science-review.ru
Полноценное питание населения Земли во многом обусловлено химическим составом потребляемой пищи. Следовательно, нормальное развитие и функционирование человека зависят от полноценного поступления питательных веществ, необходимых для правильного обмена веществ в организме, укрепления здоровья, предотвращения болезней, замедления процесса старения и продления жизни человека. Актуальность этих проблем заключается в знании содержания биомикроэлементов в почвах и растениях.
Цель исследования: изучение биомикроэлементного состава засоленных почв и растений Центральной Ферганы, а также их миграционной цепи.
Материалы и методы исследования
Полевые почвенные исследования проводились на основе морфологического метода Докучаева, сравнительно-географического метода исследования. Использован системный геохимический подход А.И. Перельмана (1975) и М.А. Глазовской (1976). Анализы выполнялись по общепринятым методам, описанным в руководствах СоюзНИХИ (1973), Е.В. Аринушкиной (1971). Использованы компьютерная техника последней версии электронных таблиц, графиков и программа EXCEL.
Результаты исследования и их обсуждение
В последние годы учеными Г. Юлдашевой, В.Ю. Исаковой, Д.М. Холдаровой, У.Б. Мирзаевой, Ш.Я. Эшпулатовой, М.Т. Исагалиевой, С.Х. Закировой, А.Т. Турдалиевой, Ш.С. Мансуровой были исследованы генезис, география, водно-физические, физико-химические, агрохимические, биогеохимические и другие свойства почв, даны их характеристики, а также изучены мелиоративные и экологические условия почв Центральной Ферганы.
Пустыни Центральной Ферганы издавна служили местом сбора ряда рек, ручьев и паводков, стекающих со склонов гор. В результате накопление отложений длилось много веков. Механический состав отложений менялся в зависимости от скорости потока и периодов паводка. Глинистые породы, песок и водорастворимые соли накапливались из-за того, что вода, которая не могла вытекать с территории, почти испарялась из-за высокой температуры, а территория служила базой эрозии.
Уровень засоления указывает на общее количество легкорастворимых солей в токсичной воде почвы. Во многом необходимость мелиорации плохих земель в стране обусловлена засолением почв. Засоление почв происходит тогда, когда минерализованные грунтовые воды не имеют возможности просачиваться на поверхность или существует слабый сток.
Накопление солей в почвах Ферганской области обусловлено наличием Na2SO4 и гипса (CaSO4). Чем суше климат, тем быстрее в почве накапливаются соли. По мере приближения грунтовых вод к поверхности накопление солей также увеличивается в областях с высокими испаряющими свойствами (особенно в пустынных регионах). В Центральной Фергане 1000–1500 мм над землей в год. В результате испарения слабоминерализованной воды образуется 1–1,5 т/га солей (около 0,5 г/л). Соль накапливается, т.е. остается в почве.
Засоление почвы резко снижает урожайность сельскохозяйственных культур. На сильно засоленных почвах растения совсем не растут и погибают. В результате нарушения метаболизма и обмена энергией между растениями и почвой минеральные трансплантаты оказывают большое влияние на передачу питательных веществ к растительным клеткам.
Количество гумуса колеблется в пределах от 0,461 % до 0,154 % в песках равнин, от 0,721 % до 0,241 % в засоленных песках впадин и от 0,510 % до 0,317 % в солончаках [1].
Почвообразовательный процесс в них протекает по-разному в зависимости от механического состава и степени влияния антропогенных и других факторов почвообразования. Пески и пустынно-песчаные почвы Ферганской долины Узбекистана обладают слабощелочной и нейтральной реакцией, рН = 7,5–8,0.
Содержание карбонатов кальция и магния в современных перевеянных песках колеблется в интервале 0,3–1 % в верных горизонтах. Вниз по профилю содержание карбонатов в песчаных горизонтах выше, чем в верхних слоях, и составляет 1–3 %. В единичных случаях в погребенных карбонатных горизонтах содержание карбонатов достигает 10 % и более [2].
В исследованиях, проведенных в 1983–2020 гг. в условиях пустынной зоны Центральной Ферганы с использованием каскадных ландшафтно-геохимических методов закрытого типа, исследованы миграция микроэлементов меди, цинка, марганца, молибдена, бора в почвах и растениях, определена высокая чувствительность почвенного покрова к антропогенному воздействию. В связи с этим химический состав микроэлементов почв можно рассматривать как индикатор техногенного давления на ландшафт. При этом различные содержания метаболитов микроэлементов могут характеризовать интенсивность техногенного процесса. В большинстве пустынных ландшафтов наблюдается процесс соленакопления в разных блоках геохимического ландшафта.
Диетологи всего мира рекомендуют, чтобы фрукты и овощи составляли не менее 50 % пищи, которую потребляет человек. Эти продукты очень богаты полезными микронутриентами, и в древности Ибн Сина использовал фрукты и овощи для лечения различных заболеваний, потому что в те времена не было химических препаратов, пациенты лечились натуральными средствами. В первую очередь это овощи, фрукты, различные травы и растения.
В современных условиях необходимо изменить отношение людей к почве и растительному миру. Это связано с тем, что вещества, которые полезны или вредны для здоровья человека, проникают в растения через почву и мигрируют по цепочке: почва → растение → еда → человеческий организм.
В.И. Вернадский подчеркнул необходимость учета наиболее важных свойств земной коры при классификации элементов. Следует принимать во внимание такие параметры, как подвижность, минералообразование, радиоактивность [3].
А.А. Кист в своих работах разделил элементы на конституционные, незаменимые, малоизученные, неизученные. В этом случае незаменимыми микроэлементами считаются B, F, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Br, Mo, J.
Конечно, в почве, фауне, воде, атмосфере и растениях находится много элементов, содержащихся в периодической таблице Менделеева.
Бор (B) – незаменимый элемент для жизни и деятельности растений, животного мира. Хотя микроэлемент бор не входит в состав ферментов, он улучшает их активность, избыток которой увеличивает скорость метаболизма. При избытке его соединения токсичны. При отравлении бором выделяется большое количество фосфора.
Общее количество бора в почве составляет 2×10-3–1.6×10-3 %, его подвижное содержание составляет 1.9×10-5–1.1×10-4 % [4]. Биогеохимические свойства бора описаны в работах А.Е. Ферсмана и В.И. Вернадского. В почве содержится ряд минералов, таких как турмалин, датолит, бура, ашарит, и бор в форме борной кислоты.
Количество молибдена (Mo) в почве также невелико, около 3×10-4 %. В почвах, богатых органическими веществами, часть Мо+6 переходит в Мо+2, что приводит к переходу в слабо подвижную группу. Mo+6 относительно подвижен в почвах с нейтральной и слабощелочной средой и пригоден для усвоения растениями. Избыток Mn способствует дефициту молибдена, и наоборот (они вытесняют друг друга).
Мо особенно хорошо влияет на рост цветной капусты, сахарной свеклы, хлопка и бобовых, также он вызывает токсикоз животных. Токсичностью он обладает в соединении 
, содержащемся в больших количествах в щелочных, известковых почвах. В здоровых растения Мо содержится 3–4 мг/кг, у больных – 33–38 мг/кг.
Марганец (Mn). По данным В.И. Вернадского, количество Mn в почвах составляет 8,5×10-2 % [3]. Мобильное количество этого элемента составляет 1–10 % от общего количества. Поскольку в результате слабощелочной реакции образуется Mn(OH)2, он почти не усваивается растениями. Симптомы дефицита у растений возникают из-за превращения Mn в MnО2 в слабощелочных и нейтральных средах.
Mn входит в состав ряда ферментов, при отсутствии которых листья растений поражаются некрозом, затем они погибают, а на злаках появляются серые зерна. Это явление наблюдается и в изученных нами засоленных почвах Центральной Ферганы. Хлороз встречается у фруктовых деревьев [5].
Медь (Cu). Общее количество в почве составляет 2×10-3 %, и только 1 % находится в подвижном состоянии. Cu является важным элементом для жизни растений и входит в состав фермента полифенолоксидазы. Фотосинтез связан с количеством меди через хлоропласты. М.А. Панковым доказана плохая усвояемость растениями в карбонатных почвах. Недостаток Cu в организмах вызывает энзоотическую атаксию, а ее избыток отмечается при таких заболеваниях, как анемия, гепатит.
Цинк (Zn). Среднее содержание этого элемента в почве составляет 5×10-3 %, в подвижных условиях только 1 %, а в растениях – около 3×10-4 %. Цинк является частью ряда ферментов, и этот элемент требуется многим растениям, включая хлопок, кукурузу, яблоки, виноград и др.
Вышеперечисленные микроэлементы широко используются в хлопководстве. Один из способов эффективного применения этих элементов основан на изучении их валовых и подвижных количеств в почве и цепочки их миграции.
Биомикроэлементный состав засоленных почв Центральной Ферганы, территории нашего исследования, представлен на рисунке. Содержание Cu, Zn, Mn, B, Mo распределяется по определенным законам в соответствии со свойствами элементов и свойствами почвы. Известно, что Cu свободно распространяется в природе в виде свободных Cu0 и Cu+, Cu+2. В нашем примере это привод 120–170 (180) см. слоев. Концентрация Cu обусловлена его осадителями: 
, 
, SiO2 [6, 7].
Содержание биомикроэлементов в засоленных почвах, мг/кг
Cu+2 также слабо сорбируется гумусом и коллоидами, они ограничивают его движение. Cu содержится в 198 соединениях. Наиболее распространены карбонатные, сульфатные, силикатные и фосфатные соединения.
Другой элемент халькофила – это цинк (Zn), который также используется в сельском хозяйстве в качестве микроэлемента. Кларк цинка 8,3×10-3 %. По мнению А.И Перельмана, слюда замещает Fe и Mn в амфиболах [8]. Цинк содержится в 66 минералах и трудно усваивается всеми растениями в почвах со слабощелочной средой. К таким почвам относятся карбонатные, т.е. засоленные, почвы Центральной Ферганы, которые мы исследовали. В связи с этим многие растения Центральной Ферганы постоянно нуждаются в цинке.
Mn – еще один микроэлемент, который важен для фруктовых деревьев, а также при выращивании хлопка. 2-, 3-, 4-валентные соединения марганца широко распространены в земной коре. Это свойство, т.е. переменная валентность, отличает процесс движения. Следовательно, Mn участвует в окислительно-восстановительных процессах, в окислительных, испаряющих процессах с разной активностью, т.е. накапливается в разных формах и количествах. Mn++ более подвижен, чем другие катионы, его чистота составляет 1×10-1 %, он содержится в 120 соединениях. Этот элемент в основном накапливается в камышах.
В почвах Центральной Ферганы, являющейся объектом наших исследований, Mn является одним из самых слабых движущихся элементов, и плодовые растения часто испытывают потребность в этом элементе.
Одним из анионогенных литофильных элементов является бор (B). Этот элемент также важен для фруктовых деревьев, овощей и дынь. B+3 не проявляет металлических свойств, является одним из важнейших микроэлементов в неметаллах. Окисленное соединение этого элемента является обычным. Бораты кальция и магния нерастворимы в воде. Бор накапливается в испарительных барьерах в виде ВО3-3.
В почвах Центральной Ферганы основным препятствием на пути боратов является Са. Таким образом, хотя общее количество бора в этой области велико, существует значительная потребность в нем для роста и развития растений.
Элемент Mo, как и В, накапливается в почвах Центральной Ферганы, а также может находиться в анионном и катионном состояниях. По мере увеличения степени окультуренности почвы количество Мо уменьшается.
Подвижные количества этих элементов рассчитывались Е.К. Кругловой, М. Алиевой. Данные представлены в таблице.
Степень обеспеченности растений микроэлементами, (мг/кг)
|
Обеспеченность |
Cu |
Zn |
Mn |
B |
Mох |
|
Недостаточно |
<0,4 |
<1,5 |
<80,0 |
<0,8 |
<0,15 |
|
Норма |
0,4–0,8 |
1,5–2,5 |
80–100 |
0,8–1,8 |
0,15–0,3 |
|
Высокая |
0,8–1,0 |
>2,5 |
101–150 |
1,2–3,0 |
0,3–0,5 |
|
Насыщенная провинция |
>1,0 |
– |
>150 |
>3,0 |
>0,5 |
Мох – По А.С. Фатpянова, Л.М. Войкина, В.П. Маданова (1972).
По этим показателям состав почвенного и подпочвенного слоев исследованных нами почв Центральной Ферганы следующий: Cu, Zn, Mn, B – относительно нормальное количество, Mo – недостаточное количество.
Количество биомикроэлементов в почвах определяется их допустимыми концентрациями в почве. Если опираться на таблицу, то мы увидим следующую ситуацию. Нормальное количество микроэлементов Cu, Zn, B, Mo, Mn в почвах: 2–50, 10–300, 10–500, 1–5 мг/кг соответственно, поэтому подвижные количества этих микроэлементов в почвах Центральной Ферганы, где мы проводили наши исследования, намного ниже этих норм.
Однако на пастбищах Центральной Ферганы содержание Cu высокое, Zn, Mn, B, Mo высокое и насыщение микроэлементами – на областном уровне [9]. Если мы рассмотрим выпас скота на пастбищах, то нам нужно заранее знать, что болезни, связанные с этими микронутриентами на этих территориях, будут проявляться у некоторых животных. В дальнейшем вместе с мясом, молоком и молочными продуктами животноводства эти микроэлементы попадают в организм человека и могут вызвать некоторые заболевания.
Анализ химических элементов в рационе человека показывает, что количество кальция в зимне-весенний период составляет 78,5 % у мужчин, 75,4 % у женщин, 65,6 % и 62,4 % летом и осенью соответственно. Содержание остальных микроэлементов выглядит так: фосфор 70,9–70,2 % и 66,9–65,4 %; магний 88,6–86,3 % и 77,8–79,2 %; железо 68,0–65,0 % и 74,0–73,0 % соответственно летом и осенью [10].
В заключение следует отметить: в результате изучения движения и накопления химических элементов в почве → растении → фауне → продуктах питания → человеческой цепи и других миграционных процессах мы сможем обеспечить население экологически чистой пищей и предотвратить развитие некоторых эндемических заболеваний.
Библиографическая ссылка
Холдаров Д.М., Собиров А.О. О БИОМИКРОЭЛЕМЕНТНОМ СОСТАВЕ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ И РАСТЕНИЙ // Научное обозрение. Биологические науки. – 2021. – № 4. – С. 78-82;URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1247 (дата обращения: 23.11.2024).