Введение

В последнее время в некоторых странах мира наблюдается тенденция возрастания негативного антропогенного воздействия на сельскохозяйственные земли. В результате такого воздействия происходит изменение агрохимических, агроэкологических и биогеохимических свойств почвы, снижение плодородия, а в отдельных случаях почва становится непригодной для сельскохозяйственного использования.

Химические элементы в почве влияют на ее структуру, плодородие и способность поддерживать растительность. Растения, в свою очередь, абсорбируют элементы из почвы, что оказывает влияние на их рост, развитие и качество урожая. Изучение взаимосвязи химического состава почвы, растений и материнской породы имеет огромное значение для понимания экосистем, процессов роста растений и здоровья почвы и является актуальной задачей современного почвоведения.

Учитывая физиологические и биохимические свойства, а также влияние на плодородие почв таких химических элементов, как B, Cu, Zn, Mn, Mo, их принято называть биомикроэлементами [1, с. 102–107].

Некоторые ученые проводили научные исследования почв Ферганской долины, охватывая основные типы почв, их агрохимические свойства, агроэкологическое и мелиоративное состояние, а также другие характеристики [2–4]. Зарубежными учеными также проведены многочисленные исследования орошаемых сероземов и луговых сазовых почв, в которых изучались изменения их свойств и других характеристик под воздействием длительного орошения [5; 6; 7, с. 42–47].

Цель исследования – определение геохимических характеристик биомикроэлементов в почвах при орошаемом сельскохозяйственном использовании.

Материалы и методы исследования

Ферганская долина располагается в Центральной Азии, где климат континентальный, с жарким летом и холодной зимой. Орошение играет ключевую роль в сельском хозяйстве, так как осадков в этом регионе относительно мало. В ходе исследований были проанализированы орошаемые светлые сероземы и луговые сазовые почвы Ферганской области.

Для проведения исследования использовались почвенно-генетический и сравнительно-географический методы, химические анализы проводились в соответствии с рекомендацией «Руководство по химическому анализу почв» Е.В. Аринушкиной [8]. Определение валового элементного состава почв осуществлялось в Институте ядерной физики АН РУз с применением нейтронно-активационного метода.

Результаты исследования и их обсуждение

Согласно исследованиям У.Х. Мамажоновой и А.Ж. Исмановой, в сазовых почвах длительного орошения со временем формируется агроирригационный горизонт толщиной до 1–2 м [9]. Богарные светлые сероземы по содержанию и запасам гумуса очень бедные (26,71 т/га), количество гумуса в пахотном горизонте составляет 0,73 %, вниз по профилю его количество резко убывает [10].

Почвы Ферганской долины могут иметь значительные различия в содержании микроэлементов в зависимости от местных геологических и климатических условий. Избыточное орошение, особенно при использовании неочищенной воды или воды с высоким содержанием минералов, может привести к засолению почвы. Это, в свою очередь, влияет на доступность биомикроэлементов для растений.

Для изучения биомикроэлементов необходимо провести анализ их концентраций в почвах, почвообразующих породах и растениях. В таблице 1 представлены результаты анализа биомикроэлементов в орошаемых почвах Ферганской долины.

Таблица 1

Количество биомикроэлементов в орошаемых почвах, мг/кг, (n-7)

Источник: составлено авторами.

Исходя из представленных данных, можно провести анализ содержания биомикроэлементов Mn, Mo и Zn в орошаемых почвах Ферганской долины, представленных двумя типами почв: луговыми сазовыми и светлыми сероземами. Эти данные дают представление о распределении микроэлементов в зависимости от глубины разреза почвы.

В орошаемых луговых сазовых почвах, которые были исследованы в разрезах 4.A и 11.A, наблюдается значительное варьирование содержания биомикроэлементов в зависимости от глубины. Концентрация Mn в этих почвах варьирует от 310 мг/кг (на глубине 98–114 см) до 650 мг/кг (на глубине 114–129 см). Это свидетельствует о наличии определенной неоднородности распределения марганца в почвенных слоях. В целом концентрация марганца в этих почвах на среднем уровне составляет 453 мг/кг.

Концентрация Mo в почвах исследуемых разрезов остается на минимальном уровне (менее 0,1 мг/кг) в большинстве слоев, но с увеличением глубины (66–95 см) содержание молибдена возрастает до 8,9 мг/кг. Это может указывать на более высокую мобильность молибдена в более глубоких горизонтах почвы.

Что касается содержания Zn, то его концентрация в этих почвах колеблется от 49 мг/кг (на глубине 98–114 см) до 87 мг/кг (на глубине 32–45 см). Среднее значение цинка для всех исследованных слоев составляет 69 мг/кг, что показывает умеренные уровни этого микроэлемента.

В целом почвы данного типа имеют средние значения биомикроэлементов, которые составляют: Mn – 453 мг/кг, Mo – 3,8 мг/кг и Zn – 69 мг/кг.

В орошаемых светлых сероземах, исследованных в разрезах 16.A и 23.A, концентрации биомикроэлементов несколько выше по сравнению с луговыми сазовыми почвами. Так, содержание Mn в этих почвах варьирует от 480 мг/кг (на глубине 60–95 см) до 750 мг/кг (на глубине 17–34 см), что указывает на более высокое содержание Mn в верхних горизонтах.

Mo в светлых сероземах встречается в следовых количествах, однако на более глубоких слоях его концентрация достигает 1,3 мг/кг (на глубине 0–28 см и 28–40 см). Это также свидетельствует о довольно низкой концентрации Mo, которая тем не менее может увеличиваться с глубиной.

Zn в этих почвах имеет диапазон концентраций от 78 мг/кг (на глубине 60–95 см) до 110 мг/кг (на глубине 17–34 см). Средняя концентрация Zn в этих почвах составляет 96 мг/кг, что немного выше, чем в луговых сазовых почвах.

Средние значения биомикроэлементов в светлых сероземах составляют: Mn – 616 мг/кг, Mo – 0,6 мг/кг и Zn – 96 мг/кг.

Далее приводятся валовые содержания микроэлементов в испарительных и глеевых барьерах, орошаемых почвах (рис. 1, 2).

Mo накапливается в засоленных почвах, а его геохимические характеристики в почвах с слабощелочной реакцией напоминают поведение цинка. В пахотных горизонтах орошаемых луговых сазовых почв содержание Mo варьируется от 0,10 до 0,68 мг/кг, в то время как в светлых сероземах оно составляет от 0,16 до 1,30 мг/кг.

При изучении химических элементов в почвах с геохимической точки зрения в первую очередь определяются их кларк концентрации. Для анализа геохимических свойств изучаемых биомикроэлементов через их кларк концентрации обратимся к таблице 2.

Таблица 2

Кларк концентрации биомикроэлементов в орошаемых почвах

Источник: составлено авторами.

Согласно данным таблицы кларк концентрации Mn в обоих типах почв меньше единицы (0,36–0,88), то есть он не аккумулируются.

Рис. 1. Содержание и распределение Mn Источник: составлено авторами

Рис. 2. Содержание и распределение Mo Источник: составлено авторами

Высокие кларк концентрации Mo наблюдаются в нижних горизонтах орошаемых луговых сазовых почв, где они могут достигать 4,45 мг/кг, в то время как в светлых сероземах эта величина не превышает единицы. Mo аккумулируется только в более глубоких горизонтах орошаемых луговых сазовых почв, в то время как в пахотных и подпахотных слоях его кларк концентрация остается ниже, чем 1.

Кларк концентрация Mo в орошаемых луговых сазовых почвах значительно варьируется, начиная от 0,05 мг/кг (в большинстве слоев) и достигая 4,45 мг/кг (на глубине 66–95 см). Среднее значение Mo в этих почвах составляет 1,88 мг/кг, что достаточно высоко по сравнению с другими микроэлементами. В светлых сероземах значительно ниже по сравнению с луговыми сазовыми почвами, с максимальным значением 0,65 мг/кг (на глубине 0–28 см и 28–40 см). Среднее значение Mo для этих почв составляет 0,29 мг/кг, что намного ниже, чем в луговых сазовых почвах.

Рис. 3. Динамика кларк концентрации биомикроэлементов в луговых сазовых почвах Источник: составлено авторами

Рис. 4. Динамика кларк концентрации биомикроэлементов в светлых сероземах Источник: составлено авторами

Zn накапливался в разной степени в обеих почвах, то есть цинк имеет кларк концентрацию больше 1 и, как правило, имеет более высокий КК в светлых сероземах, чем в орошаемых луговых сазовых почвах.

В орошаемых луговых сазовых почвах наблюдается значительное увеличение кларк концентрации Mo от верхних горизонтов к нижним. В спектрах по кларк концентрации Zn и Mn нет больших различий (рис. 3, 4).

Общий порядок распределения валовых количеств биомикроэлементов в исследованных почвах таков: Mn > Zn > Mo. Распределение подвижных форм исследуемых биомикроэлементов соответствует закономерности дифференциации валовых форм. Наибольшая концентрация Mn и Zn наблюдается в пахотных и подпахотных горизонтах, что свидетельствует о том, что в этих слоях орошаемых почв они аккумулируются и переходят в более стабильные, менее подвижные формы.

Заключение

Длительное орошение оказывает влияние на миграцию и распределение биомикроэлементов в почвах. Процесс миграции и накопления микроэлементов, таких как Zn и Mo, в орошаемых почвах указывает на важность управления орошением для поддержания здоровых агроэкосистем и предотвращения чрезмерной концентрации вредных веществ в почвах.

Несмотря на значительные данные, полученные в ходе исследования, для полного понимания миграции и геохимических характеристик биомикроэлементов в почвах Ферганской долины необходимы дополнительные исследования. Особенно важны дальнейшие работы по изучению влияния этих элементов на рост и развитие сельскохозяйственных культур, а также оценка долгосрочных изменений в агроэкологических и агрохимических свойствах почвы при длительном орошении.

Результаты исследования могут быть использованы для разработки рекомендаций по улучшению агрохимических свойств почв и более эффективному применению удобрений в орошаемых районах. Это поможет повысить урожайность и качество сельскохозяйственной продукции, а также улучшить устойчивость экосистем к антропогенным воздействиям.