Агрохимия, 2019, № 3, стр. 61-64

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что фтор входит в число биологически активных элементов и влияет на физиологические процессы в живых организмах всех трофических уровней, вызывая во многих случаях патологические изменения [1–5]. Несмотря на усилившийся в последние годы интерес к гипергенной миграции фтора, связанный с возрастанием антропогенного загрязнения окружающей среды, закономерности распределения фтора в почвах и его миграции в почвенных процессах изучены слабо. Особенно это касается водорастворимого фтора, который, составляя небольшую часть валового фтора почв, контролирует распределение этого элемента в системе почва–растение, включая корма для животноводства и продукты питания растительного происхождения, потребляемые человеком [6–10]. В связи с этим изучение водорастворимого фтора почв является актуальной задачей агрохимии, имеющей значение и для смежных дисциплин: экологии, почвоведения, геохимии, охраны окружающей среды, рационального природопользования.

Цель работы – определение содержания водорастворимого фтора в почвах территорий с засушливым климатом, где часто обнаруживают его аномально высокие содержания, связанные, как правило, с развитием процессов засоления [8, 9, 11–13].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Существенный недостаток предшествующих работ, посвященных изучению водорастворимого фтора почв, состоял в том, что в них не приводили данные о составе водорастворимых солей, из-за чего было невозможно установить корреляционные связи между содержаниями растворимого фтора и компонентами растворимых солей. Учитывая это обстоятельство, одновременно с определением количества водорастворимого фтора определяли содержание и состав водорастворимых солей.

Было исследовано 10 образцов верхнего почвенного горизонта (0–5 см), отобранных в летний период 2004–2006 гг. на территориях с засушливым климатом и любезно предоставленных в наше распоряжение сотрудниками Института почвоведения РАН Е.И. Панковой и Н.Б. Хитровым. Местоположение и описание образцов приведено в табл. 1. В связи с возможностью дифференциации кристаллических выделений растворимых солей по размерам [14] гомогенизированные образцы разделяли на 2 части, одну из которых оставляли неизменной в качестве эталона валового состава, а из другой просеиванием выделяли фракцию <0.1 мм.

Навески почв смешивали с дистиллированной водой в соотношении 1 : 10 и выдерживали 7 сут до установления равновесного состояния системы, фиксируемого по достижению постоянных величин pH и общего содержания растворимых солей в кинетических опытах. После этого водные вытяжки отфильтровывали через мембранный фильтр 0.22 мкм. В фильтрате определяли содержание фторидов с помощью ионоселективного электрода с мембраной из монокристалла LaF₃ [15], концентрации натрия, калия, магния, кальция, хлоридов и сульфатов методом капиллярного электрофореза [16], а также величину общей щелочности, подавляющую часть которой составляют бикарбонаты, – объемным ацидиметрическим методом [17]. Погрешность измерений с учетом разбавления высокоминерализованных проб в 10 раз для определения растворимых макрокомпонентов методом капиллярного электрофореза не превышала ±5%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты определений содержания водорастворимого фтора и макрокомпонентов водорастворимых солей в изученных образцах почв представлены в табл. 1.

В черноземах содержание водорастворимого фтора находилось на уровне 1.1 ± 0.1 мг/кг, тогда как в других типах незасоленных почв оно было немного больше, составляя 1.4–1.9 мг/кг для недифференцированных эталонных образцов и 1.6–1.9 мг/кг для фракции <0.1 мм. Значительно более высокое содержание растворимого фтора отмечено в засоленных почвах: от 3.4 до 90 мг/кг – в эталонных образцах и от 3.5 до 116 мг/кг – во фракции <0.1 мм.

Между количествами водорастворимого фтора в эталонных образцах почв и фракции <0.1 мм установлена высокая корреляционная зависимость (r = 0.999), показанная на рис. 1, которая описывается уравнением:

Рис. 1.

Соотношение величин содержаний водорастворимого фтора в эталонных образцах почв [F]_эталон и фракции <0.1 мм [F]_<0.1 мм.

Более высокое (примерно на 1/4) содержание водорастворимого фтора во фракции <0.1 мм можно рассматривать как подтверждение фракционирования почвенных компонентов по размерам, предполагавшееся М.А. Орловой [14].

Корреляциионные связи между содержаниями водорастворимого фтора и макрокомпонентами растворимых солей отчетливо прослежены только для натрия, сульфатов и бикарбонатов (сумма всех растворенных карбонатов выражена через эквивалентное количество ионов ${\text{Н С О }}_{{\text{3}}}^{ - }$), а также для общего содержания солей (М) (табл. 2).

Это позволило сделать вывод, что накопление фтора в водорастворимом комплексе почв идет параллельно накоплению сульфатов и карбонатов–бикарбонатов натрия, т.е. при сульфатно-натриевом и содовом засолении.

Относительно невысокий коэффициент корреляции содержания водорастворимого фтора с величиной pH (r = 0.67) не противоречит мнению Виноградова [18] о более интенсивном вымывании фтора из горных пород в щелочной среде. К тому же щелочные воды обладают более низкой способностью поглощать фтор [19].

Полученные результаты в целом согласуются с данными других авторов. Увеличение содержания водорастворимого фтора в почвах по мере повышения степени их засоления отмечено в работе [13], по данным которой количество водорастворимого фтора в зональных почвах, солонцах и солончаках составило соответственно 0.8–7.5, 1.0–10 и 3.0–16.0 мг/кг. Установлено, что в степной зоне Северного Казахстана почвы лесных ландшафтов содержали заметно меньше водорастворимого фтора (1.7–10.0 мг/кг), чем почвы степных ландшафтов (10.0–68.8 мг/кг) [12]. Высокое содержание водорастворимого фтора в этих почвах связано, по-видимому, с общим аномальным фоном изученной территории, в пределах которой содержание растворенного фтора в воде озер составило 4.2–12.6 мг/л. В работе [11] было установлено, что в почвах юго-восточного Забайкалья количество водорастворимого фтора меняется от 2 до 187 мг/кг, и было отмечено увеличение его содержания с ростом степени засоления почв.

А.П. Виноградов считал, что фтор выносится из почв, в которых его содержание меньше, чем в земной коре [18]. Этот вывод, по-видимому, соответствует действительности, за исключением территорий, характеризующихся развитием процессов засоления, где происходит накопление фтора, вынесенного из почв с промывным водным режимом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Содержание водорастворимого фтора в почвах территорий с засушливым климатом возрастает при увеличении степени их засоления и высоко коррелирует с общим содержанием растворимых солей (r = 0.97), а также с концентрациями растворимых натрия (r = 0.98), сульфатов (r = 0.97) и бикарбонатов (r = 0.93). Относительно невысокий коэффициент корреляции между содержанием водорастворимого фтора и величиной pH (r = 0.67) не противоречит существующим представлениям об увеличении подвижности фтора в щелочной среде.