Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах:
Системная организация, экологическое значение, мониторинг. Изд. стереотип.

Оглавление

Введение

В настоящее время в почвоведении накоплено достаточно много сведений о содержании и соединениях в почвах основных типоморфных элементов, диагностирующих главный почвообразовательный процесс в почвенном профиле, элементов-биофилов, энергично переходящих из почв в состав растений, микроэлементов, необходимых для живых организмов в оптимальных количествах и вредных в избыточных. Нужна концепция об общих закономерностях образования в почвах соединений химических элементов. Теоретические обобщения направлены на изучение законов формирования химического состояния почв, их плодородия и защитных функций в экосистеме, на прогнозирование экологических последствий антропогенного воздействия на почвы и построение математических моделей процессов, протекающих в почвах. Они могут найти практическое применение как методологическая основа регулирования плодородия пахотных почв, улучшения нарушенных почв и почвенно-химического мониторинга.

Регулярные наблюдения при экологическом мониторинге предполагают накопление, обобщение, обработку и использование сведений об окружающей среде, и в том числе о почвах. Необъятность информации о состоянии экосистемы, сложность связей между составляющими ее компонентами требуют разработки научно-обоснованных методов систематизации данных, которые могут быть использованы для прогноза и регулирования уровня содержания химических элементов и их подвижности в почвах. Необходимо создание технических систем управления состоянием в почвах химических элементов, с недостатком или избытком которых связана возможность возникновения опасных экологических ситуаций. Эти системы в идеале должны быть аналогами тех информационных и управляющих систем, которые создала естественным путем сама Природа. Почва как сложная саморегулирующаяся система обладает в определенной мере способностью сопротивляться внешнему воздействию, поддерживать то равновесие ее составляющих, которое создалось в результате длительного взаимодействия почвенных компонентов между собой и с другими объектами биосферы, но эта способность не беспредельна.

Нередко практические мероприятия, направленные на устранение негативных почвенно-экологических явлений, представляют собой механическое объединение различных приемов. На определенном этапе их применения возможно достижение практических успехов. Но в целом этот подход ненадежен, т.к. он допускает высокую вероятность просчетов различного уровня, вплоть до экологических катастроф. Несовершенство такого подхода состоит чаще всего в том, что основанные на нем практические действия не учитывают взаимосвязь и постоянное взаимодействие всех природных компонентов. Изменение одного из звеньев влечет за собой изменение других звеньев, функционально связанных с первыми, и, следовательно, нарушение всей системы. Правильным представляется рассматривать и почву как интегральный, а не аддитивный результат взаимодействия ее составных частей. В то же время невозможно организовать в целях экологического мониторинга эффективные наблюдения за состоянием почв без анализа взаимосвязи их со всеми звеньями экосистемы. Выбрать чувствительные к антропогенному воздействию показатели и объекты можно, лишь поняв функциональную связь почвенных компонентов между собой и с другими природными средами, т.е. рассматривая почву как природную систему.

Составляющие почвы исследуются почвоведами с помощью различных методов. Выделение в науке о почве отдельных разделов обусловлено, прежде всего, спецификой методов исследования. Особого внимания заслуживают методы исследования процессов образования и перераспределения в почвах химических веществ. Целесообразно изучение соединений химических элементов в почвах с системных позиций.

Проблема в целом безгранична. В настоящей работе сделана попытка на примере соединений микроэлементов выявить как некоторые общие закономерности образования и трансформации соединений химических элементов в почвах, так и специфические процессы, характерные для отдельных микроэлементов. Уделено также внимание использованию результатов анализа соединений микроэлементов для разработки теории и методологии почвенно-химического мониторинга, так как идеология экологического мониторинга опирается на системные представления о природных объектах.

Изучение микроэлементов в почвах имеет длительную историю. Появление сведений о микроэлементах в природных средах относится к концу 19-го–началу 20-го века. В 1872 году К.А.Тимирязев впервые доказал необходимость цинка для высших растений, в 1897 году французский ученый Г.Бертран определил микроэлементы как химические элементы, которые необходимы для живых организмов и присутствуют в природных средах в микроколичествах. Возможно, в то время такая формулировка была дана интуитивно, но она в полной мере соответствует сегодняшним представлениям о микроэлементах. К середине текущего столетия биохимиками и физиологами были получены экспериментальные доказательства участия микроэлементов в важнейших ферментативных и обменных процессах в живых организмах, в том числе и человека (Школьник, 1950; Авцын, Жаворонков, Риш и др., 1991). Исследования в области геохимии и почвоведения (Вернадский, 1936; Виноградов, 1952, 1960, 1962; Добровольский, 1957, 1983, 1988; Ковда, Якушевская, Тюрюканов, 1959; Глазовская, 1957, 1960, 1962; Троицкий, 1960; Зырин, Белицина, Брысова, 1961; Зырин, 1968; Веригина и др., 1964; Ковальский и др., 1973, 1974) выявили географические закономерности и региональные особенности изменения содержания микроэлементов в горных породах, почвах, растениях. Результаты выполненных работ эффективно использовались в практике поиска рудных месторождений, при оценке обеспеченности почв микроэлементами и обосновании необходимости применения микроудобрений. Последние десятилетия характеризуются возрастанием внимания к микроэлементам в связи с техногенным загрязнением почв. К настоящему времени в учении о микроэлементах почв разработан ряд парадигм, к числу которых относятся следующие: 1) в природных условиях первичным источником почти всех микроэлементов почвы являются минералы исходных пород; 2) на микроэлементное состояние гумусированных горизонтов почв наряду с литогенными сильное влияние оказывают биогенные факторы; 3) в техногенных условиях ведущим фактором формирования микроэлементного состояния почв является техногенный; 4) миграция микроэлементов по почвенному профилю и в ландшафте ведет к дифференциации почвенного профиля в отношении микроэлементов; 5) микроэлементы почвы входят в составе различных соединений; 6) с подвижными соединениями микроэлементов связано влияние почв на сопредельные среды.

Настоящее время представляет собой этап перехода к разработке новых теоретических положений в учении о микроэлементах. Накопленные экспериментальные данные и теоретические обобщения дают основание сформулировать один из современных теоретических выводов так: соединения микроэлементов в почвах (как и соединения других химических элементов) и процессы их формирования имеют системную организацию. Настоящая работа не претендует на окончательное изложение этой концепции. Во многих случаях имеющиеся данные и уровень понимания проблемы ставят больше вопросов, чем дают ответов.

В монографии обобщены экспериментальные данные о микроэлементом состоянии почв природных и в меньшей степени антропогенных ландшафтов Московской, Вятской, Мурманской областей, Сихотэ-Алинского (Приморский край), Центрального лесного (Тверская область), Кандалакшского (Мурманская область), Тебердинского (Ставропольский край) заповедников, почв Северной Осетии, котловины Убсу-Нур (Тува), Западной Грузии, а также литературные сведения о микроэлементах в различных почвах. Предметом исследования являются микроэлементы (Cu, Zn, Mn, B, Pb, Cd, As, Hg) и их соединения в почвах, механизмы образования, взаимодействия и организации в природную систему, структура и функционирование этой системы. Наибольшее внимание уделено закономерностям формирования, функционирования и устойчивости системы соединений микроэлементов на вещественно-фазовом уровне. Перераспределение вещества в почвенной системе под влиянием процессов более высоких уровней организации рассмотрено менее детально.

Об авторе

Доктор биологических наук, профессор факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова, заслуженный профессор МГУ. Окончила биолого-почвенный факультет МГУ в 1962 г.; кандидатскую диссертацию защитила в 1973 г., докторскую — в 1992 г. Область научных интересов: исследование системной организации соединений химических элементов в почвах; буферность почв по отношению к загрязняющим веществам; теория и методология почвенно-химического мониторинга фоновых и антропогенно нарушенных почв; методы ранней диагностики загрязнения почв; сорбционная способность почв в отношении микроэлементов, механизмы взаимодействия микроэлементов; миграционная способность металлов; влияние загрязнения тяжелыми металлами на химические свойства почв. Является членом Центрального совета Докучаевского общества почвоведов, председателем комиссии по химии почв, членом специализированного совета по защите диссертаций на факультете почвоведения МГУ, членом Международного общества по биохимии микроэлементов, Международного общества охраны почвенных и водных ресурсов и Международной рабочей группы по загрязненным землям. Читает курсы лекций "Химическое загрязнение и его экологические последствия", "Экологический мониторинг", "Почвенно-химический экологический мониторинг", "Устойчивость почв к загрязнению". Подготовила 9 кандидатов наук.

Г. В. Мотузова — автор более 200 научных публикаций, в том числе 6 монографий, две из которых выпущены на английском языке в издательстве "Nova Publishers" (США), 12 учебников и учебных пособий. В числе ее работ: "Принципы и методы почвенно-химического мониторинга" (1988), "Химические основы буферности почв" (1991, в соавт.), "Химическое загрязнение почв и их охрана: Словарь-справочник" (1991, в соавт.), "Загрязнение почв и сопредельных сред" (2000), "Устойчивость почв к химическому воздействию" (2000), "Экологический мониторинг почв" (2008, в соавт.). Является лауреатом премий Госкомобразования СССР за работы "Современные методы исследования почв" (1985) и "Тяжелые металлы в окружающей среде" (1988). Награждена почетной грамотой "За заслуги в развитии Московского университета и в связи с 225-летием его основания" и юбилейным нагрудным знаком "250 лет МГУ им. М. В. Ломоносова".