science-review.ru
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)
|
№ разреза |
Глубина, см |
Mn |
Mo |
Zn |
|
Орошаемые луговые сазовые почвы |
||||
|
4.A |
0–32 |
520 |
< 0,1 |
82 |
|
32–45 |
480 |
< 0,1 |
87 |
|
|
45–58 |
480 |
1,8 |
63 |
|
|
58–98 |
500 |
6,9 |
56 |
|
|
98–114 |
310 |
4,2 |
49 |
|
|
114–129 |
650 |
5,6 |
65 |
|
|
129–192 |
430 |
6,7 |
61 |
|
|
11.A |
0–27 |
470 |
0,68 |
84 |
|
27–40 |
410 |
1,2 |
85 |
|
|
40–66 |
350 |
4,5 |
61 |
|
|
66–95 |
430 |
8,9 |
68 |
|
|
95–118 |
420 |
8,1 |
60 |
|
|
118–185 |
440 |
< 0,1 |
72 |
|
|
Средний |
453 |
3,8 |
69 |
|
|
Орошаемые светлые сероземы |
||||
|
16.A |
0–17 |
670 |
0,16 |
100 |
|
17–34 |
750 |
0,27 |
110 |
|
|
34–60 |
550 |
< 0,1 |
98 |
|
|
60–95 |
480 |
< 0,1 |
78 |
|
|
95–150 |
580 |
0,40 |
94 |
|
|
23.A |
0–28 |
730 |
1,3 |
100 |
|
28–40 |
560 |
1,3 |
93 |
|
|
40–65 |
560 |
0,55 |
96 |
|
|
65–140 |
660 |
1,1 |
94 |
|
|
Средний |
616 |
0,6 |
96 |
|
|
К кларк почвы |
850 |
2 |
50 |
|
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
|
№ разреза |
Глубина, см |
Mn |
Mo |
Zn |
|
Орошаемые луговые сазовые почвы |
||||
|
4.A |
0–32 |
0,61 |
0,05 |
1,64 |
|
32–45 |
0,56 |
0,05 |
1,74 |
|
|
45–58 |
0,56 |
0,90 |
1,26 |
|
|
58–98 |
0,59 |
3,45 |
1,12 |
|
|
98–114 |
0,36 |
2,10 |
0,98 |
|
|
114–129 |
0,76 |
2,80 |
1,30 |
|
|
129–192 |
0,51 |
3,35 |
1,22 |
|
|
11.A |
0–27 |
0,55 |
0,34 |
1,68 |
|
27–40 |
0,48 |
0,60 |
1,70 |
|
|
40–66 |
0,41 |
2,25 |
1,22 |
|
|
66–95 |
0,51 |
4,45 |
1,36 |
|
|
95–118 |
0,49 |
4,05 |
1,20 |
|
|
118–185 |
0,52 |
0,05 |
1,44 |
|
|
Средний |
0,53 |
1,88 |
1,37 |
|
|
Орошаемые светлые сероземы |
||||
|
16.A |
0–17 |
0,79 |
0,08 |
2,00 |
|
17–34 |
0,88 |
0,14 |
2,20 |
|
|
34–60 |
0,65 |
0,05 |
1,96 |
|
|
60–95 |
0,56 |
0,05 |
1,56 |
|
|
95–150 |
0,68 |
0,20 |
1,88 |
|
|
23.A |
0–28 |
0,86 |
0,65 |
2,00 |
|
28–40 |
0,66 |
0,65 |
1,86 |
|
|
40–65 |
0,66 |
0,28 |
1,92 |
|
|
65–140 |
0,78 |
0,55 |
1,88 |
|
|
Средний |
0,72 |
0,29 |
1,92 |
|
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.