СЕЛЕН В ПОЧВАХ СТЕПНЫХ ЭКОСИСТЕМ ДНЕСТРОВСКО-ПРУТСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

SELENIUM IN SOILS OF STEPPE ECOSYSTEMS OF DNIESTER-PRUT INTERFLUVE

М.В. Капитальчук¹, Н.А. Голубкина², И.П. Капитальчук¹

M.V. Kapitalchuk¹, N.A. Golubkina², I.P. Kapitalchuk¹

¹Приднестровский государственный университет им. Т.Г. Шевченко

(Молдова, Тирасполь, e-mail: kapitalim@mail.ru)

¹Transdniestrian State University of T.G. Shevchenko

(Moldova, Tiraspol, e-mail: kapitalim@mail.ru)

²Институт питания РАМН

(Россия, Москва, e-mail: segolubkina@rambler.ru)

²Institute of Nutrition Russian Academy of medical sciences

(Moscow, Russia, e-mail: segolubkina@rambler.ru)

В результате натурных исследований установлено, что содержание селена в степных почвах на территории Днестровско-Прутского междуречья варьирует в диапазоне 100–554 мкг/кг, а его среднее содержание составляет 244±65 мкг/кг. Максимальная средняя концентрация селена 290±97 мкг/кг наблюдается в типичных черноземах Бельцкой степи. В лесостепной области в почвах луговых степей содержание селена в среднем составляет 245±63 мкг/кг, а в условиях более сухого климата Буджакской степи – 236±60 мкг/кг. Содержание селена в степных почвах исследуемой территории в основном является оптимальным, лишь в отдельных почвенных ареалах отмечается дефицит микроэлемента.

As a result, field studies found that the selenium content in soils of the steppe in the Dniester-Prut interfluve varies in the range of 100-554 mkg / kg, and its average content was 244 ± 65 mkg / kg. The maximum average concentration of selenium is 290 ± 97 mkg / kg observed in typical chernozems of Balti steppe. In the forest-steppe region in the meadow steppe soils selenium content in an average of 245 ± 63 mkg / kg, and in a dry steppe climate Bugeac - 236 ± 60 mkg / kg. The content of selenium in the steppe soils in the study area generally is optimal only in certain ranges of soil micronutrient deficiencies noted.

Известно, что особенности миграции биогенных элементов в экосистемах, включая агроэкосистемы,  могут существенным образом влиять на здоровье человека. В ряду эссенциальных микроэлементов важная роль отводится селену, прежде всего, благодаря его значению в защите организма от оксидантного стресса. Недостаток потребления селена обусловливает высокую восприимчивость к инфекциям, повышает риск развития катаракты, болезней сердца, развития бесплодия у мужчин, заболеваниями многими формами рака [1].

Геохимическая неоднородность распределения селена и факторов, влияющих на его миграцию в компонентах экосистем, вызывают необходимость его мониторинга в объектах окружающей среды. При этом особую значимость имеют данные о содержании микроэлемента в почве, являющейся базовым звеном в его биологическом круговороте. Аридный климат степей, высокие значения pH, хорошая аэрация почв в целом создают благоприятные условия для усваивания селена растениями [1]. В то же время количество микроэлемента в почвах разных регионов может значительно варьировать в зависимости от его содержания в почвообразующих породах, а также за счет выноса за пределы экосистем его водорастворимых форм поверхностным и внутригрунтовым стоками и с урожаем сельскохозяйственных культур. Биодоступность селена почвы может быть затруднена в связи с присутствием значительного количества элементов-антагонистов.

Долгое время в Молдавии исследования по селену носили отрывочный характер. В последние годы было проведено его системное изучение в экосистемах долины Днестра, результаты которого обобщены в работе [2,4,10]. Однако территория Днестровско-Прутского междуречья Молдавии по-прежнему оставалась «белым пятном» в аспекте изученности селена.  С целью устранения этого пробела авторами в ходе полевых исследований были собраны и проанализированы образцы различных типов почв на данной территории. В настоящей работе представлены результаты исследования по содержанию селена в почвах степных экосистем Днестровско-Прутского междуречья.

Методика отбора проб и анализа. Образцы почв были собраны летом 2010 г. в ходе полевых экспедиций в пределах крупных ареалов распространения типов и подтипов почв Днестровско-Прутского междуречья. Ареалы почв выбирались с помощью Почвенной карты масштаба 1:200000. Образцы почв собирались профильно-гнездовым методом в пределах микро- и мезорельефа местности (на водоразделах, склонах, террасах, поймах). Содержание селена в почвенных образцах определялось микрофлуорометрическим методом [3] в Институте питания РАМН. Дополнительно использовались также данные о содержании микроэлемента в почвах долины Днестра, полученные ранее [2, 4]. В настоящей работе приводятся данные только для почвенного слоя 0–20 см.

Методика идентификации степных экосистем. В прошлом степная растительность в Молдавии располагалась преимущественно на двух равнинах – Бельцкой увалистой (Бельцкая степь) и Южно-Молдавской волнистой (Буджакская степь), разобщенных лесистой Центрально-Молдавской возвышенностью (Кодрами). При этом для Бельцкой степи, обладающей более благоприятными условиями увлажнения, характерны богаторазнотравные типчаково-ковыльные ассоциации, а в условиях более засушливого климата Буджакской степи – бедноразнотравные типчаково-ковыльные сообщества [5]. Хотя на территории Молдавии луговые степи, в их классическом виде, отсутствуют [5], некоторые исследователи, например, А.Ф. Урсу [6], выделяют лугово-степные экосистемы в лесостепных областях ее северной части и в пределах Тигечской возвышенности на юге.

В настоящее время вследствие хозяйственного освоения на территории Днестровско-Прутского междуречья степи, как тип растительности, почти исчезли из растительного покрова. Поэтому при проведении данного исследования  мы вынуждены были прибегнуть к косвенной идентификации бывших степных экосистем, располагавшихся ранее на месте нынешних сельскохозяйственных угодий. В качестве определяющего признака были приняты подтипы чернозема. В результате такого подхода, руководствуясь известной взаимосвязью типов растительности и почв [6, 7], типы степных экосистем были условно соотнесены со следующими ареалами различных подтипов почв: 1) лугово-степные на выщелоченных и оподзоленных черноземах, 2) богаторазнотравные типчаково-ковыльные на типичных черноземах, бедноразнотравные типчаково-ковыльные на обыкновенных, карбонатных и южных черноземах.

Результаты и их обсуждение. Данные по содержанию общего селена в почвах степных экосистем Днестровско-Прутского междуречья представлены в таблице 1. Прежде, чем перейти к обсуждению полученных результатов, отметим, что были установлены [8]  следующие пороговые значения концентрации селена в почве: менее 125 мкг/кг – область селенодефицита; 125-175 мкг/кг – маргинальная недостаточность; 175-3000 мкг/кг – область оптимума; более 3000 мкг/кг – область избытка микроэлемента.

Таблица 1

Содержание общего селена в почвах степных экосистем Днестровско-Прутского междуречья

Сопоставляя данные, представленные в таблице 1, с указанными выше критериями, можно констатировать, что в исследованных ареалах почв для лугово-степных и богаторазнотравных типчаково-ковыльных экосистем содержание селена в пределах всего интервала наблюдаемых значений соответствует оптимальной области. В то же время количество микроэлемента в почве бедноразнотравных типчаково-ковыльных степей изменяется от селенодефицитных до оптимальных значений, с нахождением среднего значения в оптимальной области. В среднем повышенным валовым содержанием селена отличаются богаторазнотравные экосистемы на типичных черноземах.

Ареал с дефицитом селена выявлен для карбонатного чернозема (100 мкг/кг). Маргинальная недостаточность микроэлемента отмечалась в образцах обыкновенного (150 мкг/кг) чернозема. Отметим, что в исследованных почвенных образцах не зафиксировано ни одного случая с избытком микроэлемента. Вместе с тем в одном из ареалов обыкновенного чернозема, расположенного на надпойменной террасе Днестра, ранее был обнаружен максимум концентрации селена, равный 1933 мкг/кг [4]. Эти пробы мы исключили из статистических расчетов, так как очаг с повышенным содержанием селена был локальным и имел техногенное происхождение.

Как указывалось выше, концентрация микроэлемента в почвах различных генетических типов зависит от состава почвообразующих пород, окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий почв. В почвообразующих породах Молдавии содержание селена изменяется в следующих пределах [9, с.23]: элювий третичных песков – 50-80 мкг/кг, известняки – 30-100 мкг/кг, коренные третичные глины – 400-600 мкг/кг. На рассматриваемой территории преобладают суглинистые почвы разного механического состава. Отсюда следует, что количество селена в верхнем слое почвы в среднем меньше его содержания в почвообразующих суглинках и глинах. В то же время в почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией селен должен быть достаточно подвижным и легко перераспределяться по вертикальному профилю. Действительно, ранее нами было установлено, что на террасах реки Днестр в распределении селена по вертикальному профилю почв отмечаются следующие особенности [10]: 1) пониженное содержание селена в верхнем 20-сантиметровом слое почвы; 2) достижение максимума концентрации микроэлемента на глубине 40–70 см; 3) уменьшение содержания селена в почве при переходе к материнской породе.

Определенный интерес представляет характер распределения концентрации селена в почвах разных экосистем внутри наблюдаемого диапазона значений. Соответствующие распределения отображены на рисунке 1, из которого следует, что  все представленные на нем кривые имеют крутую левую ветвь в сторону низких значений концентраций и более пологую ветвь со шлейфом в сторону высоких значений концентрации. Модальные и средние значения концентрации селена в почвах лугово-степных и бедноразнотравных экосистем расположены в одном и том же интервале, в то время как кривая распределения селена в почвах для богаторазнотравных экосистем сдвинута относительно них вправо, в сторону более высоких значений.

Рис.1 Распределение значений концентрации Se в почвах лугово-степных (1), богаторазнотравных (2) и бедноразнотравных типчаково-ковыльных экосистем 

Для Молдавии является характерным в генетическом ряду черноземов уменьшение содержания многих микроэлементов при переходе от чернозема выщелоченного к типичному, а затем обыкновенному, карбонатному и южному [9]. Поэтому уменьшение селена в почве бедноразнотравных экосистем по сравнению с  почвами богаторазнотравных степей, располагающихся на типичных черноземах, представляется вполне закономерным, и обусловлено, в первую очередь, свойствами почвообразующих пород. В то же время причиной более низкого содержания микроэлемента в почвах луговых степей, видимо, является выщелачивание селена из верхнего горизонта почвы атмосферными осадками, которое здесь должно происходить с большей интенсивностью, чем в условиях богаторазнотравной и тем более бедноразнотравной степи. Действительно, для Северо-Молдавского плато, где преобладают лугово-степные экосистемы, среднегодовое количество осадков составляет 533-555 мм, в Бельцкой богаторазнотравной степи – 489-511 мм, Буджакской бедноразнотравной степи – 467-500 мм [6].

Выводы.

В почвах степных экосистем Днестровско-Прутского междуречья в целом наблюдается оптимальное содержание селена. Лишь в условиях бедноразнотравной типчаково-ковыльной степи, располагающейся на обыкновенных, карбонатных и южных черноземах, отмечены отдельные ареалы почв с содержанием микроэлемента, соответствующего областям его маргинальной недостаточности и селенодефицита.

Наибольшим содержанием селена отличаются типичные черноземы, свойственные богаторазнотравной типчаково-ковыльной степи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Голубкина Н.А., Папазян Т.Т. Селен в питании: растения, животные, человек. М.: Печатный город, 2006.  254 с.
2. Капитальчук М.В., Капитальчук И.П., Голубкина Н.А. Биогеохимия селена в Молдове // Bulletin of the Institute of geology and seismology MAS. 2007. №.1. Р.10-15.
3. Капитальчук М., Тома С., Капитальчук И. Содержание селена в некоторых типах почв левобережных районов Днестра. // ?tiin?a Agricol?. №1. 2006. p. 11-16.
4. Растения степей, известняковых склонов и сорные. Кишинев: «Штиинца», 1989.  304 с. (Сер. «Растительный мир Молдавии»).
5. Урсу А.Ф. Почвенно-экологическое микрорайонирование Молдавии / Отв.ред. И.А.Крупеников. Кишинев: «Штиинца», 1980.  208 с.
6. Атлас почв Молдавии / Отв. ред. И.А.Крупеников. Кишинев: «Штиинца», 1988. 176 с.
7. Кирилюк В.П. Микроэлементы в компонентах биосферы Молдовы. Ch.: Pontos, 2006.  156 p.
8. Капитальчук М.В., Капитальчук И.П. Особенности распределения селена по вертикальному профилю различных типов почв на территории Приднестровья // Вест.Приднестров.ун-та. Сер.Медико-биологические и химические науки. Тирасполь: Изд-во Приднестров.ун-та, 2009. №2(34). С.234- 237.
9. Alfthan G., A micromethod for the determination of selenium in tissues and biological fluids by single-test-tube fluorimetry // Anal. Chim. Acta, 1984. Vol.65. P.187–194.
10. Tan J., Zhu W., Wang W., Li R., Hou S., Wang D., and Yang L. Selenium in soil and endemic diseases in China. // Sci. Tot. Environ, 2002. Vol.284. P.227-235.