УДК 631

АКТУАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ БИОХИМИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

№18,

Сельскохозяйственные науки

Гаврилова Ольга Ивановна (Доктор сельскохозяйственных наук)
Щукин Павел Олегович (Кандидат технических наук)

Ключевые слова: БИОХИМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ; СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ТЕРРИТОРИИ; ХИМИЧЕСКИЕ И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ; BIOCHEMICAL ZONING; AGRICULTURAL AREAS; CHEMICAL AND MORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS.

Аннотация: На территориях биогеохимических зон могут находиться отдельные провинции, выходящие за пределы характеристики биогеохимических зон. Это так называемые интерзональные или азональные провинции или «азональные субрегионы биосферы». К ним относятся многие провинции с резко избыточным содержанием химических элементов (Си, Mo, Ni, Со, Pb, Zn и др.), расположенные над породами сильно обогащенными этими элементами.

Петрозаводским государственным университетом (ПетрГУ) реализуется при государственной поддержке в лице Минобрнауки РФ проект «Исследование и разработка сквозной технологии производства функциональных пищевых продуктов для обеспечения пищевой безопасности северных территорий РФ» (Соглашение о представлении субсидии от 26.09.2017 № 14.577.21.0264). Настоящий проект является развитием научных исследований ПетрГУ в области формирования сквозных технологий промышленных производств [1 – 3] и выполняется ПетрГУ по результатам конкурсного отбора Минобрнауки РФ (Мероприятие 1.3, очередь 09). Индустриальный партнер ПетрГУ при постановке и реализации проекта – ООО фирма «Торговый Дом Ярмарка» [1 – 4].

Организм и среда — единая система, поэтому изучение приспособлений к среде возможно только при ее глубоком изучении. Геохимическая среда играет значительную роль в гетерогенности популяций. Естественный химический состав среды и интенсивность действующих на организм ее экстремальных факторов являются важными условиями формирования определенной структуры популяций, следовательно, условиями приспособления к среде и эволюции видов. Геохимическая экология намечает новые пути изучения этих вопросов, вытекающих из биогеохимической концепции биосферы В. И. Вернадского и представлений А. П. Виноградова о биогеохимических провинциях [5].

Свойства внешней среды определяются как степенью интенсивности действия отдельных факторов, так и их большим числом комбинаций: температуры, влажности, инсоляции, естественного содержания в ней разнообразных химических соединений. Геохимическая экология не может не учитывать сложность свойств окружающей среды и производит сравнительное изучение экологической роли геохимических факторов, подбирая также необходимые условия для контрольных исследований. Физические факторы среды изучаются давно и значительно шире химических [6].

Между корневой системой растений и химическими веществами почвы устанавливаются эволюционно сложившиеся взаимоотношения [7]. В одних и тех же почвенных условиях одни виды растений выделяют в почву органические вещества, образующие с химическими элементами почвы растворимые комплексы, другие — нерастворимые или слабо усваиваемые комплексы. Такими сложными могут быть условия различного концентрирования растениями одного и того же химического элемента на одной и той же почве. Эти условия могут определяться процессами, идущими вне живого организма, в почве, но на основе сложных процессов адаптации организма к химическим факторам среды. В подобных случаях выявляется биогеохимическая природа превращения почвенных соединений химических элементов, и возникает большое число еще мало изученных форм соединений микроэлементов — комплексов металлов. Эти процессы образования комплексов металлов в почве зависят от вида растений, климата, от условий биогеохимических зон и биогеохимических провинций. Несомненно, что существует географическая изменчивость этих процессов, связанных с физиологией питания растений. Но проблема эта носит экологический характер и может быть решена при учете и понимании геохимических условий среды.

Химический состав оболочек Земли, составляющих биосферу (тропосферу, гидросферу, литосферу) географически изменчив. Почвообразующие породы по содержанию меди различаются в 68-34 раза, цинка – в 170—25 раз (андезито-базальты — песок, лессовидные суглинки), кобальта в 2000 раз (ультраосновные породы-песок, супеси), бора—в 500 раз (морские глины—ультраосновные породы), марганца — в 20 раз (основные — сульфатные породы — древнеаллювиальные пески), стронция — в 200 раз (сульфатные — ультраосновные породы), молибдена — в 35 раз (четвертичные — ультраосновные породы), йода — около 100—450 раз (моренные пески — ультраосновные породы, известняки). Были установлены большие различия в содержании и соотношении металлов в почвообразующих породах некоторых областей СССР, например, отношение Br : Сu в коре выветривания Русской платформы равно 5, а в сульфатных породах — больше 650; отношение Sr : Вr в озерно-ледниковых глинах Белорусской ССР составляет около 8, а в песках — 44; отношение Zn : Сu в озерном глинистом аллювии приближается к 0,5, а в андезито- базальтах — 4. Поэтому химический состав почв из разных мест суши также различен [8].

Большая роль в изменениях состава почв принадлежит климатическим и биологическим факторам, а также ландшафтным условиям [9]. Химические элементы пород и первичнообогащенных ими почв могут рассеиваться, закономерно сноситься и вторично обогащать почвы, независимо от почвообразующей породы [10].

Наблюдаются также значительные географические изменения химического состава почв. Для характеристики почв по содержанию в них меди были намечены градации от малых величин, чаще от концентрации 6×10-4 до 15×10-4% —как недостаточное количество этого элемента, в пределах от 15×10-4 до 60×10-4 % —как нормальное содержание (при котором потребность в нем растений и животных организмов обычно удовлетворяется), содержание же меди в почве в количестве выше 60×10-4 % рассматривается как избыточное. Известно как сильно варьирует в почвах содержание меди в различных районах бывшего СССР. В одних случаях количество образцов почв с недостаточным содержанием меди только 2,5; 1,8; 11,3%, в других —27,3; 48,3, около 70 и даже 73,5%; количество образцов с содержанием меди, удовлетворяющим потребность, изменяется в тех же почвах от 8 до 88,5%, а с избыточным содержанием — от 0,2 до 75,4%. При содержании молибдена в почвах от следов до 1,5×10-4 % потребность в молибдене организмов обычно не удовлетворяется, в пределах от 1,5×10-4 до 4,0×10-4 %— удовлетворяется; выше 4-10×10-4 % это количество принимается как возможное избыточное содержание молибдена. В таблице 2 приведены примеры значительного варьирования концентрации молибдена в почвах некоторых районов бывшего СССР. Недостаточное содержание молибдена наблюдается в одних случаях у 13,8% образцов от числа исследованных почв, в других — у 21,20 и 79,3%, и даже у 100% образцов. Число образцов почв, содержащих количество молибдена, удовлетворяющее потребность в нем, может составлять 19; 30,2; 78,6 и 86,2% от числа исследованных образцов, но могут быть и такие почвы, все проанализированные образцы которых содержат только недостаточное или только избыточное количество молибдена. Пределы концентраций (между нижними и верхними пороговыми границами), в которых нормально функционируют регуляторные процессы и сохраняется в норме обмен веществ, принимаются как соответствующие возможным изменениям потребности в минеральных элементах и микроэлементах при различных условиях. Регионы биосферымогут быть разделены на субрегионы с определенными биогеохимическими признаками и являющиеся биогеохимическими провинциями. Они переходят одна в другую, имея то более, то менее определенные границы. Суборганизменные уровни жизни должны исследоваться экологией, как пути определения молекулярных механизмов адаптаций. Понятие о пороговых (критических) концентрациях химических элементов во внешней среде имеет биогеохимический (не только физиологический) смысл, который конкретизируется при рассмотрении критических концентраций и их биологической роли в условиях географических изменений геохимической среды. Как известно, в таежно-лесной нечерноземной зоне биологические реакции организмов вызваны выраженным недостатком кальция, фосфора, калия, кобальта (73%), меди (70%), йода (80%), молибдена (55%), бора (50%), цинка (49%), достатком марганца (72%), относительным избытком стронция (15%), особенно в поймах рек. Черноземная зона наиболее благополучна по содержанию и соотношению микроэлементов в почвах и растениях. Для нашей планеты характерна не только геохимическая мозаичность, но и мозаичность обмена веществ у живых организмов. Изучение изменчивости биогеохимических пищевых цепей для различных химических элементов позволяет разделить территорию Земли на биогеохимические зоны (регионы биосферы), характеризующиеся содержанием в почвах, водах. Такие провинции могут быть названы зональными или зональными субрегионами биосферы. Деление территории на биогеохимические зоны позволяет классифицировать провинции. На территориях биогеохимических зон могут находиться отдельные провинции, выходящие за пределы характеристики биогеохимических зон. Это так называемые интерзональные или азональные провинции или «азональные субрегионы биосферы». К ним относятся многие провинции с резко избыточным содержанием химических элементов (Си, Mo, Ni, Со, Pb, Zn и др.), расположенные над породами сильно обогащенными этими элементами [11 – 13].

Список литературы

  1. Particularities of Ensuring Food Security in the Conditions of the North of Russia / I. R. Shegelman, A. S. Vasiliev, P. O. Shchukin // Astra Salvensis. – 2018. – Т 6. – Рр. – 941-949.
  2. The Analysis of Experience of Advanced Countries in Solving Food Security Problems / I. R. Shegelman, A. S. Vasiliev, P. O. Shchukin // Astra Salvensis. – 2018. – Т 6. – Рр. 899-907.
  3. Engineering innovations in equipment for extraction of plant raw material / Sukhanov Y. V., Vasiliev A. S., Shegelman I. R., Shchukin P. O. // Astra Salvensis. – 2018. – Т. 6. – С. 1047-1054.
  4. Improvement of transport and logistic services at the market of trucking in the north of Russia / Shegelman I. R., Vasiliev A. S., Sukhanov Y. V., Shchukin P. O. // Astra Salvensis. – 2018. – Т. 6. – С. 371-380.
  5. Виноградов А. Л. О генезисе биогеохимических провинций // Труды Биогеохимической лаборатории АН СССР. – М., I960. – С. 189-195.
  6. Виноградов А. П. Биогеохимические провинции и их роль в органической эволюции. Геохимия, 3. – М., 1963. – С. 152-168.
  7. Ковальский В. В. Геохимическая экология. – М., Наука, 1972. – 297 с.
  8. Базилевич Н. И., Родин Л. Е. Географические закономерности продуктивности и круговорота химических элементов в основных типах растительности Земли // В кн.: Общие теоретические проблемы биологической продуктивности. – Л.: Наука. 1969. – С. 102-136.
  9. Берг Л. С. Основы климатологии. М.: Учпедгиз. – Л., 1958. – 258 с.
  10. Ковальский В. В., Яровая Г. А. Биогеохимические провинции, обогащенные молибденом. М.: Агрохимия, 1966. – С. 8.
  11. Докучаев В. В: Учение о зонах природы. – М.: Географгиз. 1948. – 64 с.
  12. Прасолов Л. И. 1939. Генетические типы почв и почвенные области Европейской части СССР. Почвы СССР. – М., Изд-во АН СССР, 1939. – Т. 1. – 407 с.
  13. Виноградов А. Я. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. – М.: Изд-во АН СССР. 1950. – 279 с.