Ученые Новосибирского института почвоведения и агрохимии СО РАН, Новосибирского государственного аграрного университета, Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН провели мониторинг эколого-биогеохимических ситуаций в аграрных и промышленных районах юга Сибири.

О результатах этой работы, сделанных выводах рассказал заместитель директора Института почвоведения и агрохимии СО РАН, заведующий лабораторией биогеохимии почв доктор биологических наук Александр Сысо.

— Александр Иванович, постоянно можно слышать, что на здоровье человека и животных главное влияние оказывает качество пищи. А из каких составляющих оно складывается?

— Залогом качества жизни и здоровья человека и животных по праву считается их сбалансированное по элементному и биохимическому составу питание. Его обеспечение требует получения экологически чистой и минерально-полноценной сельскохозяйственной продукции животноводства и растениеводства.

Анализ современных эколого-биогеохимических проблем, существующих в мире и России, указывает на актуальность двух из них, имеющих негативную тенденцию к обострению. Первая, наиболее яркая, обсуждаемая, но часто локальная и спекулятивная, это проблема техногенного загрязнения компонентов окружающей среды, в том числе избыточного поступления поллютантов в почвы и растения. Вторая, менее яркая и нередко замалчиваемая, но масштабная для всего мира, это проблема истощения плодородия почв сельскохозяйственных угодий, ухудшения минеральной и биохимической полноценности растительной и животноводческой продукции. Сочетание этих проблем на одной территории особенно губительно действует на растительные и животные организмы.

— Скажите, Александр Иванович, где и как проводились исследования?

— На естественных сенокосах и пастбищах, пахотных землях разных природно-климатических подзон юга Сибири — от южной тайги до степи, от юго-запада Западной Сибири от северного Зауралья (Тобол-Ишимского междуречья в Тюменской области) до юга Средней Сибири (Республика Тыва).

— Все ли растения или только выборочно подвергались изучению?

— Ботанический состав изученных кормовых трав был представлен разными видами растений. На сенокосах и пастбищах они разделялись по доминантным видам на злаковые и бобовые травы, существенно различающиеся по потребности в элементах питания, способности их поглощать из почвы и, как следствие, по элементному химическому составу (ЭХС) растительной продукции.

Влияние техногенного загрязнения на элементный химический состав растений изучали в Новокузнецком районе Кемеровской области.

— Обследовались ли травы на пахотных землях?

— Естественно. Сеяные на сенаж кормовые культуры, в основном пшеница и овес, срезались и из 15—25 растений, взятых в разных частях площадки, составлялись смешанные растительные образцы. Смешанные пробы почв отбирали так же, как и на естественных сенокосах, — из слоя 0—20 сантиметров.

Воздушно-сухие растительные пробы измельчали стальными ножницами и в муфеле при температуре 450 градусов по Цельсию превращали в золу. Полученную массу растирали в агатовой ступке. В золе разными методами определяли содержание 25 макро- и микроэлементов, в том числе тяжелых металлов.

— Какие выводы можно сделать по результатам исследований?

— Изучение элементного химического состава почв и растений сельхозугодий юга Сибири, наиболее освоенного в промышленно-сельскохозяйственном отношении, подтвердило характеристику этой части региона как сложную в эколого-биогеохимическом отношении территорию. Результаты исследования ярко продемонстрировали наличие здесь области борного засоления или борной биогеохимической провинции с избытком бора в почвах, водах и растениях, что обусловливает развитие у животных борного энтерита. К примеру, в Барабинской низменности и на Кулундинской равнине общее содержание бора в почвах превышает не только его среднюю концентрацию в осадочных породах и почвах мира, но и верхние пределы его агрохимической и биогеохимической норм, составляющих 33 и 30 миллиграммов на килограмм соответственно. На территориях же Тобол-Ишимского междуречья, а также в Средней Сибири — в Республике Тыва — почвы менее богаты бором и другими микроэлементами, прежде всего из-за более легкого — преимущественно супесчаного и легкосуглинистого гранулометрического состава почв.

— А есть ли территории, где содержание микроэлементов и тяжелых металлов в почвах и растениях находится за пределами допустимых уровней?

— В изученных почвах сельскохозяйственных угодий аграрных (условно экологически чистых) районов Сибири уровень валового содержания микроэлементов, за исключением бора, в основном находится в пределах агрохимической и биогеохимической норм, а концентрация тяжелых металлов не превышает предельно допустимых или ориентировочно допустимых значений. Таким образом, по гигиеническим, агрохимическим и биогеохимическим критериям изученные почвы сельхозугодий аграрных районов Сибири в целом гарантируют экологическую безопасность растительных кормов. Однако из-за прогрессирующего истощения почв они не всегда способны обеспечить потребности сельскохозяйственных культур в макро- и микроэлементах, минеральную полноценность растительной продукции.

В то же время результаты оценки содержания и отношения химических элементов в кормовых травах на сенокосах и пашнях показали неблагоприятную картину их минеральной полноценности и безопасности в качестве корма для животных. Причины этого следующие. Во-первых, в большинстве кормовых трав уровень концентрации кобальта, меди, молибдена, цинка оказался меньше значений нижнего критического (порогового) уровня концентрации, что предполагает дефицит изученных микроэлементов в рационе питания животных и вероятность их заболевания. Во-вторых, в некоторых кормовых травах наблюдается неблагоприятное — меньше нормы — отношение между кальцием и стронцием и кальцием и фосфором, что также чревато болезнями животных. В то же время в аграрных районах Сибири не выявлено существенного превышения в кормовых травах максимально допустимого уровня (МДУ) тяжелых металлов по российским критериям, а тем более максимально допустимой концентрации (МДК) по зарубежным критериям. Некоторое превышение МДУ хрома в кормовых травах лесостепи Барабинской низменности и степи Кулундинской равнины мы связываем не с техногенным загрязнением растений хромом, с преимущественно слабощелочной реакцией среды почв, способствующей подвижности хрома в почве и поглощению его растениями, а с загрязнением травяных кормов почвенной пылью. Оценка ЭХС кормовых трав юга Сибири в целом характерна для кормовых трав России и мира — повсеместно наблюдается дефицит меди и цинка и лишь локально наблюдается их загрязнение свинцом, кадмием и другими тяжелыми металлами.

Исследования показали также существенные отличия злаков от бобовых растений по элементному химическому составу. Например, бобовые больше чем злаки накапливают бор, кобальт, стронций, медь, молибден, никель, свинец и имеют меньшие значения (более неблагоприятные) отношения кальций-стронций и большие значения отношения кальций-фосфор. Последнее обусловлено большим накоплением кальция бобовыми растениями. Неблагоприятное же отношение кальций-фосфор в злаках может быть обусловлено не избытком фосфора в растениях, а недостатком в них кальция, тенденция дефицита которого, наряду с магнием, наблюдается не только в Сибири, но и в других регионах России.

В целом изучение ЭХС кормовых растений в аграрных районах Сибири свидетельствует о зависимости его как от особенностей потребности растений в элементах минерального питания и способности поглощать их из почв, так и от ландшафтно-геохимической специфики содержания в почвах химических элементов, их подвижности, от уровня плодородия почв и тенденции его изменения. Последняя — негативная, поскольку повсеместно наблюдается деградация плодородия почв, в том числе из-за усиления дефицита в них кальция, магния, фосфора, меди, цинка и других эссенциальных элементов. Кроме того, на ЭХС растений влияют синергизм и антагонизм элементов, проявляющиеся в почвах и в системе почва-растение.

Результаты исследований подтвердили данные предшествовавшего мониторинга элементного химического состава почв и сельскохозяйственных культур юга Западной Сибири, выполненного с целью выяснения тенденций его изменения. При этом было установлено, что на почвах сельхозугодий юга Западной Сибири, имеющих общее содержание эссенциальных микроэлементов в пределах биогеохимической нормы, а тяжелых металлов (Cd, Pb, Ni) — предельно допустимых концентраций, растительная продукция в основном является минерально-полноценной и экологически безопасной. В то же время в растительной продукции (зерне, овощах, кормовых культурах) выявлена тенденция повышения за последние двадцать лет содержания железа и марганца, с одной стороны, и уменьшения цинка, меди, кобальта, с другой стороны.

— Чем объясняются такие изменения?

— Подобные изменения ЭХС растений мы объясняем агрогенной трансформацией свойств почв, в том числе усилением их кислотности, снижением насыщенности основаниями кальция и марганца, уменьшением концентрации в почвах доступных растениям форм микроэлементов. Дальнейшее усиление избытка железа и марганца, дефицит цинка, меди, кобальта, а также оснований — кальций, магний, калий — при дисбалансе и антагонизме макро- и микроэлементов могут негативно сказаться на обеспеченности животных и человека достаточным количеством биофильных элементов, привести к ухудшению их репродуктивных функций и устойчивости к неблагоприятным условиям окружающей среды.