WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |

Галогены в природных объектах юга западной сибири

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Конарбаева Галина Акмуллдиновна

Галогены в природных объектах юга Западной Сибири

03.00.27 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Новосибирск - 2008

Работа выполнена в лаборатории биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Курачев Владимир Михайлович

доктор биологических наук, профессор Пузанов Александр Васильевич

доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник Мукина Любовь Романовна

Ведущая организация: Воронежский государственный университет

Защита состоится 20 ноября в 10 час. на заседании диссертационного совета

Д 003.013.01 при Институте почвоведения и агрохимии СО РАН по адресу: 630099, Новосибирск, ул. Советская, 18, Институт почвоведения и агрохимии СО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Автореферат разослан « ___ » _________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук Якименко В.Н.

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.

Защищаемые положения.

  1. Уровень содержания и закономерности внутрипрофильного распределения

галогенов в почвах юга Западной Сибири определяются главным образом содер-

жанием гумуса, физико-химическими свойствами и водным режимом почв, а также химическими свойствами галогенов.

2. Взаимодействие галогенов с компонентами почвы (органическое вещество, минеральная часть) осуществляется путем сорбции, окклюзии, изоморфного замещения, диффузии, а также по реакциям галоидирования, комплексообразования и обмена, в результате которых образуются как летучие, так и труднорастворимые соединения.

3. Выявлена значительная пестрота концентраций галогенов в природных объектах юга Западной Сибири и выделены экологически неблагополучные территории.

Научная и практическая значимость работы. Полученные данные о галогенах могут быть использованы в различных целях: для более полной характеристики элементного состава природных объектов юга Западной Сибири, для биогеохимического районирования территории, для осуществления фонового геохимического мониторинга, выполнения профилактических мероприятий в медицине и ветеринарии.



Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), международных конференциях (Томск,1999; Улан-Удэ,1999; Семипалатинск, 2002), III Российской биогеохимической школе (Горно-Алтайск, 2000), V Международной биогеохимической школе (Семипалатинск, 2005), научно-практических конференциях (Омск, 1989; Новосибирск, 1990; Тюмень, 2005), Сибирском агрохимическом семинаре (2003, 2005).

Личный вклад. Автором осуществлялась постановка проблемы и методическая разработка путей её решения, выполнена основная часть лабораторных анализов, обработка, обобщение и публикация результатов.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 43 работы, в т.ч. монография и 17 статей в рецензируемых журналах, получены 2 авторских свидетельства.

Структура и объём работы. Диссертация представляет собой рукопись объемом 358 страниц, состоит из введения, 7 глав и выводов, а также 41 таблицы и 36 рисунков. В списке литературы 375 отечественных и зарубежных источников.

Автор выражает искреннюю и глубокую признательность профессору В. Б. Ильину за консультативную помощь, заведующему лабораторией биогеохимии почв ИПА СО РАН д.б.н. А. И. Сысо за внимание к работе, использование его почвенной коллекции, заведующему лабораторией географии и генезиса почв ИПА СО РАН к.б.н. Б. А. Смоленцеву за ценные замечания.

Глава 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ВОПРОСА

Галогены давно привлекали внимание исследователей. В период 1845-1862 гг. появились первые сообщения о присутствии фтора в растениях, положительном влиянии хлора на них, существовании зависимости между содержанием йода в окружающей среде и распространением и напряженностью эндемической зобной болезни. По мере расширения и углубления знаний о природе этих элементов была выявлена их физиологическая роль и обоснована необходимость изучения в природных объектах.

Первые сведения о галогенах на территории юга Западной Сибири, полученные профессором А. З. Ламбиным, относятся к 30-м годам прошлого века. Позднее бы-

были единичные исследования йода в почвах и растениях [Коровин, 1966; Аникина, 1975], фтора – в водах [Жданова и др., 1971], в солонцах, мелиорируемых фосфогипсом [Семендяева и др.,1979,1987; Березин, 1987]. Имеются данные по фтору в почвах и водах Обь-Иртышского междуречья [Ермолов, 2002]. Как было отмечено выше, подробней изучена водорастворимая форма хлора. В целом, изученность этих элементов слабая.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования послужили почвы и почвообразующие породы юга Западной Сибири в пределах Васюганской равнины, Барабинской низменности, Кулундинской, Ишим-Иртышской, Присалаирской равнин и Приобского плато.

Определение валового содержания и форм галогенов в почвах проведено в 38 полнопрофильных разрезах. Для экологической оценки изученной территории проанализировано более 120 образцов природных вод и примерно столько же растительных образцов. Антропогенное воздействие фтора на среду изучалось на примере мелиорации солонцов фосфогипсом.

Анализ каждого галогена требует предварительного выделения перед его определением, что делает их анализ сложным в методическом плане. Валовое содержание фтора в почве определяли спектрофотометрическим методом с ализаринкомплексоном [Миллер и др.,1971], подвижную форму – также с ализаринкомплексоном, легкорастворимую – потенциометрически по авторским методикам [Конарбаева и др., 1987; Конарбаева,1988]. Водорастворимую форму фтора в почвах и его концентрацию в природных водах – потенциометрически с использованием фторидселективного электрода; т.н. минеральные формы фторидов – фракционным методом по Чангу-Джексону, исключив вытяжку NH4F; фтор в растениях– колориметрическим методом с ализаринкомплексоном после сухого озоления и сплавления золы с Na2CO3; хлор – методами Мора и Фольгарда [Крешков, 1971; Уильямс, 1982] после проведения всех предварительных операций; бром – комбинацией двух методик: Каменева [1965] и Винклера [Полянский, 1980]; йод во всех образцах анализировали по Проскуряковой [1974–1976].

Реакцию среды почв и вод измеряли потенциометрически, содержание карбонатов в почве – по методу Голубева, гумуса – по методу Тюрина в модификации Никитина, гранулометрический состав почв – пирофосфатным, электропроводность – кондуктометрическим методами. Для выделения форм галогенов из почвы использовали солевые и водную вытяжки. Математическая обработка данных проведена по Доспехову [1985].

Глава 3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЛОГЕНОВ

С позиций заявленной цели интерес представляют физико-химические свойства галогенов, стимулирующие их участие в процессах миграции и аккумуляции в почвах. Фтор, хлор, бром и йод (ионные радиусы соответственно 1,33;1,81;1,96; 2,20) обладают высокой химической активностью, при этом F–самый реакционноспособный среди них. Активность Br и I ниже, чем Cl (Br уступает немного, I - уже значительно). Фтор в соединениях всегда одновалентен, остальные наиболее устойчивы в своих крайних валентностях, т.е. когда они отрицательно одно- или положительно семивалентны (бром пятивалентен). Йод устойчив и в пятивалентном состоянии, в котором он может находиться в щелочных почвах [Перельман,1979].





Подвижность анионов галогенов, или скорость миграции, снижается согласно ряду: Br> I> Cl> F[Чанг,1980], IO4> IO3при 25 °С [Лурье,1979]. Так как подвижность ионов с повышением концентрации растворов уменьшается, это может влиять на скорость перемещения галогенов в почвенных растворах.

Окислительная активность галогенов изменяется согласно ряду: F > Cl > Br > I [Полинг и др.,1978], что в совокупности с реакцией почвенной среды играет роль

в процессах распределения галогенов по профилю почв.

F в сравнении с Cl, Br, Iобладает большей склонностью к образованию комплексных соединений, устойчивость которых понижается в ряду F >Cl >Br >I.

Сходство ионных радиусов F и OH(1,33) и близость радиусов F с O2 (1,32-1,40) способствуют обмену, а также их изоморфному замещению в кристаллических решетках апатита, слюд и других минералов. Возможен обмен между Cl и Br также из-за близости их ионных радиусов. Таким образом, упомянутые свойства галогенов оказывают влияние на их судьбу в объектах окружающей среды.

Биологическая необходимость галогенов для нормального функционирования живых организмов (за исключением Br) установлена давно. При дефиците фтора в организме снижается устойчивость зубной эмали, что приводит к разрушению зубов (кариес), а избыток – к эндемическому флюорозу, поражению зубов и скелета, остеопорозу [Габович и др.,1979; Авцын и др.,1991]. Хлор определяет солевой состав живых организмов, регулирует осмотическое давление, участвует в азотном обмене, окислительных процессах и в реакциях фотосинтеза [Гинецинский,1963; Перельман,1972, 1979; Школьник,1974]. Влияние брома на живые организмы еще строго не доказано, но известно, что в комплексе с бором он оказывает негативное воздействие на работу желудочно-кишечного тракта [Семенов и др., 1994], при потреблении его повышенных количеств возможны ринит, бронхит, энтерит [Авцын и др., 1991]. Йод входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы, регулирующего скорость обмена веществ в живых организмах. Его дефицит вызывает эндемический зоб, сахарный диабет и нарушения в процессах обмена минеральных веществ [Ковальский,1972], избыток – йододерму [Авцын и др., 1991]. Йодная недостаточность у животных проявляется в снижении уровня надоев молока [Жданова и др.,1971], в замедлении их роста и развития, ухудшении воспроизводства [Мальгин,1988], а избыток – в снижении уровня гемоглобина в крови, нарушении функционирования печени [Кальницкий,1985].

По степени токсичности в порядке убывания неорганические соединения галогенов образуют ряд:... хлориды > бромиды >…йодиды >…фториды…[Башкин и др., 1993], коррелирующий с их растворимостью в биологических субстратах [Ершов и др.,1989] и строго соответствующий их коэффициенту биологического поглощения (КБП).

По аналогии с другими элементами значение имеет не просто присутствие галогенов в объектах окружающей среды, а их концентрации, лежащие в основе двойственного характера их биологической роли – положительной или отрицательной, что требует введения биогеохимических и санитарно-гигиенических нормативов на их содержание.

Таким образом, анализ литературы показал важную роль F, Cl, Br, I в жизни живых организмов, что обусловливает необходимость детального их изучения в природных объектах. Наши исследования призваны устранить пробел в знаниях о галогенах на юге Западной Сибири и получить научную информацию, актуальную с точки зрения биогеохимии и экологии.

Глава 4. ГАЛОГЕНЫ В ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОДАХ И ПОЧВАХ

ФТОР

Почвообразующие породы юга Западной Сибири различаются по минералоги-

ческому и гранулометрическому составам, содержанию водорастворимых солей и

карбонатов [Агрофиз. характ. почв…, 1976], что предполагает неодинаковую их

насыщенность и галогенами. На Васюганской и на севере Барабинской равнины преобладают выщелоченные от солей и карбонатов тяжелосуглинистые и глинистые породы. По мере продвижения на юг породы становятся более легкими, в них возрастает содержание солей и карбонатов. На территориях с гривным рельефом (Бараба и север Кулунды) наблюдается значительное различие в почвообразующих породах на гривах и межгривных понижениях. На гривах в Барабе они представлены лессовидными суглинками тяжелого и среднего гранулометрического состава, а на севере Кулунды доминируют легкие карбонатные суглинки. В межгривных и приозерных понижениях этих равнин – засоленные тяжелые суглинки и глины. Породы Приобской равнины – лессовидные карбонатные суглинки, чаще всего среднесуглинистые, а Присалаирской – лессовидные суглинки и супеси, практически незасоленные. Глинистые и тяжелосуглинистые породы, нередко обогащенные легкорастворимыми солями и карбонатами, преобладают на Ишим-Иртышской равнине, [Градобоев, 1960].

Минералогический состав пород (высокое содержание трехслойных минералов - монтмориллонита и гидрослюд) допускает внедрение в межпакетное пространство ионов галогенов и их сорбцию, а входящие в состав ряда минералов гидроксильные группы способны обмениваться на F.

Фтор относится к числу распространенных в природе элементов: встречаются 134 его минерала. Насыщенность фтором почвообразующих пород в сравнении с почвами более значительна: в глинистых породах – 700, в карбонатных– 330, в песчаниках – 270 мг/кг [Беус и др.,1976; Turekian et al.,1961], при среднем содержании 500 мг/кг. В почвах оно примерно в 2 раза ниже [Виноградов, 1957]. Наибольшее количество F –1200 мг/кг – найдено в щелочных по pH породах.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.