальных горизонтах, содержащих наибольшее количество физической глины, концентрация кислоторастворимого Sr минимальна. Мигрируя по профилю, тонкодисперсные частицы, по-видимому, теряют Sr, и при их закреплении в иллювиальном горизонте происходит разбавление исходного глинистого материала привнесеным, обедненным Sr. Следствием этого является наблюдаемое уменьшение содержания кислоторастворимого Sr в бескарбонатном иллювиальном почвенном горизонте. Другой причиной наблюдаемого явления может быть приуроченность Sr к устойчивым к выветриванию минералам, перемещение которых по профилю затруднено либо невозможно [Кузьмин, 2001].
При исходной литологической неоднородности почвенной толщи влияние гранулометрического состава на распределение Sr в почвенном профиле более заметно. Так, в темно-каштановой почве смена среднесуглинистых горизонтов супесчаными и песчаными сопровождается резким снижением концентрации Sr. В то же время, в этом разрезе наблюдается случай, описанный выше: бескарбонатный среднесуглинистый горизонт В содержит Sr в два раза меньше, чем супесчаные горизонты Вк и ВСК. Закрепление Sr в профиле интразональных почв происходит за счет его перевода в труднорастворимые сульфаты и карбонаты. Данные табл. 19 показывают, что максимальные концентрации кислоторастворимого Sr приурочены к зонам наибольшей аккумуляции карбонатов и сульфатов и не совпадают с пиками концентраций легкорастворимых солей. Последние, как правило, располагаются в почвенном профиле выше, чем максимумы карбонатов и сульфатов. Легкорастворимые соли довольно мобильны, и их распределение в профиле может сильно меняться в течение вегетационного периода в зависимости от колебаний увлажнения и температуры. Распределение карбонатов и сульфатов Sr, вследствие их трудной растворимости, таким изменениям не подвержено. Следовательно, присутствие значительного содержания легкорастворимых солей в профиле не всегда будет свидетельствовать о повышении концентрации кислоторастворимого Sr. Примером этого может служить профиль солончака сорового. Минерализация водной вытяжки здесь весьма значительна, однако концентрация Sr невелика и уступает почвам с меньшим содержанием легкорастворимых солей.
