Биогеохимия биоты в природных ландшафтах и зоне геотехногенеза (стр. 1 )

3. БИОГЕОХИМИЯ БИОТЫ В ПРИРОДНЫХ ЛАНДШАФТАХ И ЗОНЕ ГЕОТЕХНОГЕНЕЗА

ВИСМУТ И СВИНЕЦ В ПОЛЫНИ ГМЕЛИНА (ARTEMISIA GMELINII) В ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОМ ЛАНДШАФТЕ ШЕРЛОВОГОРСКОГО ГОРНОРУДНОГО РАЙОНА

1, 2, Г.А. Юргенсон3, 4

1 Забайкальский государственный гуманитарно-педагогического университет им. 

2Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН

BISMUTH AND LEAD IN (ARTEMISIA GMELINII) IN THE NATURE-TECHNOGENIC LANDSCAPE OF SHERLOVOGORSKIY MINING AREA

D. N. Gorban1, M. A. Solodykhina2, G. A. Yrgenson2, R. A. Filenko2

1ZabSPU, Chita, Russia

2Institute of Natural Resources, Ecology and Criology SB RAS, Chita, Russia, inrec. *****@***ru

Установлено, что содержание свинца в почвах района превышает кларк в 17.19, а висмута в 499.5 раз. Изучены особенности поведения свинца и висмута в полыни Гмелина. Обнаружено, что КБП свинца полынью Гмелина выше в 100 раз, чем КБП висмута.

It is established, that the maintenance of lead in ground of area is exceeded by сlark at 17.19, and bismuth in 499.5 times. Features of behaviour of lead and bismuth in (Artemisia gmelinii) are studied. It is revealed, that factor of biological absorption of lead (Artemisia gmelinii) above in 100 times, than factor of biological absorption of bismuth.

Введение

На примере полыни Гмелина сделана попытка выяснить, в каких количествах и в каких органах этого растения накапливаются Bi и Pb. Для этого растения первые сведения о накоплении им мышьяка, свинца, цинка, молибдена, вольфрама имеются в опубликованной литературе [9, 10]. Установлено, что указанные химические элементы накапливаются полынью Гмелина не одинаково [13]. Выявлено, что коэффициент биологического поглощения их, в основном, не зависит от валового содержания в почвах. Поведение висмута в полыни Гмелина, как мало изученного с геохимической и биогеохимической точек зрения впервые дано в [3]. Свинец по химическим свойствам близок к висмуту, поэтому он был выбран для сравнительного изучения накопления в полыни Гмелина.

Шерловогорский горнорудный район находится на юго-востоке Забайкальского края и представляет собой типичный природно-техногенный ландшафт, в состав которого входит карьер, хвостохранилище, отвалы бедных и забалансовых руд, а также группу месторождений, образовавшихся в процессе функционирования Шерловогорской рудно-магматической системы. Кроме того, природно-техногенным ландшафтом является система разномасштабных выработок, неоднократно проходившихся в почти трехсотлетней истории добычи камнесамоцветного сырья в пределах Шерловогорского гранитного массива, содержащего коренные месторождения олова. вольфрама, бериллия и висмута. Компонентами природно-техногенного ландшафта стали и конусообразные отвальные хвосты разработки касситерит-вольфрамит-бисмутитовых россыпей падей Заводская и её притока Рудничная. Россыпи разрабатывались начиная с 1916 года по начало 1960-х.

Природную геохимическую аномалию района определяет Шерловогорская рудномагматическая система, которая включает три месторождения. Одно из них – одноименное месторождение олова, вольфрама, висмута и бериллия. Другой составной частью этой рудномагматической системы являются оловополиметаллическое месторождение Сопка Большая и собственно полиметаллическое – Восточная аномалия [13].

Район исследования относится к степной зоне. Формирование почв происходило под воздействием своеобразных природных условий: близкое залегание коренных пород, наличие многолетней и длительно–сезонной мерзлоты, широкое распространение процессов выветривания, а также эоловых и других эрозионных процессов [5].

Под сухой редкотравной степью в условиях сухого климата образуются каштановые почвы, представляющие собой переходный тип от черноземов умеренно-сухих степей к сероземам пустынь. Содержание гумуса в аккумулятивном горизонте не превышает 2-5 %, что придает ему каштановую окраску. Для каштановых почв характерно развитие злаковой и полынной растительных группировок. Большая его часть – зона недостаточного увлажнения [8].

В 1993 году закрыт горно-обогатительный комбинат, и работы по добыче и переработке олово-полиметаллических руд были остановлены. Техногенные массивы, которые явились следствием работы комбината, стали ареной геотехногенеза. Они постепенно стали зарастать пионерными растениями, такими, как полыни, дендрантемы, мак голостебельчатый, кипрей, тополя, березы и другими.

С целью познания влияния токсичных элементов на дикорастущие растительные сообщества, произрастающие в пределах интенсивных природных и геотехногенных геохимических аномалий, изучается биогеохимия растений на территории Шерловогорского горнорудного района.

В качестве одного из информативных объектов исследования выбрана полынь Гмелина (Artemisia gmelinii) как пионерное растение, осваивающее техногенно-нарушенные территории. На примере этого растения рассмотрено поведение висмута и свинца в ее органах. Висмут и свинец близки по своим свойствам, но различаются по степени токсичности. Висмут, менее токсичный чем свинец, относится к химическим элементам, роль которых в растениях слабо изучена. В полыни Гмелина содержание его изучено впервые. Поэтому изучение концентраций этих элементов в различных органах полыни Гмелина представляется достаточно важным.

Материалы и методы

На каждом участке наблюдения проведены по точкам, хорошо изученным в геологическом отношении. Здесь отбраны объединенные пробы доминантных видов растений из каждого яруса, которые встречаются на всех участках. Отбор почвенных проб произведен в соответствии с ГОСТ 17.4, по искусственным обнажениям. Растения разделяли на органы. Корни и наиболее запыленные части растений промывали сначала струей проточной воды, а затем дистиллированной, и высушивали до воздушно-сухого состояния. Химический анализ растений произвели методом масспектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на спектрофотометре ICP-MC Eslan DRC II Perkin Elmer (США) в Хабаровском инновационно-аналитическом центре Института тектоники и геофизики им. ДВО РАН, аналитики , , и . Анализ почвы произвели методом РФА в Геологическом институте СО РАН, аналитики , .

Висмут и свинец в почвах

Литературных данных о содержании висмута в почвах немного. По Боуэну [15], среднее содержание висмута в почвах составляет приблизительно 0.2 мг/кг [7].

Содержание Pb в поверхностном слое почв США составляет в среднем 20 мг/кг.

Среднюю концентрацию Pb в поверхностном слое почв в глобальном масштабе можно, вероятно, оценить 25 мг/кг [7]. Кларк свинца в почвах мира по равен 10 мг/кг [6]. В России значение ПДК для свинца весьма жесткое 30 мг/кг [1].

Висмут – малораспространенный элемент. Его кларк составляет 0.0%) [13].

По полученным данным средние содержания висмута и свинца в почвах и почво-грунтах Шерловогорского горнорудного района значительно превышают кларк, в 499.5 и 17.19 раз соответственно (табл. 1). Основные формы нахождения свинца в почвах и почво-грунтах (по убыванию) – галенит, церуссит, англезит, миметит, вульфенит. Висмут находится в виде бисмутита, бисмутинита, в виде примесей в галените, в заварицките. Кроме того, как свидетельствуют

Таблица 1

Свинец и висмут в почвах Шерловогорского горнорудного района

Висмут и свинец в полыни Гмелина

Распределение висмута в растениях изучено слабо. По оценкам Боуэна [15], среднее содержание висмута в наземных растениях не превышает 0.02 мг/кг сухой массы, а в съедобных частях растений составляет 0.06 мг/кг сухой [7].

Хотя в природных условиях Pb присутствует во всех растениях, выявить какую-либо особую его роль в метаболизме не удалось. Бройер и др. [16] провели обзор этого вопроса и пришли к выводу, что если свинец и необходим для растений, то его концентраций на уровне 2-6 мкг/кг должно быть уже достаточно. Естественные уровни содержаний свинца в растениях из незагрязненных и безрудных областей, по-видимому, довольно постоянны и лежат в пределах 0.1-10.0 мг/кг сухой массы (среднее 2 мг/кг) [14, 17]. Содержания свинца в съедобных частях растений, произрастающих в незагрязненных областях, по данным разных авторов, опубликованным в годах, составляют 0.00-0.08 мг/кг влажной массы, 0.05-3.0 мг/кг сухой массы и 2.7–94.0 мг/кг золы [7].

Пределы варьирования содержания свинца в степной растительности Забайкалья Pb 0.59-2.70 [11]. Токсичная концентрация в листьях 30-300 [7, 4].

Анализ данных, приведенных на рисунке, показал, что концентрации висмута в органах полыни Гмелина распределяются следующим образом: максимальные их значении присущи корням, стебли содержат существенно меньшие его количества, в листьях они вновь возрастают и уменьшаются в цветах-плодах. Содержание свинца в органах полыни Гмелина характеризуется аналогичной тенденцией. В распределении содержаний свинца эта тенденция проявлена ярче.

Рисунок. Содержание свинца и висмута в органах полыни Гмелина.

В целом наблюдаются неравномерные содержания свинца и висмута в полыни Гмелина. Это может быть связано с типом минерализации на разных участках отбора проб, которая определяет валовые содержание элементов в почве (табл. 1).

Приведенные данные в табл. 2 свидетельствуют о том, что КБП свинца полынью Гмелина выше в 100 раз, чем висмута. Здесь максимальный КБП характерен для корней и листьев. Поглощение висмута цветами-плодами и стеблями полыни Гмелина не значительное. Сходная тенденция сохраняется и для свинца.

Таблица 2

Выводы

Избирательное поглощение висмута и свинца отдельными органами полыни Гмелина может указывать на наличие у нее барьерных механизмов. В целом, можно полагать, что висмут и свинец, легко усваиваются корневой системой полыни Гмелина. Но, не задерживаются в ней, передвигаются через стебли, не накапливаясь в проводящих тканях, они движутся к листьям, где происходит фотосинтез. Но содержание свинца в органах, обеспечивающих наследственность и чистоту вида (цветы–плоды), контролируются организмом полыни Гмелина, и не превышает меру фоновых значений. Однако концентрации висмута в цветах-плодах превышают кларк в 10 раз.

Формы передвижения висмута в самих растениях неизвестны и требуют постановки специальных исследований.

Содержание свинца в органах полыни Гмелина выше, чем висмута, что может указывать на разную степень биофильности этих элементов.

Литература

1. , , Шишов . Термины, их краткое определение, справочные материалы по почвенной экологии, географии и классификации почв. – М.: Почв. ин-т им. , 2004. – 138 с.

2. , , . К проблеме биологического поглощения вольфрама, молибдена и мышьяка растениями на примере полыни Гмелина // Вестник Забайкальского центра. Российской академии естественных наук. Общественно – научный журнал. Издание ЧГУ №1. 2009. – С. 16-21.

3. Виноградов редких и рассеянных химических элементов в почвах. – М.: Изд-во Ан СССР, 1950. – 279 с.

4. , Юргенсон тяжелых металлов в полыни Гмелина на территории Шерловогорского горнорудного района // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: Труды ІІ Всероссийского симпозиума с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий» и VІІІ Чтений памяти акад. «Современное минералообразование» 24-27 ноября 2008 г. Россия. Чита, 2008. – С. 56-58.

5. , , Голубева исследования в районе Шерловогорского горнорудного района // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: Труды I Всероссийского симпозиума с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий» и VII Чтений памяти акад. «Современное минералообразование» 7–10 ноября 2006, г. Россия. Чита, 2006.– С. 114-118.

6. Добровольский биогеохимии: учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 400 с.

7. Кабата – Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 439 с.

8. Ногина Забайкалья. – М.: Издательство «Наука», 1964. – 315 с.

9. , ., ., Первые данные о биогеохимических особенностях концентраций вольфрама в растениях Шерловогорского горнорудного района // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: Труды I Всероссийского симпозиума с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий» и VII Чтений памяти акад. «Современное минералообразование» 7–10 ноября 2006, г. Россия. Чита, 2006.– С. 135-139.

10. , , Смирнова в полыни Гмелина Шерловогорского горнорудного района // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: Труды ІІ Всероссийского симпозиума с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий» и VІІІ Чтений памяти акад. «Современное минералообразование» 24 – 27 ноября 2008 г. Россия. Чита, 2008. – С. 83-87.

11. , Кашин металлы в садово-огородных почвах и растениях г. Улан-Удэ. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. – 128 c.

12. Горбань изучение содержания висмута и свинца в полыни Гмелина в природно-техногенном ландшафте Шерловогорского горнорудного района // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий. Выпуск 13: в 2 т. / отв. Ред. . – Абакан: Издательство Хакасского государственного университета им. , 2009. – Т. I. – 232 с.

13. , Малышева в полыни Гмелина на территории Шерловогорского горнорудного района // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: Труды ІІ Всероссийского симпозиума с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий» и VІІІ Чтений памяти акад. «Современное минералообразование» 24 – 27 ноября 2008 г. Россия. Чита, 2008. – С. 74-76.

14. Allaway W. H., Control of the environmental levels of selenium, in: Trace Subst. Environ. Health, Vol. 2, Hemphill D. D., Ed., University of Missouri, Columbia, Mo., 1968, 181.

15. Bowen H. J. M., Environmental Chemistry of the Elements, Academiс Press, New York, 1979, 333.

16. Broyer T. C., Johnson C. N., Paull R. E., Some aspects of lead in plant nutrition, Plant Soil, 36, 301, 1972.

17. Cannon H. L., Lead in vegetation, in: Lead in the Environment, Lovering T. G., Ed., U. S. Geol. Surv. Prof. Pap., 957, 23, 1976.

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ ЛАНДШАФТОВ ХИЛОКСКОЙ ВПАДИНЫ ЗАБАЙКАЛЬЯ

Геологический институт СО РАН, Улан-Удэ, Россия, sv-dorosh@mail.ru

BIOGEOCHEMICAL FEATURES OF NATURAL LANDSCAPES OF THE HILOKSKY HOLLOW OF TRANSBAIKALIA

S. G. Doroshkevich

Geological institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Ulan-Ude, Russia,
*****@***ru

Distribution of some chemical elements in natural landscapes of the Hiloksky hollow of Transbaikalia is shown. Taking into account a relief, litology of rocks and quaternary deposits, versions of soils, vegetation and migration classes it is allocated four types of a landscape: mountain-taiga, mountain forest-steppe, mountain steppe, inundated. The given types of landscapes as a whole are characterised by the raised maintenances rather clarke Pb, Nb, Ba, La, F, lowered – Be, Ni, Sn, Cr, Li. Intensity of biological circulation decreases from mountain-taiga to forest-steppe, steppe and inundated landscapes.

Биогеохимические циклы определяют обмен химических элементов между организмами и окружающей средой на поверхности Земли. Увеличивающееся антропогенное воздействие на окружающую среду на локальном, региональном и глобальном уровнях требует понимания механизмов определяющих устойчивость биосферы и ее компонентов. Забайкалье характеризуется высоким минерально-сырьевым потенциалом, что, в свою очередь, обуславливает формирование определенных типов геохимических ландшафтов. В связи с этим требуется исследование влияния геологических процессов, факторов почвообразования на содержание химических элементов в компонентах ландшафтов. При этом особое внимание заслуживают микроэлементы, которые более чутко реагируют на действия природных и антропогенных факторов, определяющих их содержание в биосфере.

Хилокская впадина Бурятии представляет собой степь с отдельными плоскими возвышенностями. Ширина впадины от 5 до 15 км. Она имеет асимметричный профиль, её северные склоны более крутые, чем южные. Среди её холмистого рельефа встречаются небольшие плоские равнины – реликты древних озер. Значительная часть впадины занята поймой р. Хилок. Климат района – резко континентальный с жарким сухим летом (максимальная температура +380 С) и малоснежной холодной зимой (минимальная температура -450 С). Среднегодовая температура от -5 до -80С. Годовое количество осадков составляет 250-300 мм, больше половины которого приходится на июль-август. Снежный покров устанавливается в середине октября и стаивает в мае. Сезонное промерзание достигает 2,5 м, местами соединяясь с островной многолетней мерзлотой [1].

С учетом рельефа, литологии коренных пород и четвертичных отложений, разновидностей почв, растительности и классов миграции выделено четыре типа ландшафта: горно-таежный, горный лесостепной, горный степной, пойменный. Горно-таежный и горный лесостепной ландшафты характерны для эрозионно-денудационного рельефа, а горный степной и пойменный – для эрозионно-аккумулятивного рельефа.

Горно-таежный (ГТ) ландшафт с островной мерзлотой преобладает над всеми остальными. Он сформирован горными сооружениями – Малханским и Заганским хребтами. Горно-таежный ландшафт подразделен на четыре подтипа, последовательно сменяющие друг друга от водоразделов к долинам рек. Сформирован на гранитоидах бичурского и джидинского комплекса, вулканитах тамирской свиты. Почвообразующие породы представлены элювиальными (Эл), делювиальными (Д) и коллювиальными (К) четвертичными отложениями. Почвы – горные дерново-таежные, дерново-лесные, местами оподзоленные, глубокопромерзающие, малогумусные.

Таблица 1

Геохимическая характеристика ландшафтов

* Элементы I, II, III классов опасности; ПЭО – природная экологическая опасность.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6