Биология

БИОГЕОХИМИЧЕСКИИ "ПОРТРЕТ" ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Горные породы, почвы, воды, растения, животные, человек - все это звенья биогеохимической цепи миграции химических элементов в биосфере, объединяющей в единое целое царства живой и неживой природы. И почвы здесь - центральное звено, средоточие разного рода связей между минеральными и биологическими мирами. Познать, как формируется их химический состав, накапливаются элементы, поступающие затем к растениям и воде, - важная научная и практическая задача. Ее решение позволит выяснить роль почв в поддержании природно обусловленного потока элементов в биосфере и противостоянии антропогенному воздействию на него.

Данными проблемами в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН занимается лаборатория биогеохимии почв. О проводящихся там работах рассказал ее заведующий кандидат биологических наук А. Сысо.

Изучение территории Западной Сибири показало, что это сложный в биогеохимическом отношении регион. Здесь есть обширные области с пониженным и повышенным естественным содержанием макро- и микроэлементов в объектах природной среды. На засушливом юге в лесостепной и степной зонах, на пониженных Барабинской, Кулундинской и Ишимской равнинах, где господствуют засоленные ландшафты, ранее была выделена область борного засоления. Теперь же, как показали исследования, здесь, кроме того, в пищевую цепь в избыточных количествах могут поступать стронций, фтор, йод и бром. А так как именно тут преимущественно расположены кормовые угодья, то это оборачивается рядом эндемических заболеваний скота. Местному же населению угрожает повышенное содержание бора и брома, приводящее к серьезным неприятностям в желудочно-кишечном тракте.

Совершенно иная картина наблюдается в таежной зоне Западной Сибири и районе Новосибирска. Там в почвах и водах очень мало подвижных фтора и йода, и, естественно, у людей и животных обнаружен их хронический дефицит, ведущий к поражениям эндокринной системы и зубов. Недостаток этих галогенов в питьевой воде особенно актуален для жителей крупных городов - Новосибирска, Барнаула и ряда других, где из-за осуществляемой к тому же жесткой химической очистки воды концентрация их снижается до критически низкого уровня: если в реке Оби содержание фтора и йода составляет соответственно 600 и 10 мкг/л, то в водопроводной воде оно не превышает 250 и 3-4 мкг/л.

Больше всего фосфора, мышьяка, цинка, меди, кобальта, молибдена, хрома, никеля выявлено в районах, тяготеющих к горному окаймлению Западно-Сибирской равнины, богатому различными рудопроявлениями. Здесь насыщенность почв столь токсичным элементом, как мышьяк, часто превышает установленные в России предельно допустимые концентрации. При этом большая часть его в грунте находится в труднорастворимой форме, а растениям доступно не более 1% от валового содержания элемента. Аналогичная ситуация, по-видимому, характерна и для цинка, меди, кобальта, хрома, никеля, и поэтому даже при повышенном составе их в почвах количество, поступающее в биогеохимическую цепь, часто оказывается недостаточным для нормального протекания процессов метаболизма в растениях, у животных и человека.

Исследования свидетельствуют: возникновение такой мышьяковой провинции и вероятное нахождение других подобных ей (например, молибденовой) может быть связано с ореолами рассеяния рудных минералов на юго-востоке Западной Сибири. Большую роль играют и почвообразовательные процессы, заметно изменяющие подвижность молибдена и ванадия, что приводит к избыточному их накоплению в растениях и водах, а также нарушению оптимального для животных и человека отношения с другими элементами.

На засушливом юге Западной Сибири, прежде всего в Кулунде, валовые запасы железа и марганца в почвах невелики, их подвижность из-за щелочной реакции среды мала. Вот почему растения, животные и человек могут испытывать резкий дефицит этих элементов. На территориях же с влажным климатом и почвами с кислой реакцией среды - речь преимущественно идет о таежной зоне Западной Сибири - напротив, наблюдается высокая подвижность железа и марганца в почвах и избыточное их поступление в организмы живых существ.

Все сказанное касается формирования природно обусловленного пула макро- и микроэлементов в пищевой цепи. Но в настоящее время антропогенное воздействие на окружающую среду привело к количественным и качественным изменениям миграции в биосфере химических веществ. В связи с этим нарушились соотношения между элементами, возросла доля токсикантов. Конечно, это отрицательно сказалось на растениях, животных и человеке. В результате в Западной Сибири отмечено ухудшение минеральной полноценности продукции земледелия, уменьшение продуктивности животных и способности их к воспроизводству. А среди населения Новосибирской области распространяются такие заболевания, как эндемический зоб, сахарный диабет, половое недоразвитие детей и подростков, анемия.

Выполненное сотрудниками лаборатории обследование территории Западной Сибири показало: антропогенное воздействие на природную среду в целом привело к негативному изменению содержания элементов в звеньях пищевой цепи. Вместе с тем локально наблюдается опасное загрязнение почв тяжелыми металлами и прочими вредными веществами. На пахотных землях, где ныне макро- и микроудобрения почти не применяют, в растениях усилился недостаток фосфора, серы, цинка, меди, кобальта, йода. К тому же на фоне этого дефицита отмечается нарастающий избыток других элементов. В некоторых районах засоление осушенных низинных болот и орошение черноземов минерализованными водами, химическая мелиорация солонцов фосфогипсом, загрязнение выбросами ТЭЦ привело к бурному поступлению в пищу бора, молибдена, фтора, брома, стронция, а также хрома и никеля. Правда, пока данный процесс не стал опасным и не получил широкого распространения.

На территориях промышленных центров, где обнаружены локальные очаги сильного техногенного заражения почв, степень нарушений состояния тех или иных объектов природной среды зависела от концентрации и химических свойств элементов-загрязнителей, способности почв инактивировать их, а также от биологических особенностей растений. Исследования, скажем, в Новосибирске открыли: мышьяк, цинк, медь, молибден, свинец поступают в городскую среду главным образом в малоподвижной форме, а большинство здешних почв обладают высокой буферной способностью по отношению к тяжелым металлам. Значит, переход загрязнителей из грунта в растения весьма ограничен, к тому же последние способны регулировать поток поглощаемых ими химических элементов. Яркий тому пример - данные об аккумуляции в растениях мышьяка: даже при его содержании, превышающем 40 мг на кг почвы (удвоенная предельно допустимая концентрация), накопление этого ядовитого элемента в растительной продукции соответствовало норме. То же самое касается и других элементов, за исключением кадмия, который способен поступать в растения в избыточном количестве даже тогда, когда уровень его валового содержания в почве не превышает нормы.

Итоги указанных исследований легли в основу биогеохимического районирования Новосибирской области, в дальнейшем оно будет проведено для всего юга Западной Сибири.

Материал подготовила Э. К. СОЛОМАТИНА