science-review.ru
Scientific journal
Scientific Review. Biological science
ISSN 2500-3399
ПИ №ФС77-57454
MOBILE FORMS OF MICROELEMENTS AND HEAVY METALS IN IRRIGATED MEADOW SAZ SOILS OF THE FERGHANA REGION AND THEIR AGROECOLOGICAL SIGNIFICANCE
Введение
В биологии, медицине и сельском хозяйстве всестороннее изучение физиологической роли химических элементов и их влияния на жизнедеятельность организмов является одним из важных направлений исследований. Изучение влияния избытка или недостатка микроэлементов на рост и развитие растений ставит перед исследователями ряд задач.
Микроэлементы активно участвуют в окислительно-восстановительных процессах в почве, входят в состав ферментов, гормонов, витаминов, а также участвуют в формировании ДНК и РНК. Mn, Cu, Zn, Co, Mo, Fe и другие относятся к жизненно необходимым микроэлементам для живых организмов, эти элементы подвергаются процессам миграции и аккумуляции в цепи почва → растение → животный мир → организм человека.
Изучение данных вопросов в условиях орошаемых луговых сазовых почв, распространенных на территории Ферганской области, является актуальным.
Цель исследования – изучение подвижных форм микроэлементов и их агроэкологического значения в орошаемых луговых сазовых почвах, распространенных на территории Ферганской области.
Материал и методы исследования
В данной работе в условиях орошаемого земледелия были рассмотрены орошаемые луговые сазовые почвы, распространенные на территории Ферганской области (Бешарыкский, Фуркатский и Дангаринский районы), с целью изучения их агрохимических показателей и подвижных форм микроэлементов.
Анализы почв выполнялись на основе общепринятых в почвоведении методов. При химическом анализе почв использовались методики, изложенные в руководстве Ю. В. Аринушкиной «Руководство по химическому анализу почв» [1]. Валовые содержания макро- и микроэлементов определялись нейтронно-активационным методом в лаборатории «Экология и биотехнология» института ядерной физики АН РУз. Подвижные формы микроэлементов в почве анализировались в лаборатории Ферганского областного агрохимического аналитического центра по методам Кругловой и Веригиной. Для определения доступных для растений микроэлементов (Cu, Fe, Mn, Zn) и тяжелых металлов (Ni, Pb, Cd) применялась стандартная процедура DTPA-экстракции [2].
Полученные результаты были математически и статистически обработаны по методическому пособию Б. А. Доспехова [3], а также использованы компьютерные технологии последних версий электронных таблиц, графиков и программ Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Микроэлементы являются неотъемлемой составляющей частью почвенного плодородия и играют важнейшую роль в процессах роста, развития и продуктивности сельскохозяйственных культур. Они участвуют в активации ферментов, фотосинтетических процессах, синтезе хлорофилла и белковых соединений, а также обеспечивают устойчивость растений к абиотическим стрессам [4].
Дефицит или избыток микроэлементов в почвах отрицательно отражается на физиологическом состоянии растений и формировании урожая, особенно в условиях интенсивного земледелия [5].
В орошаемых агроэкосистемах, особенно в зонах с засушливым и резко континентальным климатом, процессы вторичного засоления, карбонатизации и переувлажнения существенно изменяют миграцию и доступность микроэлементов [6].
В 1983–2020 гг. в лугово-сазовых почвах Центральной Ферганы при применении каскадных ландшафтно-геохимических методов закрытого типа были проведены исследования, в ходе которых изучена миграция микроэлементов – меди, цинка, марганца, молибдена и бора – в почвах и растениях, а также установлена высокая чувствительность почвенного покрова к антропогенному воздействию [7].
Ферганская долина является одним из наиболее важных сельскохозяйственных регионов Узбекистана, специализирующихся на производстве хлопчатника, зерновых культур и овощей. В этих условиях особую актуальность приобретает изучение обеспеченности почв микроэлементами и закономерностей их распределения в почвенном профиле. Несмотря на отдельные исследования, посвященные агрохимическим свойствам почв региона, комплексные данные о содержании именно подвижных форм микроэлементов в луговых сазовых почвах остаются недостаточно систематизированными [8].
В орошаемых лугово-сазовых почвах Центральной Ферганы по количеству поглощенных катионов и микроэлементов поглотительная способность считается низкой. Это объясняется малым содержанием гумуса и легким механическим составом исследованных почв. Среди поглощенных катионов основную долю составляют кальций и магний [9].
В связи с этим целью настоящего исследования является оценка содержания подвижных форм микроэлементов и их вертикального распределения в орошаемых луговых сазовых почвах Бешарыкского, Фуркатского и Дангаринского районов Ферганской области, а также выявление факторов, определяющих их доступность для растений. Ранее проведенные исследования показывают, что морфологические особенности и гидроаккумулятивные процессы в этих почвах существенно влияют на распределение и подвижность микроэлементов, формируя плотные арзык-шоховые горизонты с ограниченной водопроницаемостью и биодоступностью элементов [10].
Установлено, что микроэлементы B, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn и Mo являются важными компонентами почвенного плодородия и играют ключевую роль в физиологических процессах растений, включая фотосинтез, дыхание и азотный обмен.
Элементы Fe и Mn обеспечивают протекание окислительно-восстановительных реакций, тогда как Zn и Cu участвуют в ферментативной активности и формировании устойчивости растений к стрессам.
Микроэлементы Mo и Co важны для азотного метаболизма. В то же время Cd и Pb относятся к токсичным загрязнителям и не выполняют физиологических функций в растениях, поэтому их содержание служит показателем экологического состояния почв.
Микроэлементы B, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn и Mo являются важными компонентами почвенного плодородия и играют ключевую роль в физиологических процессах растений [11]. Fe и Mn участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, тогда как Zn и Cu обеспечивают ферментативную активность и устойчивость растений к стрессовым условиям.
Cd и Pb относятся к токсичным загрязнителям и не выполняют физиологических функций в растениях, поэтому их содержание рассматривается как важный показатель экологического состояния почв [12].
Рациональное применение микроудобрений и регулярный мониторинг микроэлементного состава почв способствуют повышению продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранению экологической устойчивости агроэкосистем [13, 14].
В данном исследовании были определены подвижные формы микроэлементов в почвах Бешарыкского, Фуркатского и Дангаринского районов Ферганской области с целью оценки их агроэкологического состояния и обеспеченности сельскохозяйственных культур микроэлементами. Полученные результаты позволили выявить пространственные и профильные различия в распределении микроэлементов, обусловленные почвенно-экологическими условиями, прежде всего режимом орошения, карбонатностью, засоленностью и содержанием гумуса. Сравнение показателей между районами выполнено для обоснования необходимости дифференцированного применения микроудобрений.
Результаты анализа почв разреза № 21, отобранных на территории Бешарыкского района, показывают, что подвижные формы микроэлементов неравномерно распределены по профилю, и их содержание изменяется по определенной закономерности с увеличением глубины.
Содержание бора (B) в слое почвы 0–30 см составило 1,206 мг/кг, наибольшее значение наблюдалось по профилю. В последующих слоях (30–60 и 60–90 см) его содержание снизилось до 0,914 и 0,546 мг/кг соответственно, что указывает на то, что бор накапливается преимущественно в верхнем слое. В нижних слоях (90–150 см) его содержание относительно стабильно.
Содержание кадмия (Cd) очень низкое во всех слоях (0,002–0,008 мг/кг), и существенных изменений не наблюдается. Это указывает на его низкую подвижность в почвенном профиле.
Кобальт (Co) также распределен практически равномерно в диапазоне 0,04–0,08 мг/кг.
Содержание меди (Cu) составляет 0,460–0,484 мг/кг в верхних слоях, увеличиваясь до 0,812 мг/кг в слое 90–120 см. Это указывает на тенденцию к накоплению меди в нижних слоях, связанную, возможно, с карбонатами или иллювиальными процессами.
Содержание железа (Fe) относительно стабильно по всему профилю, колеблясь от 8,62 до 10,3 мг/кг. Наибольшее значение было обнаружено в слое 30–60 см (10,3 мг/кг).
Содержание свинца (Pb) составляет 0,652 мг/кг в верхнем слое, резко снижаясь с увеличением глубины и достигая 0,014 мг/кг в слое 120–150 см. Это указывает на то, что он накапливается в основном в поверхностном слое и, возможно, имеет антропогенное воздействие.
Содержание марганца (Mn), напротив, увеличивается с глубиной. Начиная с 0,96 мг/кг в верхнем слое, оно резко возрастает до 5,20 мг/кг в слое 60–90 см и остается на высоком уровне в нижних слоях. Это объясняется повышенной подвижностью восстановленных форм марганца в гидроморфных условиях.
Содержание никеля (Ni) находится в диапазоне 0,08–0,16 мг/кг и распределяется по профилю без существенных изменений.
Содержание цинка (Zn) составляет 1,750–1,622 мг/кг в верхних слоях и снижается до 0,770–0,552 мг/кг ниже 90 см, то есть в основном концентрируется в верхнем слое почвы.
Содержание молибдена (Mo) находится в диапазоне 0,12–0,31 мг/кг, при этом наибольшее значение обнаружено в слое 120–150 см. Это может быть связано с его повышенной подвижностью в карбонатных средах.
Таким образом, вертикальное распределение микроэлементов показывает, что бор, цинк и свинец накапливаются преимущественно в верхнем слое, в то время как марганец и частично медь чаще встречаются в нижних слоях. Железо и кобальт относительно стабильны в распределении вдоль профиля (табл. 1).
Таблица 1
Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах Бешарыкского района, мг/кг
|
№ разреза |
Глубина, см |
B |
Cd |
Co |
Cu |
Fe |
Pb |
Mn |
Ni |
Zn |
Mo |
|
21 |
0–30 |
1,206 |
0,004 |
0,06 |
0,484 |
9,86 |
0,652 |
0,96 |
0,16 |
1,750 |
0,14 |
|
30–60 |
0,914 |
0,002 |
0,06 |
0,460 |
10,3 |
0,554 |
0,42 |
0,16 |
1,622 |
0,14 |
|
|
60–90 |
0,546 |
0,004 |
0,06 |
0,522 |
9,36 |
0,202 |
5,20 |
0,08 |
1,754 |
0,12 |
|
|
90–120 |
0,634 |
0,008 |
0,04 |
0,812 |
9,5 |
0,246 |
4,42 |
0,08 |
0,770 |
0,16 |
|
|
120–150 |
0,592 |
0,008 |
0,08 |
0,500 |
8,62 |
0,014 |
5,02 |
0,1 |
0,552 |
0,31 |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.
Почвы Фуркатского района характеризуются значительно более низким уровнем подвижных форм микроэлементов по сравнению с другими исследованными районами. Результаты исследования, проведенного на почвенном разрезе № 15, расположенном в районе Фуркат, показали значительную дифференциацию распределения подвижных форм микроэлементов вдоль профиля.
Содержание бора (B) в слое 0–32 см почвы составляло 0,542 мг/кг, постепенно уменьшаясь в последующих слоях и снизившись до 0,406 мг/кг в слое 140–170 см. Это указывает на то, что бор накапливается преимущественно в верхнем слое.
Содержание кадмия (Cd) имеет возрастающий характер вдоль профиля, увеличиваясь с 0,008 мг/кг в слое 0–32 см до 0,020 мг/кг в слое 140–170 см. В частности, резкое увеличение наблюдается в слое 60–90 см (0,060 мг/кг), что указывает на его миграционные свойства.
Содержание кобальта (Co) находится в диапазоне 0,016–0,028 мг/кг, незначительно уменьшаясь с увеличением глубины. Это указывает на относительно стабильное распределение этого элемента в почвенном профиле.
Содержание меди (Cu) составляет 0,762 мг/кг в верхнем слое, уменьшаясь с увеличением глубины и достигая 0,108 мг/кг в слое 140–170 см. Это указывает на то, что медь в основном концентрируется в верхнем слое почвы.
Содержание железа (Fe) находится в диапазоне 7,52–9,70 мг/кг, с максимальным значением (9,70 мг/кг), наблюдаемым в слое 32–60 см. Оно резко снижается в нижнем слое, достигая 3,98 мг/кг на глубине 140–170 см.
Содержание свинца (Pb) в верхнем слое составляет 0,22 мг/кг, уменьшаясь с увеличением глубины и оставаясь на уровне 0,08 мг/кг в слоях 90–140 см. Это указывает на его накопление в поверхностном слое.
Содержание марганца (Mn) составляет 4,10 мг/кг в слое 0–32 см, увеличивается до 5,96 мг/кг в слое 60–90 см, а затем снова уменьшается. Это указывает на его миграцию в зависимости от условий восстановления.
Содержание никеля (Ni) уменьшается с 0,14 до 0,02 мг/кг, что означает его более высокую концентрацию в верхнем слое.
Содержание цинка (Zn) составляет 0,294 мг/кг в слое 0–32 см, увеличивается до 0,624 мг/кг в слое 32–60 см, а затем снова уменьшается. Это указывает на его максимальное накопление в среднем слое.
Содержание молибдена (Mo) находится в диапазоне 0,100–0,416 мг/кг, при этом наибольшее значение наблюдается в слое 60–90 см. Это указывает на его зависимость от карбонатной среды и гидрохимических условий.
Полученные результаты показывают, что микроэлементы обладают различными миграционными свойствами в почвенном профиле. Накопление бора, меди и свинца в верхнем слое объясняется влиянием органического вещества и антропогенных факторов. Максимальное содержание железа, цинка и марганца в средних слоях связано с их перераспределением в карбонатных и гидроморфных условиях.
Увеличение содержания кадмия с глубиной указывает на его высокую подвижность и миграцию в нижние слои в результате процессов выщелачивания.
Вертикальное распределение микроэлементов в почвах Фуркатского района тесно связано с физико-химическими свойствами почвы и гидрогеохимическими процессами, которые определяют их доступность для растений (табл. 2).
Почвы Дангаринского района отличались наиболее благоприятным микроэлементным состоянием. В почвенном разрезе № 6, расположенном в районе Дангара, было обнаружено, что подвижные формы микроэлементов распределены по глубине по-разному.
Таблица 2
Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах Фуркатского района, мг/кг
|
№ разреза |
Глубина, см |
B |
Cd |
Co |
Cu |
Fe |
Pb |
Mn |
Ni |
Zn |
Mo |
|
15 |
0–32 |
0,542 |
0,008 |
0,024 |
0,762 |
7,52 |
0,22 |
4,10 |
0,14 |
0,294 |
0,100 |
|
32–60 |
0,514 |
0,010 |
0,028 |
0,708 |
9,70 |
0,31 |
5,42 |
0,10 |
0,624 |
0,120 |
|
|
60–90 |
0,520 |
0,060 |
0,024 |
0,226 |
9,36 |
0,11 |
5,96 |
0,06 |
0,528 |
0,416 |
|
|
90–140 |
0,458 |
0,014 |
0,022 |
0,392 |
7,78 |
0,08 |
4,82 |
0,04 |
0,420 |
0,228 |
|
|
140–170 |
0,406 |
0,020 |
0,016 |
0,108 |
3,98 |
0,08 |
3,72 |
0,02 |
0,382 |
0,120 |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.
Количество бора (B) практически постоянно по всему профилю, варьируясь в диапазоне 0,326–0,356 мг/кг. Это указывает на то, что он не претерпевает значительной миграции в почвенном профиле.
Количество кадмия (Cd) находится в диапазоне 0,004–0,008 мг/кг и поддерживается на очень низком уровне во всех слоях, четкой закономерности не наблюдается.
Количество кобальта (Co) составляет 0,034 мг/кг в верхнем слое и стабилизируется на уровне 0,400 мг/кг в нижних слоях. Это указывает на относительно большее накопление этого элемента в глубоких слоях.
Количество меди (Cu) составляет 1,746 мг/кг в слое 0–38 см, и наибольшее значение наблюдается по всему профилю. С увеличением глубины содержание меди уменьшается, падая до 0,626 мг/кг в слое 70–100 см, а затем незначительно увеличивается. Это указывает на то, что медь в основном концентрируется в верхнем слое.
Содержание железа (Fe) составляет 12,6 мг/кг в верхнем слое, резко уменьшаясь с увеличением глубины и падая до 4,54 мг/кг в слое 70–100 см. В нижних слоях наблюдаются относительно стабильные значения (5,72–6,02 мг/кг).
Содержание свинца (Pb) составляет 1,09 мг/кг в верхнем слое, уменьшаясь вдоль профиля и падая до 0,18 мг/кг в слое 100–135 см. Это указывает на то, что он в основном концентрируется в верхнем слое почвы.
Содержание марганца (Mn) находится в диапазоне 3,26–3,92 мг/кг и относительно стабильно распределено по профилю без существенных изменений.
Содержание никеля (Ni) находится в диапазоне 0,14–0,18 мг/кг и не имеет существенных различий по глубине.
Содержание цинка (Zn) варьируется от 0,458 мг/кг до 0,670 мг/кг, незначительно увеличиваясь в средних слоях, а затем стабилизируясь.
Содержание молибдена (Mo) находится в диапазоне 0,06–0,10 мг/кг и относительно стабильно распределено по профилю.
Полученные результаты показывают, что распределение микроэлементов в почвах Дангаринского района в основном определяется физико-химическими свойствами почвы. Высокое содержание меди, железа и свинца в верхнем слое объясняется влиянием органического вещества и антропогенных факторов. Уменьшение содержания железа с глубиной указывает на его чувствительность к окислительно-восстановительным условиям.
Увеличение содержания кобальта в нижних слоях и более высокое содержание цинка в средних слоях являются результатом их подвижности в почвенном растворе и взаимодействия с карбонатной средой.
В почвах Дангаринского района микроэлементы накапливаются преимущественно в верхнем слое, в то время как некоторые элементы стабильно распределены по всему профилю, что определяет их агроэкологическое значение (табл. 3).
Результаты исследования показали, что агрохимические свойства и содержание микроэлементов в орошаемых луговых сазовых почвах в районах Фуркат, Дангара и Бешарык Ферганской области различаются в зависимости от региона (табл. 4).
Содержание гумуса в почвах района Фуркат колеблется от 0,84 до 1,22 %, что соответствует типу низкогумусных почв. Почвенная среда щелочная (pH 7,65–8,10), а уровень засоленности находится в диапазоне 0,44–1,03 дСм/м, что соответствует слабозасоленным почвам.
В этих условиях подвижные формы микроэлементов умеренно высоки и, в частности, наблюдается относительно низкое содержание цинка. Это объясняется щелочной средой и наличием карбонатов. Относительно низкое содержание гумуса ограничивает удержание микроэлементов в комплексной форме.
Таблица 3
Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах Дангаринского района, мг/кг
|
№ разреза |
Глубина, см |
B |
Cd |
Co |
Cu |
Fe |
Pb |
Mn |
Ni |
Zn |
Mo |
|
6 |
0–38 |
0,332 |
0,006 |
0,034 |
1,746 |
12,6 |
1,09 |
3,92 |
0,18 |
0,458 |
0,08 |
|
38–70 |
0,326 |
0,004 |
0,40 |
1,110 |
8,14 |
0,89 |
3,56 |
0,14 |
0,67 |
0,06 |
|
|
70–100 |
0,340 |
0,008 |
0,40 |
0,626 |
4,54 |
0,28 |
3,26 |
0,16 |
0,496 |
0,08 |
|
|
100–135 |
0,356 |
0,004 |
0,40 |
0,704 |
6,02 |
0,18 |
3,52 |
0,16 |
0,584 |
0,10 |
|
|
135–180 |
0,352 |
0,004 |
0,40 |
0,690 |
5,72 |
0,29 |
3,66 |
0,16 |
0,654 |
0,10 |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.
Таблица 4
Агрохимические свойства орошаемых луговых сазовых почв
|
Район |
Гумус ( %) |
pH |
EC (dS/m) |
|
Фуркат |
0,84–1,22 |
7,65–8,10 |
0,44–1,03 |
|
Дангара |
0,95–1,24 |
8,50–8,68 |
0,08–0,12 |
|
Бешарык |
1,13–1,26 |
7,74–8,17 |
0,53–1,94 |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.
Содержание гумуса в почвах района Дангара составляет 0,95–1,24 %, что немного выше, чем в Фуркате. Однако почвенная среда сильно щелочная (pH 8,50–8,68), что отрицательно влияет на растворимость микроэлементов.
Уровень солености очень низкий (0,08–0,12 дСм/м), что означает, что почвы практически не засолены. В этих условиях, хотя содержание железа и меди относительно высокое, наблюдается низкое содержание цинка. Это связано с переходом цинка в менее растворимые формы в щелочной среде.
Содержание гумуса в почвах района Бешарык составляет 1,13–1,26 %, что выше, чем в других регионах. Почвенная среда щелочная (pH 7,74–8,17), уровень солености находится в диапазоне 0,53–1,94 дСм/м, при этом в некоторых слоях наблюдается умеренная соленость. В этом районе обнаружено относительно высокое содержание цинка и бора, что объясняется высоким содержанием гумуса. Однако повышенная соленость может частично ограничивать усвоение микроэлементов [15].
Заключение
Результаты исследования показали, что орошаемые луговые сазовые почвы Ферганской области характеризуются низким содержанием гумуса (0,84–1,26 %), щелочной реакцией среды (pH 7,65–8,68) и различной степенью засоленности (EC 0,08–1,94 дСм/м). Установлено, что данные факторы существенно влияют на подвижность и доступность микроэлементов.
Микроэлементы распределяются по почвенному профилю неравномерно: цинк и бор преимущественно концентрируются в верхних горизонтах, железо и марганец – в средних, а в отдельных случаях медь и молибден – в нижних слоях. Среди исследованных районов наиболее высокое содержание цинка и бора отмечено в почвах Бешарыкского района, железа и меди – в Дангаринском районе, тогда как в Фуркатском районе содержание микроэлементов характеризовалось относительно умеренными показателями. Цинк был определен как лимитирующий микроэлемент для почв Фуркатского и Дангаринского районов.
Conflict of interest
Financing
Библиографическая ссылка
Каримова Д.Ф., Холдаров Д.М. ПОДВИЖНЫЕ ФОРМЫ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРОШАЕМЫХ ЛУГОВЫХ САЗОВЫХ ПОЧВАХ ФЕРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ И ИХ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ // Научное обозрение. Биологические науки. 2026. № 3. С. 50-56;URL: https://science-biology.ru/en/article/view?id=1467 (дата обращения: 24.08.2026).
DOI: https://doi.org/10.17513/srbs.1467