ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПОЧВЕННЫХ ПРОБ АРАЛКУМА И БАЙСУНА МЕТОДОМ НЕЙТРОННО-АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты исследования элементного состава почвенных проб в местах произрастания растения вида Atriplex pratovii и Atriplex moneta. Для исследования было отобрано 18 почвенных проб (по 9 из каждого района) на глубине 15–20 см. Количественный анализ содержания элементов выполнен методом нейтронно-активационного анализа (НAA) по стандартным методикам [6,7]. В результате анализа было определено содержание 40 элементов. В почвах Аралкума преобладают натрий (Na) и хлор (Cl), что указывает на натрий-хлоридное засоление. В почвах Байсуна больше кальция (Ca) и магния (Mg). Среди микроэлементов в Аралкуме выше содержание Cu, Tl, Re, Sr, а в Байсуне — Fe, Mn, Ni, Zn. Обнаружены новые элементы (Se, Li, Be, Hg, B, Al, Ga), ранее не фиксировавшиеся в подобных исследованиях, тогда как некоторые элементы из работы Шеримбетова (2019) не выявлены.

ABSTRACT

The paper presents the results of a study on the elemental composition of soil samples from the habitats of the plant species Atriplex pratovii and Atriplex moneta. For the analysis, 18 soil samples were collected (9 from each region) at a depth of 15–20 cm. Quantitative determination of element concentrations was performed using neutron activation analysis (NAA) according to standard methodologies [6,7].

As a result, the content of 40 elements was identified. In the soils of the Aralkum region, sodium (Na) and chlorine (Cl) predominate, indicating sodium-chloride salinization. In the Baisun soils, calcium (Ca) and magnesium (Mg) are more abundant. Among trace elements, the Aralkum samples showed higher concentrations of Cu, Tl, Re, and Sr, while the Baisun soils were richer in Fe, Mn, Ni, and Zn.

New elements (Se, Li, Be, Hg, B, Al, Ga), previously not recorded in similar studies, were detected, whereas some elements reported by Sherimbetov (2019) were not identified in this analysis.

Ключевые слова: засолённые почвы, элементы, галофиты, нейтронно-активационный анализ.

Keywords: saline soils, elements, halophytes, neutron activation analysis.

Введение

Засоление почв - глобальная экологическая проблема, затрагивающая более 1,3 млрд гектаров земель, что составляет около 7 % суши [1,2]. Основной причиной засоления является накопление водорастворимых солей, включая ионы натрия (Na⁺), калия (K⁺), хлора (Cl⁻) и сульфата (SO₄²⁻) [3,4].
Ярким примером данного процесса является территория высохшего дна Аральского моря. За последние десятилетия в связи с усыханием моря структура почвенного покрова этой территории значительно изменилась, образовав уникальные природные комплексы. Основные почвы представлены песчаными, солончаковыми и глинистыми грунтами, 16–20 % из которых относятся к категории крайне засолённых [5, 15].

Понимание химического состава данных почв важно дляоценки экологических рисков,прогнозирования процессов засоления,разработки мероприятий по восстановлению деградированных территорий.

Цель исследования: провести сравнительный анализ химического состава почв высохшего дна Аральского моря и предгорий Байсуна, выявить различия в содержании макро- и микроэлементов, а так же оценить их экологическое значение.

Материалы и методы исследования

Определение содержания элементов в образцах почв и осадочных пород осуществлялось методом нейтронно-активационного анализа. Для исследования были использованы почвенные пробы, отобранные с двух различных участках: высохшее дно Аральского моря (координаты: N 44°40.28.462, E 58°13.29.157), дата отбора проб - 13.08.2022; предгорья Байсуна (Сурхандарьинская область, юго-восточная часть Узбекистана; координаты: N 37°57.38, E 67°20.44), дата отбора проб - 02.05.2023. Отбор почв производился на глубине 15–20 см по стандартной методике [8] с использованием ручных инструментов. В каждой точке были отобраны три параллельные пробы, затем они объединялись в одну смешанную пробу.

Все собранные образцы почвы были доставлены в лабораторию, где для определения содержания элементов в них был использован метод нейтронно-активационного анализа.

Пробы почв готовили в следующем порядке: 2-3 г образцов для анализа подвергали очистке от посторонних включений и камней, промывали сначала водопроводной, затем дистиллированной водой. После этого сушили в сушильном шкафу при температуре 60°С. Затем его измельчали в необходимом количестве в фарфоровой посуде в лабораторных условиях, и пропускали через сито 2 мм [9, 10].

Для нейтронно-активационного анализа (НАА) проб методом квартирования 30-40 мг почвенных проб для определения короткоживущих изотопов, 20-30 мг проб почв и остаточных пород, 20-30 мг растительных проб для определения средне- и долгоживущих изотопов 100 мг, пробы почвы и остаточных пород отбирали по 50-70 мг. Затем каждую навеску помещали в пронумерованные полиэтиленовые пакеты и помещали в контейнер из алюминия. Образцы подвергались облучению нейтронным потоком атомного реактора типа ВВР-СМ(Россия, 1959 г., модернизирован в 1980 г) [11, 12].

Пробы, доставленные из исследовательского реактора, были проанализированы в лабораторных условиях(в Центральной лаборатории АО «Узбек Геология Кидирув»). Для определения количества элементов использовали различные стандарты: лабораторные (полученные путем нанесения точного количества элемента на опресненную фильтровальную бумагу), стандартные образцы сравнения МАГАТЭ Саbbage IAEA 359 и Lichen IAEA 336 и метод сравнения [13, 14].

Результаты и обсуждения

В ходе исследования установлено, что почвы двух регионов имеют существенно различный химический состав (табл. 1). В почвах Аралкума преобладает натрий (Na) — 47 196,7 мкг/г и хлор (Cl) — 27 473,3 мкг/г, что указывает на процесс вторичного засоления. В почвах Байсуна отмечены повышенные уровни кальция (Ca) — 25 966,7 мкг/г и магния (Mg) — 9 410,0 мкг/г.

Среди микроэлементов выявлено: в почвах Аралкума: высокие значения меди (Cu) — 110,33 мкг/г и таллия (Tl) — 10,17 мкг/г; в почвах Байсуна: железо (Fe) — 27 916,67 мкг/г и марганец (Mn) — 261,33 мкг/г. Эти данные подтверждают результаты ЮНЕСКО/ПРООН [4], а также дополняют их, выявляя элементы, ранее не зафиксированные.

Результаты показывают, что химический состав почв формируется под влиянием: климатических условий - в аридных регионах происходит активное накопление солей; исторического фона - многолетнее осушение Арала создало особую структуру почв; геологического строения - в Байсуне преобладают карбонатные породы, что объясняет высокие уровни кальция и магния.

Сравнение с предыдущими исследованиями [1,4,5] показало совпадения по основным элементам, однако выявило и различия, которые могут быть связаны с:

временными изменениями, использованием разных методов анализа и отличиями в точках отбора проб (табл.1).

Таблица 1.

Содержание химических элементов в образцах почвы

Заключение

Определено содержание 40 макро- и микроэлементов в почвах двух регионов. Почвы высохшего дна Аральского моря характеризуются натрий-хлоридным засолением. Почвы предгорий Байсуна содержат больше кальция и магния. Выявлены микроэлементы, не фиксировавшиеся ранее, что расширяет представление о химическом составе почв. Полученные данные могут быть использованы для мониторинга состояния почв и разработки природоохранных мероприятий.

Список литературы:

1. Atriplex pratovii Sukhor / SherimbetovS.G. Tashkent, 2019. – 91 p.
2. Кусакина М.Г., Филатова Л.А., Орлова Н.В. Влияние засоления на содержание кальция и магния у галофитов // Вестник Пермского университета. – 2004. – № 2. – С. 148–150.
3. Рузиева И.Д., Турабоева К.У. Механический состав и агрохимические свойства серых оазисных почв Сурхандарьинской области // Universum: химия и биология. – 2022. – № 10–1 (100).
4. ЮНЕСКО/ПРООН. Мониторинг осушенного дна Аральского моря / Под ред. В.А. Духовного и др. – Ташкент, 2020. – 254 с.
5. Пратов У. Семейство Chenopodiaceae и конспект флоры Средней Азии. – Ташкент: Фан, 1972. – Т. 3. – С. 29–137.
6. ГОСТ 17.4.4.02-84. Методы отбора проб почвы для химического анализа.
7. ASTM E320-11. Standard Guide for Neutron Activation Analysis.
8. Currie L.A. Limits for Qualitative Detection and Quantitative Determination // Analytical Chemistry. – 1968. – Vol. 40(3). – P. 586–593
9. Sukhorukov A.P., Mavrodiev E.V., Struwig M., Nilova M.V., Dzhalilova K.K., Balandin S.A., Erst A., Krinitsyna A.A. One-seeded fruits in the core Caryophyllales: their origin and structural diversity. // Plos One. 2015. Vol. 10. № 2. P. 1–38.
10. Munns, R., & Tester, M. (2008). Mechanisms of salinity tolerance. Annual Review of Plant Biology, 59(May 2014), 651–681. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911
11. Ohta, M., Hayashi, Y., Nakashima, A., Hamada, A., Tanaka, A., Nakamura, T., & Hayakawa, T. (2002). Introduction of a Na+/H+ antiporter gene from Atriplex gmelini confers salt tolerance to rice. FEBS Letters, 532(3), 279–282. https://doi.org/10.1016/S0014-5793(02)03679-7.
12. Zhang, T., He, K. N., & Zhang, Z. Z. (2019). The effects of salt and alkaline stress on the fourwing saltbush (Atriplex canescens (pursh) nutt.) stress. Applied Ecology and Environmental Research, 17(4), 8583–8598. https://doi.org/10.15666/aeer/1704_85838598
13. Ellern, S. J., Samish, Y. B., & Lachover, D. (1974). Salt and Oxalic Acid Content of Leaves of the Saltbush Atriplex halimus in the Northern Negev. Journal of Range Management, 27(4), 267. https://doi.org/10.2307/3896820
14. Glenn, E. P., Brown, J. J., & Blumwald, E. (1999). Salt Tolerance and Crop Potential of Halophytes. In Critical Reviews in Plant Sciences (Vol. 18, Issue 2). https://doi.org/10.1080/07352689991309207
15. Dimeyeva L.A., Breckle S-W., Wucherer W. Flora of the Aralkum / In: Breckle S-W., Wucherer W., Dimeyeva L.A., Ogar N.P. (Eds.). Aralkum - a Man Made Desert: The Desiccated Floor of the Aral Sea (Central Asia). Berlin. 2012. P.109-126