Содержание валового мышьяка в почвах Предкамья Республики Татарстан

Введение. В условиях усиливающейся антропогенной нагрузки высок риск загрязнения почвы токсичными элементами, такими как кадмий, свинец, мышьяк, ртуть, хром и т.д. Передаваясь по пищевой цепочке, эти элементы наносят серьезный вред здоровью человека и животных, вызывая тяжелые заболевания кожных покровов и внутренних органов [1]. Среди них мышьяк является одним из наиболее опасных элементов. Его содержание в почвах и влияние на свойства почв активно изучаются во многих странах [2–4]. Контроль за уровнем его концентрации в почвах, воде и биоте является одной из приоритетных задач биогеохимического мониторинга. Обследование территории республики на содержание тяжелых металлов проводится регулярно [5], однако о содержании валового мышьяка имеются лишь ограниченные сведения.

Цель работы. Исследовать содержание валового мышьяка в почвах Предкамья Республики Татарстан.

Задачи исследования: провести обследование почвенного покрова и внутрипрофильного распределения мышьяка в основных типах почв Предкамья Республики Татарстан; установить взаимосвязи между содержанием элемента и некоторыми физико-химическими свойствами почв.

Материалы и методы исследования. Обследованы почвы агропочвенного района Пред- камья Республики Татарстан, где неоднородность факторов почвообразования сформировала разнообразный почвенный покров. Образцы гумусового горизонта основных типов зональных (дерново-подзолистые, серые лесные) и азональных почв (дерново-карбонатные, аллювиальные) отбирали в Арском, Атнинском, Балтасинском, Высокогорском, Кукморском, Пе-стречинском, Тюлячинском районах Республики Татарстан.

Отбор проб почв для анализа проводили в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 17.4.4.02-84 и ГОСТ 28168-89. В образцах определяли гранулометрический состав по ГОСТ 12536-79, рН водной вытяжки по ГОСТ 2642385, содержание гумуса по ГОСТ 26213-91 и валовую форму металлов по РД 52.18.191-89.

Определение мышьяка проводили с помощью метода электротермической атомноабсорбционной спектрометрии с двухстадийной зондовой атомизацией, который позволяет проводить анализ содержания элементов в почвах, приготовленных в виде суспензий [6, 7].

Математическая обработка результатов выполнена в программе Statistica, корреляционный анализ – по Спирмену, значимость различий между вариантами – с помощью теста ANOVA при p<0,05. Нормальность распределения оценивалась по критерию Шапиро–Уилка (p<0,05).

Результаты и их обсуждение. Количество мышьяка в исследованных образцах колеблется в диапазоне от 1,8 до 9,5 мг/кг, что сравнимо с содержанием в почвах Русской равнины [8] и не превышает ОДК [9]. Совокупность данных по анализу элемента имело нормальное распределение (p=0,106>0,05) по критерию Шапиро– Уилка.

В гумусовом горизонте серых лесных почв мышьяк содержится в диапазоне от 2,4 до 7,3 мг/кг, в дерново-карбонатных – от 4,2 до 6,8 мг/кг, в аллювиальных от 4,2 до 6,5 мг/кг, в дерново-подзолистых почвах – от 1,8 до 9,5 мг/кг (табл. 1). Дисперсионный анализ показал, что значимых различий между содержанием мышьяка в разных типах почв не обнаружено (p=0,68).

Таблица 1

Почвы          Объем выборки, n   M    Med    Min    Max    S	E
Серые лесные                    15          4,92   4,70    2,47    7,31    1,31	0,33
Дерново-подзолистые             9          4,75   4,51    1,80    9,49   2,47	0,87
Дерново-карбонатные             8          5,46   5,65    4,27    6,84   0,84	0,30
Аллювиальные                   9          5,38   5,51    4,27    6,55   0,84	0,28
Естественные                     22          4,80   4,65    1,80     9,5    1,71	0,37
Пахотные                         19          5,43    5,70    4,18    7,31   0,96	0,22
Все образцы                      41           5,09    5,51    1,80     9,5    1,44	0,22

Содержание мышьяка в почвах Предкамья Республики Татарстан

Исследуемые почвы подразделяются по гра- глинистые (n=10). Содержание мышьяка в поч-нулометрическому составу (ГМС) на четыре вах различного ГМС (за исключением легкогли-группы: легкосуглинистые (n=7), среднесуглини- нистых почв) достоверно отличается друг от стые (n=13), тяжелосуглинистые (n=11) и легко- друга (рис. 1).

Ле гко суглинистые            |     1

Ср ед не суглинистые              н + —।

Тяжелосуглинистые                       |_. _|

Ле гко глинистые                         н _

0        2        4        6        8

As, мг/кг

Рис. 1. Содержание мышьяка в почвах различного гранулометрического состава

В незатронутых сельскохозяйственной дея- отличается от содержания элемента в пахотных тельностью почвах (n=22) среднее содержание почвах (n=19) – 5,4 мг/кг (рис. 2).

мышьяка составляет 4,8 мг/кг и достоверно не

Естественные |_______ .   ___|.

Пахотные                     |-    . 1

0        2        4       6        810

As, мг/кг

Рис. 2. Содержание мышьяка в пахотных и естественных почвах

В таблице 2 представлены коэффициенты корреляции между содержанием мышьяка и физико-химическими свойствами почв. Сильная корреляционная связь наблюдается между содержанием элемента и значениями рН в дерново-подзолистых почвах (r=0,86). Вероятно, в почвах данного подтипа в условиях кислой ре- акции среды может происходить кислотный гидролиз первичных и вторичных минералов, мобилизация полуторных оксидов [10] и, как следствие, миграция связанного с ними мышьяка, что приводит к выносу элемента из верхней части профиля.

Таблица 2

Почвы	Fe	Mn	Гумус	рН	Физ, глина	Ил
Серые лесные	0,40	0,22	0,17	0,39	0,72 *	0,69 *
Дерново-подзолистые	0,31	0,40	-0,62	0,86 *	0,45	0,28
Аллювиальные	-0,01	-0,61	0,12	0,22	0,75 *	0,91 *
Дерново-карбонатные	0,05	-0,72	-0,26	-0,05	-0,05	0,16
Естественные	0,15	-0,17	0,07	0,64 *	0,67 *	0,48 *
Пахотные	-0,33	-0,38	0,02	0,22	0,32	0,10

– данные достоверны при p = 0,95.

Коэффициенты корреляции между содержанием мышьяка и физико-химическими свойствами почвы

В серых лесных почвах обнаружена положи-

Поведение мышьяка в профиле серых лес- тельная корреляция между содержанием элемента и физической глины (r=0,72). Также мышьяк коррелирует с содержанием илистой фракции (r=0,69). Данная зависимость показывает, что большая часть мышьяка здесь находится в составе тонкодисперсных фракций. Тесная связь между содержанием мышьяка и физической глиной и ила обнаружена и для аллювиальных почв (r=0,75 и 0,91 соответственно). Следовательно, мышьяк в составе тонкодисперсных частиц мог вымываться из коренных пород и переотлагаться в аллювиальных почвах в процессе почвообразования [2].

В почвах, не затронутых сельскохозяйственной деятельностью, мышьяк имеет положительную связь со значениями рН (r=0,61), содержанием физической глины (r=0,67) и ила (r=0,48), а в пахотных почвах связей не обнаружено.

По профилю почвы распределение мышьяка имеет корреляционные связи с содержанием тонкодисперсных фракций в профилях серых лесных (r=0,64), аллювиальных (r=0,74) и дерново-подзолистых почв (r=0,98).

ных и дерново-подзолистых почв носит элювиально-иллювиальный характер. Кривые распределения мышьяка имеют два максимума (рис. 3, а и в). Первый – в верхнем горизонте А1, второй максимум характерен для иллювиальных горизонтов. Такое поведение элемента характерно для почв подзолистого ряда [2, 10].

Проявление данной закономерности уменьшается в ряду от серых к темно-серым почвам, что становится заметным по постепенному сглаживанию линий на графиках распределения элемента в профиле почв (рис. 3, б).

В профиле аллювиальных почв распределения мышьяка имеют достаточно равномерный характер. За редким исключением, в дерновом горизонте большинства аллювиальных почв содержание мышьяка все же несколько выше, чем в нижележащих слоях. Это может быть связано с тем, что обильная растительность с развитой корневой системой способствует биогенному закреплению элемента в верхнем горизонте почв [2].

Рис. 3. Кривые распределения мышьяка в почвах; а – серая лесная на элювии пестроцветных пород; б – темно-серая лесная на делювиальных отложениях; в – дерново-среднеподзолистая на делювиальных суглинках; г – аллювиальная дерновая почва

Выводы. В почвах Предкамья Республики Татарстан валовое содержание мышьяка в зависимости от типа почвы и распределения по профилю варьирует от 1,8 до 9,5 мг/кг и не превышает российские ОДК. Таким образом, данные почвы не являются опасными по содержанию элемента для сельскохозяйственного использования.

По данным корреляционного и дисперсионного анализов, как в верхних горизонтах, так и в профиле исследуемых почв валовое содержание мышьяка тесно связано с гранулометрическим составом. Наименьшее содержание элемента наблюдается в наиболее легких почвах региона – легкосуглинистых. Наиболее сильные корреляционные связи между концентрацией элемента и содержанием тонкодисперсных фракций обнаружены в серых лесных, аллювиальных и дерново-подзолистых почвах.