Исследование природы поглощения и прочности связи галогенов с компонентами почв и механизмов этого процесса. Определение их концентрации в водах и растениях, как важных звеньях пищевых цепочек. Оценка экологической обстановки по галогенам в регионе.
В этом плане изучение химического состава почв, вод и растений имеет научное и практическое значение. Виноградову [1952], большое биологическое разнообразие и пестрота геохимических ситуаций на Земле способствовали использованию живыми организмами любого химического элемента c определенными метаболическими задачами. К настоящему времени о статусе галогенов в природных объектах юга Западной Сибири сведений немного, за исключением информации о хлоре, водорастворимая форма которого детально изучалась в связи с распространенным здесь засолением [Базилевич, 1965; Рябова,1971; Курачев и др.,1981]. Цель исследований - изучить содержание, закономерности распределения и специфику накопления галогенов в природных объектах (почвах, водах и растениях) юга Западной Сибири и оценить экологическую обстановку по галогенам в регионе. Определить валовое содержание галогенов и выяснить закономерности их распределения в профиле почв, выявить и объяснить влияние, оказываемое на этот процесс физико-химическими свойствами почв, их водным режимом и химическими свойствами элементов.В верхнем гумусированном горизонте автоморфных почв, независимо от их типа, накопления фтора не обнаружено, что обусловлено слабой его сорбцией органическим веществом и ограниченностью возможных между ними реакций. Содержание фтора возрастает от верхних горизонтов к почвообразующей породе, потенциально являющейся его источником, концентрации брома и йода, напротив, в этом направлении снижаются по аналогии с содержанием гумуса - основного их концентратора, а содержание хлора довольно монотонное по всему почвенному профилю, что обусловлено высокой растворимостью его солей. В процессе почвообразования происходит перераспределение галогенов в почвенной толще и осаждение их подвижных форм на геохимических барьерах: F-на кальциевом, хлора, брома и йода - на испарительном. Приоритетным механизмом взаимодействия галогенов с почвами является сорбция, обусловленная обогащенностью почв глинистыми минералами, аморфными оксидами и гидроксидами Al и Fe. Имеют место активный ионный обмен между F? и OH? , галоидирование органических соединений гумуса с образованием в ряде случаев прочной связи, изоморфное замещение хлора на бром и обратно, внедрение галогенов в дефекты кристаллической решетки минералов.
Введение
Актуальность исследований. Взаимоотношения живых организмов и природной среды являются одной из важнейших проблем современной биологии. В этом плане изучение химического состава почв, вод и растений имеет научное и практическое значение. По А.П. Виноградову [1952], большое биологическое разнообразие и пестрота геохимических ситуаций на Земле способствовали использованию живыми организмами любого химического элемента c определенными метаболическими задачами. Специфическая роль микроэлементов, например Cu, Co, Mn, Mo, Ni, B, Zn, в процессах обмена веществ в настоящее время считается установленной. Галогены (F, Cl, Br, I) также необходимы для нормальной жизнедеятельности человека, животных и растений [Виноградов,1957; Ковальский, 1970, 1972; Кашин,1987; Beck,1930; Neufeld,1936; Whitehead, 1973, 1978], однако известно и о негативном влиянии их избытка или недостатка.
К настоящему времени о статусе галогенов в природных объектах юга Западной Сибири сведений немного, за исключением информации о хлоре, водорастворимая форма которого детально изучалась в связи с распространенным здесь засолением [Базилевич, 1965; Рябова,1971; Курачев и др.,1981]. Экологический же аспект в этих исследованиях не затрагивался. Вместе с тем на данной территории существует проблема со здоровьем населения и животных, связанная с дефицитом йода в пищевых цепочках [Мальгин,1988; Савченков и др., 2002]. Есть данные о том, что бром в комплексе с бором могут быть причиной заболеваний желудочно-кишечного тракта [Семенов и др.,1994], а распространение здесь кариеса свидетельствует о неблагополучной ситуации с фтором.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - изучить содержание, закономерности распределения и специфику накопления галогенов в природных объектах (почвах, водах и растениях) юга Западной Сибири и оценить экологическую обстановку по галогенам в регионе.
В задачи исследований входило: 1. Определить валовое содержание галогенов и выяснить закономерности их распределения в профиле почв, выявить и объяснить влияние, оказываемое на этот процесс физико-химическими свойствами почв, их водным режимом и химическими свойствами элементов.
2. Изучить подвижные формы галогенов в почвах.
3. Исследовать природу поглощения и прочность связи галогенов с компонентами почв и рассмотреть возможные механизмы этого процесса.
4. Определить концентрации галогенов в природных водах и растениях, как важных звеньях пищевых цепочек.
5. Охарактеризовать изученную территорию по галогенам с позиций экологии.
Научная новизна. Впервые проведены разносторонние исследования галогенов и изучен их статус в основных типах почв юга Западной Сибири; выявлены факторы, влияющие на миграцию и аккумуляцию их в почвенном профиле; рассмотрена природа поглощения почвами галогенов и механизмы их взаимодействия с компонентами почвы. Определена концентрация галогенов в разных типах природных вод; получен новый фактический материал о содержании F и I в растениях. Впервые содержание галогенов в природных объектах оценивается с экологических позиций.
Вывод
1. Уровень концентраций галогенов в автоморфных почвах юга Западной Сибири заметно ниже, чем в полугидроморфных и гидроморфных. Распределение галогенов в профиле почв характеризуется рядом особенностей. В верхнем гумусированном горизонте автоморфных почв, независимо от их типа, накопления фтора не обнаружено, что обусловлено слабой его сорбцией органическим веществом и ограниченностью возможных между ними реакций. Содержание фтора возрастает от верхних горизонтов к почвообразующей породе, потенциально являющейся его источником, концентрации брома и йода, напротив, в этом направлении снижаются по аналогии с содержанием гумуса - основного их концентратора, а содержание хлора довольно монотонное по всему почвенному профилю, что обусловлено высокой растворимостью его солей. В полугидроморфных и гидроморфных почвах максимальное содержание галогенов приурочено к иллювиальному горизонту и зоне скопления легкорастворимых солей.
2. В процессе почвообразования происходит перераспределение галогенов в почвенной толще и осаждение их подвижных форм на геохимических барьерах: F- на кальциевом, хлора, брома и йода - на испарительном. Выявлены биогенная аккумуляция и закрепление брома и йода в органическом веществе почвы. Уровень концентраций подвижных форм галогенов определяется их валовым содержанием, количеством гумуса, ила, карбонатов, а также водным режимом и степенью растворимости солей галогенов.
3. Приоритетным механизмом взаимодействия галогенов с почвами является сорбция, обусловленная обогащенностью почв глинистыми минералами, аморфными оксидами и гидроксидами Al и Fe. Имеют место активный ионный обмен между F? и OH? , галоидирование органических соединений гумуса с образованием в ряде случаев прочной связи, изоморфное замещение хлора на бром и обратно, внедрение галогенов в дефекты кристаллической решетки минералов. Реакции комплексообразования способствуют связыванию фтора в комплексные анионы, а обмена - к образованию труднорастворимых соединений и снижению его негативного влияния на окружающую среду. Склонность йода к реакциям окисления-восстановления способствует образованию в кислой среде свободного йода, что приводит к его потерям и обеднению им почв.
4. В природных водах не отмечены случаи превышения ПДК по содержанию фтора. Наиболее часто встречаются концентрации фтора ниже 1 мг/л. Обеспеченность бромом и йодом природных вод Барабинской и Кулундинской равнин соответствует гигиеническому нормативу. В водах других геоморфологических структур наблюдается их дефицит.
5. В растениях концентрации фтора находятся в пределах нормы, хлора - на уровне средних данных (норматив отсутствует), а содержание йода - оптимальное.
6. Неоднородность почв юга Западной Сибири по физико-химическим свойствам, повышающими либо понижающими подвижность галогенов и их способность переходить в природные воды и усваиваться растениями, является причиной различных концентраций галогенов в природных объектах. Результаты исследований позволили выделить районы, как с избыточным, так и с недостаточным поступлением галогенов в пищевую цепь. галоген почва вода экологический
Список литературы
Монография
1. Галогены в почвах юга Западной Сибири. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. - 200 с.
Авторские свидетельства и научные статьи
2. Способ фотометрического определения фтора: Авт. свид. №1670600, приоритет от 4.05.1987 (соавтор А.И. Парфенов).
3. Способ определения фтора в солонцах: Авт. свид. №1762231, приоритет от 20.04. 1988.
4. Фтор в корковых солонцах Западной Сибири и изменение его содержания при внесении фосфогипса // Почвоведение. - 1997. - № 9. - С.1096-1100.
5. Минеральные формы фторидов в солонцах и прочность их связи с почвой // Сиб. экол. журн. - 1998. - № 6. - С. 613-617.
6. К вопросу о контроле качества воды //Техника и технология очистки и контроля качества воды: Труды Междунар. научн.-техн. конф.- Томск,1999. - С.122-125
7. Бром в почвах юга Западной Сибири // Агрохимия. - 2001. - № 3. - С. 75-81.
8. Йод в основных типах почв юга Западной Сибири // Сиб. экол. журн. - 2001. - № 3. - С. 343-348.
9. Содержание и распределение водорастворимого брома в почвах юга Западной Сибири // Агрохимия. - 2001. - № 9. - С. 60-65.
10. Поглощение почвами брома и йода // Агрохимия. - 2001. - № 12. - С. 68-73.
11. Поглощение антропогенного фтора солонцами юга Западной Сибири // Химия в интересах устойчивого развития. - 2001. - № 9. - С. 227-234 (соавт. Ю.В. Ермолов).
12. Бром и йод в природных водах юга Западной Сибири // География и природные ресурсы. - 2002. - № 1. - С. 51-54.
13. Содержание и особенности распределения брома и йода в основных типах почв Обь-Иртышского междуречья // Агрохимия. - 2002. - № 10. - С. 52-57 .
14. Валовое содержание брома в почвах пониженных элементов рельефа на юге Западной Сибири // Агрохимия. - 2002. - № 11. - С. 65-69.
15. Бром и йод в почвах и природных водах юга Западной Сибири // Химия в интересах устойчивого развития. - 2004. - № 12. - С. 181-192.
16. Валовое содержание и распределение йода в профиле некоторых почв Западной Сибири // Агрохимия. - 2003. - № 8. - С. 74-81.
17. К вопросу о целесообразности извлечения йода из почв нейтральным солевым раствором // Агрохимия. - 2005. - № 4. - С. 67-72 (соавт. Ю.В. Ермолов)
18. К биогеохимии йода в южной части Обь-Иртышского междуречья // Современные проблемы почвоведения и оценки земель Сибири: Материалы III Всерос. научн. конф. - Томск: Изд-во ТГУ, 2005. - С. 128-130.
19. К вопросу о подвижной форме фтора в почвенной катене //Актуальные проблемы геохимической экологии: Материалы V Междунар. биогеохим. школы. - Семипалатинск. - 2005. - С. 130-132.
21. Фоновое содержание фтора в наземной части пшеницы на территории Барабинской равнины // Агрохимия. - 2006. - № 3. - С. 60-64.
22. Фтор и йод в растениях // Агрохимия. - 2006. - №10. - С. 85-93.
23. Йод в почвах катены на территории Барабинской равнины //Антропогенная динамика природной среды: Материалы Междунар. науч.-практ. конф.-Пермь, 2006. - С. 193-199.
24. О некоторых вопросах биогеохимии на юге Западной Сибири //Сиб. экол. журн. - 2007. - № 5. - С. 753-761 (соавторы В.Б. Ильин, А.И. Сысо, Ю.В. Ермолов).
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
