(PDF) ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ОХРАНЕ ПРИРОДЫ, СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ И МЕДИ

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ОХРАНЕ ПРИРОДЫ, СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ И МЕДИЦИНЕ Труды XII Международной биогеохимической школы, посвященной 175-летию со дня рождения В. В. Докучаева Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences (GEOKHI RAS) Government of the Tula region FUNDAMENTAL BASIS OF BIOGEOCHEMICAL TECHNOLOGIES AND PROSPECTS OF THEIR APPLICATION IN NATURE PROTECTION, AGRICULTURE AND MEDICINE Proceedings of the XII International biogeochemical school, devoted to 175-anniversary from the birthday of V. V. Dokuchaev 16–18 September 2021, Tula – Kulikovo field Tula Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University 2021 Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) Правительство Тульской области ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ОХРАНЕ ПРИРОДЫ, СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ И МЕДИЦИНЕ Труды XII Международной биогеохимической школы, посвященной 175-летию со дня рождения В. В. Докучаева 16–18 сентября 2021 г., г. Тула – Куликово поле Тула ТГПУ им. Л. Н. Толстого 2021 УДК 550.47:(550.72-550.75):62.503:309.064 ББК 28.080.3 Ф94 Редакционная коллегия: доктор биологических наук В. В. Ермаков; кандидат биологических наук Л. В. Переломов Фундаментальные основы биогеохимических технологий и перспективы их примеФ94 нения в охране природы, сельском хозяйстве и медицине: Труды XII Междунар. биогеохимической школы, посвященной 175-летию со дня рождения В. В. Докучаева. – Тула: Тул. гос. пед. ун-т им. Л. Н. Толстого, 2021. – 482 с. ISBN 978-5-6045160-0-3 Материалы школы-конференции включают в себя доклады пленарной и тематических сессий XII Международной биогеохимической школы, посвященной 175-летию со дня рождения выдающегося русского почвоведа, одного из основоположников научного почвоведения В. В. Докучаева. Они освещают следующие разделы биогеохимии: биогеохимию почв, биогенную аккумуляцию и трансформацию природных и антропогенных химических соединений, геохимическую экологию организмов, физиологическую роль химических элементов в норме и при патологии, коррекцию микроэлементозов растений, животных и человека, биогеохимические технологии и методы, историю развития биогеохимии, химии почв и геохимической экологии. Для специалистов в области биогеохимии, почвоведения, экологии, медицины и сельского хозяйства. ББК 28.080.3 При подготовке материалов к публикации сохранен авторский текст с минимальными редакционными правками. Ответственность за содержание представленных материалов несут авторы. Печатается по решению оргкомитета XII Международной биогеохимической школы и при финансовой поддержке ТГПУ им. Л. Н. Толстого, Лаборатории биогеохимии окружающей среды ГЕОХИ РАН и ООО ОХК «Щекиноазот». __________________________________________________________________________________ Editorial Board: DSci (Biology) V. V. Ermakov; PhD (Biology) L. V. Perelomov Fundamental basis of biogeochemical technologies and prospects of their application in F94 nature protection, agriculture and medicine: Proceedings of the XII International biogeochemical school, devoted to 175-anniversary from the birthday of V. V. Dokuchaev. – Tula: Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, 2021. – 482 p. ISBN 978-5-6045160-0-3 The materials of the conference include reports of the plenary and thematic sessions of the XII International Biogeochemical School, dedicated to the 175th anniversary of the birth of the outstanding Russian soil scientist, one of the founders of scientific soil science V. V. Dokuchaev. They cover the following sections of biogeochemistry: biogeochemistry of soils, biogenic accumulation and transformation of natural and anthropogenic chemical compounds, geochemical ecology of organisms, the physiological role of chemical elements in health and disease, correction of microelementosis in plants, animals and humans, biogeochemical technologies and methods, history of biogeochemistry, soil chemistry and geochemical ecology. For specialists in biogeochemistry, soil science, ecology, medicine and agriculture. When preparing materials for publication, the author's text with minimal editorial changes was saved. The authors are responsible for the content of the presented materials. Published by the decision of the organizing Committee of the XII International biogeochemical school and with the financial support of the Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, the Laboratory of the environmental biogeochemistry of GEOKHI RAS and UCC Shchekinoazot, LLC (Russia) При оформлении обложки издания использована картина Ю. Н. Зарянова. КУПОЛ АНТАРКТИДЫ. 2010. ISBN 978-5-6045160-0-3 © ТГПУ им. Л. Н. Толстого, 2021 © Коллектив авторов, 2021 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Раздел I ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОГЕОХИМИИ, ХИМИИ ПОЧВ И ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИИ Жизнь человека не вечна, но наука и знания переступают пороги столетий. И. В. Курчатов 5 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 550.47:57.014 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОГЕОХИМИИ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕНЕЗА БИОСФЕРЫ В. В. Ермаков Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

Представлена информация по основным проблемам биогеохимии, включая энергетику и вещественный состав, живое вещество, вопросы палеобиогеохимии, оценки биогеохимических циклов, нормирования геохимических факторов, связь с другими науками, роль информационных технологий для развития динамической биогеохимии, а также необходимость разработки теоретической базы биогеохимии ноосферы и усиление просвещения в области биогеохимии и геохимической экологии. Ключевые слова: биогеохимия, биотехнология, живое вещество, динамическая биогеохимия, нормирование, микроэлементы, преподавание биогеохимии, подготовка кадров. Введение Современное общество характеризуется возрастанием дезинтеграционных стремлений, поиском источников энергии и сырья, островков благоприятной природной среды. При этом в большинстве случаев нарушены система потребления и производства, взаимоотношение человек – природа, принципы бережливости, биоразнообразия и устойчивого развития. Человек постоянно сталкивается с неблагоприятными факторами, включая природные и техногенные катастрофы, массовые заболевания эндокринной и вирусной природы. Это состояние во многом определяет техногенное преобразование биосферы и отражает определенные изменения в социальной жизни населения. Такое состояние общества и биосферы в целом можно охарактеризовать как этап адаптации к современным вызовам. Техногенез (антропогенез) биосферы – преобразование таксонов биосферы в результате современной хозяйственной деятельности человека [22, 26]. Современная биосфера охвачена техногенезом и находится в состоянии экологического кризиса. Проблемы освоения планеты, энергетики и сырьевых ресурсов, качества пищевых продуктов и среды обитания организмов в целом – определяющие факторы этого экологического кризиса [27]. Суммарная добавка антропогенной энергии к энергии, выделяемой всей биосферой Земли, достигает 35%, а 30% всех известных ресурсов планеты уже израсходовано. Тем временем население планеты неуклонно растет... (рис. 1). В 2021 году численность населения Земли продолжит увеличиваться и в конце года будет составлять 7 948 118 519 человек. Естественный прирост населения будет положительным и составит 96 617 035 человека [20]. В настоящее время площадь суши составляет 149 млн.кв. км, из которых пригодны к землепользованию 52,8. Ежегодное использование площади суши составляет: пашня - 14,7; пастбища – 32,2 и леса – 38,7 млн. кв. км [5]. В целом, проблемы общества сводятся к известной триаде: энергия, питание, качество окружающей среды. К ним тесно примыкают состояние сырьевых ресурсов, экологически приемлемые материалы и реализация мусора. В настоящее время мы становимся свидетелями 4-й промышленной революции – одной из стадий эволюции общества и биосферы (техногенез). Она отражает не только 6 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) новые формы взаимодействия человека и природы, но также состояние биоразнообразия и энергетики биосферы. Развитие современной биосферы связано с использованием новых материалов и информационных технологий. В результате ограниченности ресурсов биосферы и «полезного» пространства возникает необходимость формирования новой планетарной экономики и стратегии развития общества. Биогеохимия и ее проблемы В большинстве случаев общество сталкивается с биогеохимическими проблемами, и они становятся проблемами жизни. Напомню, что биогеохимия – это система знаний, системная наука об элементном составе живого вещества и его роли в миграции, трансформации и концентрировании химических элементов и их соединений в биосфере, о геохимических процессах с участием организмов, их взаимодействии с геохимической средой и геохимических функциях. Рис. 1. Использование земель суши во времени (А) [5] и динамика роста населения мира (Б) [12] Деятельность человека по В. И. Вернадскому [3] становится сравнимой с геологической силой. Это приводит к резкому изменению геохимии биосферы и появлению новых эндемических заболеваний человека и животных. Однако наши знания о процессах и механизмах формировании техногенных биогеохимических аномалий недостаточны для решения конкретных экологических проблем. Для развития биогеохимии и распространения ее знаний в обществе, по нашему мнению, необходимо развитие и решение следующих проблем 1. Разработка теоретической базы биогеохимии ноосферы. Усиление просвещения в области биогеохимии и геохимической экологии Следует отметить слабую теоретическую базу современной биогеохимии. Кроме принципов В. И. Вернадского [3], общих законов биогенной миграции химических элементов, их распространения в организмах и среде обитания [1, 8], мы не располагаем другими знаниями в этой области, несмотря на большую, фактологическую базу биогеохимии. При этом близкие к биогеохимии научные направления – геохимия ландшафтов, экологическая геохимия, геоэкология, медицинская геология и химическая экология развиваются более успешно. Мы еще недооценили биогеохимию как системную науку не только о процессах и закономерностях биогенной миграции химических элементов, но также как системную науку о биосфере. 2. Эволюция глобальных и локальных циклов химических элементов. Дифференциация природных и техногенных потоков химических элементов 7 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) В этом направлении очень многое сделано. Тем не менее, биогеохимические циклы химических элементов оцениваются не в полной мере, часто по концентрации отдельных макро- и микроэлементов в компонентах среды, органах и тканях животных и растений. Нет количественных оценок циклов. Поэтому трудно дифференцировать природные и техногенные составляющие биогенной миграции вещества. Касаясь биосферообразующх макроэлементов и антропогенного преобразования биосферы, необходимо учитывать различные источники СО2. Известно, что техногенное поступление оксида углерода (II) является малой частью того объема СО2, которое поступает в атмосферу с вулканическими эманациями. Тем не менее, оценка поведения антропогенного углекислого газа является одной из центральных проблем современной науки [24]. 3. Оценка атмосферной составляющей биогеохимических циклов Особый интерес представляют процессы ассимиляции макро- и микроэлементов растениями из атмосферы и их выделение через листья. Однако этот процесс изучен недостаточно из-за методических сложностей. Но эвапотранспирационный поток водорастворимых форм, в ряде случаев больше, чем вынос с речным стоком водорастворимых форм (рис. 2). Рис. 2. Массы рассеянных элементов, мигрирующих в среднетаежных ландшафтах: 1 – водорастворимые формы атмосферных выпадений, трансформированных растительностью; 2 – валовые формы опада; 3 – эвапотранспирационный поток водорастворимых форм; 4 – вынос с речным стоком водорастворимых форм [18] 4. Эколого-биогеохимический прогноз устойчивого развития природных комплексов и моделирование биогеохимических процессов. Разработка биогеохимических ГИС. Современные ИФТ, IoT. Динамика биогеохимических процессов В этом направлении многое сделано. Но для взвешенного прогноза устойчивого биогеохимического функционирования таксонов биосферы не создана еще соответствующая теоретическая база. Более успешны технологии ГИС. Однако без оценки динамики биогеохимических процессов, такие прогнозы носят ограниченный характер [19, 29]. 5. Биогеохимии океана и палеобиогеохимия. Биогеохимия гидротермальных экосистем В области биогеохимии океана получены интегральные оценки распределения органического углерода, серы, азота, ряда других макро- и микроэлементов. Практически одновременно российскими и западными исследователями был открыт третий после фото- и хемосинтеза метанотрофный синтез органического вещества за 8 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) счет использования углерода метана [17]. Получены интересные данные о сравнительной оценки биоаккумуляции металлов в расчете на биомассу организмов. Показано, что фауна глубоководной гидротермали, функционирующая на основе хемосинтеза, служит мощнейшим глубоководным биофильтром, выводящим металлы из состояния рассеяния. В целом, биофильтры океана оказывают и в значительной мере определяют биогенную миграцию металлов в океане [7]. Современная палеобиогеохимия постоянно радует нас новыми открытиями формирования и видового разнообразия организмов с использованием современных методов датирования событий и генетических возможностей. Тем не менее, в ряде случаев полученные данные весьма условны [25]. 6. Разработка и совершенствование биогеохимических технологий, интегрированных методов оценки экологического состояния и эволюции различных таксонов биосферы. Развитие биогеохимической индикации и биогеохимической инженерии для реконструкции биогеохимических циклов Усиливающиеся масштабы техногенного преобразования биосферы стимулируют научные исследования в области охраны природы, мониторинга территорий с различной степенью антропогенного воздействия. Наряду с биологической индикацией экологического неблагополучия [21] развиваются технологии биогеохимической индикации [11] и инженерной биогеохимии [2]. 7. Развитие геохимической экологии. Всестороннее изучение реакций организмов на экстремальные геохимические и другие факторы. Оценка роли природнотехногенных геохимических факторов в патогенезе вирусных и бактериальных заболеваний. Диагностика и коррекция комплексных микроэлементозов Данные вопросы непосредственно связаны с эффективной коррекцией микроэлементозов и оптимальным применением специальных пищевых добавок и микроудобрений в медицине, ветеринарии и растениеводстве. 8. Изучение внутривидовой биогеохимической дифференциации организмов и определение биогеохимических параметров Это направление биогеохимии и геохимической экологии развивается медленно. До сих пор мы не располагаем количественными оценками биогеохимических параметров организмов. Нет специальных сравнительных научных исследований относительно изменения химического элементного состава одних и тех же видов организмов, обитающих в различных условиях среды. 9. Взаимодействие между макро- и микроэлементами в биогеохимических циклах и организмах Одна из сложных биосферных проблем – взаимодействие макро- и микроэлементов. Оно имеет место на космическом, планетарном, экосистемном, биогеоценотическом, внутрипопуляционном, организменном, тканевом, клеточном и молекулярном уровнях, на стадиях всасывания химических элементов и их метаболизма. Известны сложные взаимосвязи между парами химических элементов: Fe-Mn, Fe-Cu, As-Se, Se-U, Zn-Cd, Mo-Cu, Mo-W, Zn-Fe, Zn-Ca. Но они могут быть и более сложными, например, Mo-Cu-W, Fe-Mn-Zn, As-Se-J и другие. Эти взаимодействия свидетельствуют о том, что макро- и микроэлементы должны быть сбалансированы в диете, содержащей большое разнообразие натуральных растений и пищи животного происхождения. 10. Развитие методологии биогеохимических исследований и методов анализа элементного и молекулярного состава природных материалов. Внедрение новых методов геохимии, почвоведения, генетики, координационной химии, биохимии и молекулярной биологии в биогеохимических исследованиях 9 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Результаты научных исследований в биогеохимии определяются уровнем развития методов анализа вещества. Несмотря на применение таких методов как РФА, ААС, ИСП-эмиссионная спектрометрия, ИСП-масс-спектрометрия, электрохимия, хроматография, недостаточно эффективны методы количественного определения селена, йода, фтора, рения и других микроэлементов. Особый интерес представляют методы определения комплексных соединений микроэлементов, металлопротеинов, металлопорфиринов и других биологически активных соединений. 11. Развитие концепции обмена веществом в системе: биосфера – космос. Оценка массы живого вещества биосферы и ее таксонов. Инвентаризация живого вещества Несмотря на существующие оценки поступления вещества в космос и аккумулирования его планетарной оболочкой, нет глобальных оценок данных процессов. Систематизацию этих данных еще предстоит осуществить. Живое вещество как совокупность организмов биосферы гетерогенно, пластично, возобновляемо, целостно, организовано, осуществляет вечное движение атомов химических элементов, трансформирует энергию, формируя и сохраняя соответствующую среду. Оно обладает конкретным химическим элементным составом, массой и функциями. Живое вещество мозаично, «всеюдно». Для него характерны гомеостаз за счет биоразнообразия, многочисленных связей между отдельными организмами и уникальное свойство – адаптация. Масса живого вещества, прогнозированная В. И. Вернадским 1014-1015 т, является актуальной [3,4]. Спорным остается вопрос о постоянстве массы живого вещества в биосфере. Наметившаяся тенденция на снижение массы живого вещества от первоначальных расчетов (1014 т) до 1.13х1012 т в более поздний период может быть оспорена вкладом ультрамикроорганизмов в общую массу живого вещества. Тем не менее, масса живого вещества – индикатор эволюции биосферы и усиливающегося антропогенного влияния. Поэтому ее более точное определение – одна из задач современной науки [9]. Естественно, что масса живого вещества, прежде всего, зависит от масштабов фотосинтеза, а активность фотосинтеза, в свою очередь, связана с активностью лучистой энергии Солнца, уровнем оптимального содержания СО2 в биосфере, метана, режимом влаги и качеством среды обитания организмов. В настоящее время под натиском техногенеза и сокращением площади лесов возможно уменьшение продуктивности биосферы, несмотря на более интенсивное внедрение агроландшафтов. Однако следует контролировать и массу организмов, обитающих в условиях дефицита кислорода. 12. Интеграция биогеохимии с другими науками, в частности, с генетикой и молекулярной биологией. Связь биогеохимии с биотехнологией Объединив методы молекулярной генетики, биотехнологии и геохимической экологии, удалось получить эффективные микробиологические препараты, содержащие не только микроэлементы – йод, селен и железо, но и кобальт и молибден, которые используются для коррекции микроэлементозов у животных и человека [6]. Кроме того, биогеохимические подходы эффективны в биотехнологии лекарственных растений с заданным химическим составом, в поиске и извлечении редких химических элементов из отвалов, в рекультивации почв. Известны биогеохимические методы разведки полезных ископаемых (например, рения, золота, меди и др.) [10, 11]. 13. Дальнейшее выяснение природы биогеохимических эндемий. Выяснение неоднозначности существующих выводов по характеристике биогеохимических провинций К сожалению, наши знания даже относительно глобальных биогеохимических эндемий недостаточны для проведения профилактических мероприятий. Так, при дефиците йода в продуктах питания и среде, возникают различные патологические реакции, обусловленные характером питания, влиянием антагонистов йода, особенностями метаболизма йода в щитовидной железе. При коррекции Se-дефицитных состояний важ10 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ную роль играет качество и количество потребляемого белка, общее состояние антиоксидантной системы организма. До сих пор остается загадкой этиология уровской Кашина-Бека болезни. На фоне дисбаланса макро- и микроэлементного статуса остается неясным влияние микотоксинов на развитие патологии. Необходимы дополнительные исследования «молибденовой подагры». Так, в условиях избытка молибдена в среде и продуктах питания в бассейне р. Баксан не встречается «молибденовой подагры». У животных также не отмечено патологических проявлений к избытку молибдена. Повидимому, в данном случае одновременный избыток вольфрама снимает влияние молибдена на активность молибденсодержащих ксантиноксидазы/дегидрогеназы [10]. 14. Развитие существующих и формирование новых направлений – агробиогеохимии, радиобиогеохимии, биогеохимии техногенеза, квантовой биогеохимии Такие направления биогеохимии существуют и развиваются. В ряде случаев радиобиогеохимические основы процессов представляют в области радиологии, радиохимии и других смежных наук. В настоящее время формируется агробиогеохимия, где рассматриваются вопросы биогенной миграции химических элементов, проблемы техногенеза и взаимодействия микроорганизмов с глинистыми минералами почв [13, 23]. 15. Разработка региональных критериев и параметров статуса макро- и микроэлементов. Оценка оптимальных потребностей живых организмов в макро- и микроэлементах в различных природно-техногенных условиях В бывшем СССР нормирование макро- и микроэлементов осуществлялось на основании концепции критических концентраций [14, 15]. В последующем В. В. Ковальский вводит понятие гомеостаза биогеохимического фактора. В основу этой концепции ученый положил известный в агрохимии закон «минимума», экспериментально открытого немецким ученым Юстасом Либихом (Justus von Liebig) [28]. Этот закон положен в основу геохимической экологии, фармакологии и экологии, в целом, свидетельствуя о дифференциации биологических реакций в зависимости от доз действующего вещества (соединения, макро- и микроэлементы, радионуклиды и т.п.) (рис. 3). Существует оптимум физиологических концентраций вещества. При малых и высоких дозах за пределами оптимума проявляются патологические реакции организма. В сущности это закон гомеостаза [16]. Концепция гомеостаза является центральной проблемой геохимической экологии и отражает состояние относительного постоянства внутренних и внешних сред организма. При этом В. В. Ковальский [14] рассматривал гомеостаз на различных уровнях жизни: от молекулярного и популяционного до биосферного. Рис. 3. Схема биогеохимического нормирования. Зависимость реакций организмов от концентраций и соотношений макро- и микроэлементов в среде и организмах 11 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) В настоящее время концепция гомеостаза получила дальнейшее развитие в биогеохимии и биологии и является отражением принципов устойчивого развития биосферы. Заключение Современное развитие биогеохимии тесно связано с необходимостью оценки состояния окружающей среды и ее влияния на качество сельскохозяйственной продукции и здоровье населения. Подобные оценки должны базироваться на результатах фундаментальных и прикладных биогеохимических исследований таксонов биосферы. Между тем в настоящее время это направление исследований не получало должной поддержки. Ликвидация этого пробела на современном уровне требует организации соответствующих структур с оптимальным государственным финансированием. Существует реальная необходимость активизировать направленность биогеохимических исследований в связи с актуальностью развития системного подхода при изучении эволюционных преобразований биосферы и миграции вещества в прошлые геологические эпохи и в современный период все возрастающего антропогенеза. При этом целесообразно возобновить преподавание специальности «биогеохимия» в университетах и ВУЗах с экологической направленностью, а также создать новые и активизировать существующие научно-практические центры по биогеохимии. В настоящее время особую актуальность приобретают проблемы биогеохимической эволюции таксонов биосферы, динамической биогеохимии, взаимовлияния макрои микроэлементов в природно-техногенных циклах, дифференциации природных и техногенных составляющих циклов и зависимости статуса макро- и микроэлементов от техногенного преобразования природных комплексов. Данные вопросы непосредственно связаны с эффективной коррекцией микроэлементозов и оптимальным применением специальных пищевых добавок и микроудобрений в медицине, ветеринарии и растениеводстве. Диагностика и профилактика микроэлементозов – сложная и важная проблема. Ее решение связано с системным изучением статуса, как отдельных микроэлементов, так и их групп, а также макроэлементов, разработкой и применением новых методов биохимии, физиологии, молекулярной биологии, генетики и аналитической химии. Процессы всасывания микроэлементов и их регуляция, формирование пула, синтеза биологически активных соединений остаются наиболее актуальными вопросами наряду с разработкой агрохимических и биогеохимических технологий. Несмотря на существование медицинских исследовательских центров по диагностике, лечению и профилактике эндемических заболеваний, роль среды, и в особенности питания населения учитывается слабо. Профилактика микроэлементозов ведется без биогеохимической оценки территорий. Не учитываются сложные взаимоотношения микроэлементов в биогеохимических циклах и метаболических процессах. В ряде случаев бизнес преобладает над реальной оценкой ситуации и эффективной коррекцией микроэлементозов. Во всех случаях необходима разработка и реализация специальных межгосударственных программ по коррекции микроэлементозов (флюороз, эндемический зоб, селенодефицитные заболевания, вирусные патологии и другие). Не менее важным является разработка региональных критериев и параметров биогенной миграции макро- и микроэлементов как фундаментальной основы эколого-биогеохимического прогноза состояния территорий, а также усиление просвещения в области биогеохимии и геохимической экологии. Следует заметить, что наряду с установлением высокой степени загрязненности отдельных территорий токсичными металлами и соединениями, радионуклидами, орга12 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ническими веществами необходимо развивать технологии их детоксикации и реабилитации. Кроме того, существует разрыв между описанием фактической биогеохимической ситуации и возникающими последствиями (реакциями организмов). Биогеохимические исследования следует сочетать с эпидемиологическим обследованием населения, животных, выяснением численности и состояния популяций других организмов (микрофлора почв, растения, водные и наземные животные и др.). Поэтому вопросы адаптации организмов, эпидемиологические исследования, механизмы биогенной миграции химических элементов и биологического действия остаются наиболее актуальными, как и поиск, и развитие современных биогеохимических технологий, включая IoT. Необходимо создать Национальные исследовательские и информационно-аналитические центры по изучению современного состояния биосферы с соответствующими региональными службами оперативного мониторинга химического состояния и качества почв, вод, атмосферы, флоры и фауны, проводимого на единой методологической основе. Подобные центры являются насущной потребностью для создания единого банка данных геохимической информации и проведения независимой обоснованной оценки (в том числе экономической) качества среды для жизни в рамках государственных программ по цифровизации. Для улучшения экологического состояние таксонов биосферы при современном уровне эволюции планеты необходимо сбалансировать ее продуктивность, массу живого вещества, источники энергии и производство. Существует необходимость резкого сокращения ряда экологически опасных производств, поиск и внедрение новых материалов, источников энергии, переход на энергосберегающие технологии, развитие зеленой экономики, что отражает желание разумного человека к оптимальному устойчивому состоянию биосферы и ее переход в ноосферу. Следует подчеркнуть комплексность биогеохимических и биосферных проблем, которые могут решаться усилиями самых разных специалистов. Еще В. И. Вернадский отмечал: «Мы все больше специализируемся не по наукам, а по проблемам. Это позволяет, с одной стороны, чрезвычайно углубляться в изучаемые явления, а с другой расширять охват их со всех точек зрения» [4]. Поэтому для решения той или иной биогеохимической проблемы целесообразно создавать комплексные биогеохимические группы или научные объединения, имеющие в своем составе специалистов различного профиля. Таким образом, в условиях техногенеза биосферы возрастает роль системных направлений в науке (биогеохимия, экология и др.), что обусловлено техногенной эволюцией планеты и поисками адекватных путей взаимодействия человека и природы. Знания биогеохимии определяют стратегию формирования ноосферных технологий, основанных на возобновляемых источниках энергии и питания. Овладеть этими знаниями и скорректировать будущее развитие общества – самая главная задача человечества. Поддержано грантом РФФИ № 19-05-00054. Литература 1. Башкин В. Н. Биогеохимия: Учеб. пособие. – М.: Высш. школа, 2008. 2. Башкин В. Н. Инженерная биогеохимия // Труды XI Международной биогеохимической школы, посвященной 120-летию со дня рождения Виктора Владиславовича Ковальского: в 2 томах. Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого; Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН). – Тула, 2019. – Т. 1. – С. 210–214. 13 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 3. Вернадский В. И. Биогеохимические очерки (1922–1932 гг.). – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1940. 4. Вернадский В. И. Проблемы биогеохимии // Тр. Биогеохим. лаб. – М., 1980. – Т. 16. 5. Глазовский Н. Ф. Современные подходы к оценке устойчивости биосферы и развитие человечества // Почвы, биогеохимические циклы и биосфера. – М.: Тов-во научных изданий КМК, 2004. – С. 20–49. 6. Градова Н. Б., Ермаков В. В., Гусева Е. В., Ковальский Ю. В., Панфилов В. И. Прикладные аспекты геохимической экологии микроорганизмов в решении задач экобиотехнологии // Биотехнология. – 2020. – № 6. – С. 107–114. 7. Демина Л. Л., Галкин С. В. Биогеохимия микроэлементов в глубоководных гидротермальных экосистемах. – М.: ГЕОС, 2013. 8. Добровольский В. В. Основы биогеохимии: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Академия, 2003. 9. Ермаков В. В., Ковальский Ю. В. Живое вещество биосферы: масса и химический элементный состав // Геохимия. – 2018. – № 10. – С. 931–944. 10. Ермаков В. В., Тютиков С. Ф., Дегтярев А. П., Данилова В. Н., Гуляева У. А., Догадкин Д. Н. Формирование биогеохимических аномалий в бассейне р. Баксан // Геохимия. – 2020. – Т. 65. – № 10. – С. 955–968. 11. Ермаков В. В., Тютиков С. Ф., Сафонов В. А. Биогеохимическая индикация микроэлементозов. – М.: Изд-во РАН, 2018. 12. Капица С. П. Рост населения Земли как главная глобальная проблема человечества // Глобальные проблемы биосферы. – М.: Наука, 2001. – С. 40–61. 13. Карпова Е. А. Влияние длительного применения удобрений на состояние железа и тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах // Почвоведение. – 2006. – № 9. – С. 1059–1067. 14. Ковальский В. В. Геохимическая экология. Очерки. – М.: Наука, 1974. 15. Ковальский В. В. Геохимическая среда и жизнь. – М.: Наука, 1982. 16. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации или зон экологического бедствия. – М.: Минэкологии и природных ресурсов Российской Федерации, 1992. 17. Леин А. Ю., Москалев Л. И., Богданов Ю. А., Сагалевич А. М. Гидротермальные системы океана и жизнь // Природа. – 2000. – № 5. – С. 47–55. 18. Мельчаков Ю. Л., Семячков А. И. Геохимия и миграция элементов в окружающей среде: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2015. 19. Назаренко А. П., Сарьян В. К., Ермаков В. В., Любушин А. А., Мещеряков Р. В. Междисциплинарные исследования и международное сотрудничество в период с 2014 по 2019 г. по формированию массовой услуги по индивидуализированному спасению людей при возникновении ЧС природного и техногенного происхождения // Труды НИИР. – 2019. – № 1. – С. 39–54. 20. Население планеты (2021). – URL: https://countrymeters.info/ru/World 21. Опекунова М. Г. Биоиндикация загрязнений: учеб. пособие. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2016. 22. Панин М. С. Техногенные проблемы Усть-Каменогорска // Развитие идей континентальной биогеохимии и геохимической экологии: Материалы VI–XII Биогеохимических чтений, посвященных памяти В. В. Ковальского (2006–2010 гг.). – М: ГЕОХИ РАН, 2010. – С. 70–86. 23. Переломов Л. В., Сизова О. И., Атрощенко Ю. М. Поглощение микроэлементов бентонитом в присутствии бактерий // Геохимия. – 2019. – Т. 64. – № 3. – С. 273–281. 14 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 24. Романкевич Е. А., Ветров А. А., Пересыпкин В. И. Цикл углерода в современном океане и актуальные проблемы биогеохимии // Океанология на старте XXI века. – М.: Наука, 2008. – С. 78–107. 25. Федонкин М. А. Жизнь – неизбежное явление // В мире науки. – 2019. – № 5– 6. – C. 76–83. 26. Ermakov V. V. Technogenesis and biogeochemical evolution of taxons in the biosphere // Ecologica. – 2005. – Vol. 9. – № 41. – P. 3–12. 27. Ermakov V. V., Jovanovic L. N. Biodiversity and the biosphere technogenesis // Ecologica. – 2010. – Vol. 17. – № 58. – P. 77–85. 28. Liebig Justus von. Ueber einen neuen Apparat zur Analyse organischer Körper, und über die Zusammensetzung einiger organischen Substanzen // Annalen der Physik, 1831. – 21. – S. 1–47. 29. Sarian V. K., Mkrtchyan A. R., Ermakov V. V., Nazarenko A. P., Lyubushin A. A., Mescheryakov R. V. Hybrid Monitoring Systems for Global Processes. The Results of the Experiment at the First Point of the Hybrid System // Armenian Journal of Physics. – 2020. – Vol. 14. – № 3. – P. 243–254. http://ajp.asj-oa.am/1116/1/24_SarianMonitoring.pdf ACTUAL PROBLEMS OF BIOGEOCHEMISTRY UNDER CONDITIONS OF THE BIOSPHERE TECHNOGENESIS V. V. Ermakov It is presented the information on the basic problems of biogeochemistry, including energy and material composition, living matter, issues of paleobiogeochemistry, assessment of the biogeochemical cycles, normalization of geochemical factors, the relationship with other sciences, the role of information technologies for the development of dynamic biogeochemistry, as well as the need to develop a theoretical basis for the biogeochemistry of the noosphere and strengthening education in the field of biogeochemistry and geochemical ecology. Keywords: biogeochemistry, biotechnology, living matter, dynamic biogeochemistry, standardization, trace elements, teaching of biogeochemistry, personnel training. УДК 631.4 РОЛЬ В. В. ДОКУЧАЕВА В СТАНОВЛЕНИИ ЭКОЛОГИИ И БИОГЕОХИМИИ: К 175-ЛЕТИЮ УЧЕНОГО, ОПЕРЕДИВШЕГО ВРЕМЯ Н. О. Ковалева Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

Василий Васильевич Докучаев – основатель научного генетического почвоведения. В. В. Докучаевым был совершен решающий прорыв к биосферно-космическому научному мышлению, ставшему главной парадигмой естественных наук лишь к концу XX столетия. Благодаря исследованиям ученого, экология и почвоведение получили статус наук биосферного класса. Ключевые слова: В. В. Докучаев, генетическое почвоведение, биосфера, экология. 15 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Имя знаменитого русского ученого Василия Васильевича Докучаева широко известно в России и за рубежом. По словам его не менее известного ученика Вернадского, «В истории естествознания в России в течение XIXвека не много найдется людей, которые могли бы быть поставлены наряду с ним по влиянию, которое они оказали на ход научной работы, по глубине и оригинальности их обобщающей мысли» [2]. Парадигма В. В. Докучаева [6] стала основой для возникновения биогеоценологии, почвоведения, геоморфологии, инженерной биологии, экологии, биогеографии, биогеохимии и т.п. Родился Василий Васильевич Докучаев 1 марта 1846 г. в селе Милюково Сычевского уезда Смоленской губернии в семье приходского священника, и должен был продолжить семейные традиции, отправившись обучаться в 1867 году после окончания Смоленской духовной семинарии в Духовную академию в Петербург. Однако спустя 2 недели обучения почти состоявшийся священнослужитель резко изменил свое призвание, поступив на естественное отделение физико-математического факультета Санкт-Петербргского университета. По словам Тимирязева, весна личной жизни Докучаева, как представителя поколения шестидесятых, «совпала с тем дуновением общей весны, которое пронеслось из края в край страны, пробуждая от умственного окоченения и спячки, сковывавших ее более четверти столетия» [9]. Студенческая работа Василия Докучаева «О наносных образованиях по реке Кача Сычевского уезда Смоленской губернии» была посвящена геологии и геоморфологии речной долины маленькой реки в окрестностях села Милюково, став отправной точкой для будущего магистерского исследования молодого ученого «Способы образования речных долин Европейской России». Эта работа, имевшая «характер триумфа» по сей день в геологии считается одной из основных, давших начало развитию геоморфологии – науке о внешнем облике, возрасте, динамике и генезисе рельефа. Так Василий Докучаев сначала становится доцентом, а затем и профессором геологии. На его лекциях “аудитория обыкновенно была полна”, от ученого исходила “та таинственная сила, присущая только крупным и сильным людям, которая невольно заставляет их слушать и каждому пустяку придает какое-то особенное значение и важность” [8]. При этом мировоззрение ученого складывается весьма нетрадиционным для того времени способом – исходя из решения проблем, имевших огромную общественную актуальность и ориентированных на совершенно непонятную для его современников цель – на охрану природы. После поездок 1871–1877 гг. по северной и центральной России и южной части Финляндии Докучаев формулирует гипотезу, согласно которой происхождение речных долин связывается с “жизнью” оврагов и балок; в 1875 г. после работ в болотах Полесья он пишет книгу об осушении болот и четко заявляет: “Прежде чем затрачивать миллионы на осушение болот, необходимо доказать, что реки, берущие свое начало в болотах, могут обойтись и без них. Иначе нам придется еще больше затратить и труда и средств, чтобы обводнить осушенную местность” [5]. Хорошо известно, что зачастую главной мотивацией деятельности ученого был не столько научный интерес, сколько активная гражданская позиция. После окончания университета в нем “отчетливо выступает общественная жилка человека, принципиально по складу своей натуры не признающей науки, оторванной от жизни” [8]. Вот и к почвоведению Василия Докучаева привел социальный заказ, поскольку в клан аграриев не соблюдавшему каноны сельскохозяйственной науки исследователю, путь был закрыт. В 1875 г. ученого, известного своими публикациями «О подзоле Смоленской губернии», «К вопросу об осушении болот вообще и в частности об осушении Полесья», по инициативе В. И. Чаславского привлекают к составлению почвенной карты Европейской России. А в 1873 и 1875 гг. Докучаев принял предложение Вольного экономического общества заняться черноземами в связи с сильными засухами. С 1877 по 1881 г. ученый изучает черноземные почвы, ищет причины падения их плодородия 16 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) и обосновывает совершенно новый взгляд на их генезис, географию и плодородие. Он излагает его в 1883 г. знаменитой книге «Русский чернозем», которая становится его докторской диссертацией, а почвоведы во всем мире считают эту дату днем рождения науки о почвах – генетического, или докучаевского почвоведения. Все его работы о почвах несут печать современного типа мышления, названного им естественноисторическим подходом… Он показал, что человеку противостоит” природа в форме интегральных систем (почвы, природные зоны), формирующихся и развивающихся в процессе длительного исторического взаимодействия мертвой и живой природы, климата, горных пород, поверхностных и грунтовых вод» (цит. по [7]). “Необходимо иметь в виду, по возможности, всю, единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее части… иначе мы… никогда не будем в состоянии учесть, что принадлежит к одному, а что другому фактору… Само собой разумеется, что и почвы, подобно всем организмам, могут быть между собой сравниваемы лишь при условии одного и того же возраста” [5]. Позиция Докучаева противостояла устоявшимся научным взглядам, особенно в сельскохозяйственных науках, ориентированным на европейскую традицию и не соответствующим реалиям природы и особенно – практике природопользования в России. Вернадский отмечал: “…руководящие мысли, наполнявшие научную деятельность Докучаева в почвоведении, казались его современникам странными и неправильными” [3]. Взгляд Докучаева на окультуренную почву представлялся неприемлемым и полвека спустя. Ярилов в 1930-е гг. писал: «Сейчас нетрудно критиковать многие положения и высказывания Докучаева, особенно его противопоставление естественной почвы почве культурной. Для Докучаева последняя – “кирпич”, выделанный человеком из природного сырья… Это конечно, не так» [12]. В 1891 г. почти всю черноземную полосу России охватила сильнейшая засуха. Голод угрожал двадцати губерниям с населением около 35 млн человек. С присущей ему энергией и непримиримостью В.В. Докучаев подключился к борьбе с засухой. В 1892 г. он публикует в газете «Правительственный вестник» серию статей о необходимости государственных мероприятий по предотвращению засух и преодолению уже нанесенного ими ущерба. Эти статьи легли в основу книги «Наши степи прежде и теперь», изданной в 1892 г. в пользу пострадавших от неурожая. В том же году по инициативе В. В. Докучаева при Лесном департаменте Министерства государственного имущества организуется «особая экспедиция по испытанию и учету различных способов и приемов лесного и водного хозяйства в степях России». На территории Харьковской (Луганской), Екатеринославской (Донецкой) и Воронежской областей проводятся лесопосадки, создаются пруды, закрепляются верховья оврагов, упорядочивается землепользование, организуются стационарные наблюдения за погодными условиями, состоянием растительности, почв, грунтовых вод. В результате поездок ученый приходит к убеждению, о необходимости пересмотреть бытующие взгляды, согласно которым у нас в стране корень зла – в климате, а не в методах хозяйствования. Засуха, по мнению Докучаева, – явление не только и не столько климатическое, сколько созданное по большей части российской земледельческой практикой. Поразительный опыт возрождения Докучаевым сухой Каменной степи к жизни современные биологи считают основой зарождения инженерной биологии. Докучаев, предвосхищая будущие достижения общей биологии, теории эволюции, общей теории систем и синергетики, впервые стал рассматривать почвы как самостоятельное живое природное тело, сформировавшееся под воздействием комплекса факторов окружающей природной среды. “Он был первым ученым, не только указавшим на необходимость комплексного изучения природы, но и практически осуществившего такое изучение” [3]. Его “интересовали не отдельно взятые факты, а соот17 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ношения между ними, интересовала динамическая сторона явлений природы, интересовал процесс явлений” [1]. К 1882 г., по утверждению ученика Докучаева Ферхмана [11], тот “вырос во весь рост; он уверовал сам в себя и в свои силы; он был уже не один, – он создал школу”. Школа эта состояла менее чем из десяти участников его комплексных, как сейчас принято говорить, междисциплинарных, экспедиций. Но это были люди нового научного мировоззрения, и к ним примыкали исследователи, представлявшие разные традиционные научные специальности: ботаники, климатологи, агрономы, химики. Докучаев, по мнению Добровольского [4], сформировал блестящую школу ученых и в области почвоведения, и в области смежных наук. Из этой школы вышли Н. М. Сибирцев, К. Д. Глинка, С. А. Захаров, П. В. Отоцкий, Г. Н. Высоцкий, В. И. Вернадский, Л. С. Берг, Г. Ф. Морозов и др. Тимофеев-Ресовский писал о Докучаеве (цит. по [7]): «Вероятно, самым замечательным учеником Докучаева, – человеком, деятельность которого возвеличивает Докучаева, даже если бы Докучаев, кроме воспитания этого ученика, ничего не сделал, – был В. Вернадский…». В 1888 г. Докучаеву удается организовать Почвенную комиссию при Вольном Экономическом обществе, а в 1899 г под ее эгидой начинает издаваться журнал «Почвоведение». В 1889 г. ученый организует «Частные публичные курсы по сельскому хозяйству и основным для него наукам» для распространения агрономических знаний и просвещения землевладельцев. Много сделал Докучаев и для становления и организации сельскохозяйственного образования, особенно реформировав и возглавив сельскохозяйственный институт в Ново-Александрии. В 1898–1900 гг. Докучаев совершает поездки на Кавказ, в Бессарабию, в Среднюю Азию и формулирует знаменитый географический закон горизонтальной (широтной) и вертикальной (высотной) зональности. При этом ученый полемизирует с Дарвиным: «В мире, кроме жестокого, сурового ветхозаветного закона постоянной борьбы, мы ясно усматриваем теперь закон содружества. Любви», «теснейшее взаимодействие и полное содружество мира органического и мира неорганического» [5], имея в виду тесноту и неразрывность связей между почвами, растениями и животными, почвообразующими породами и рельефом, климатом различных природных зон. Исследователи творчества Тимофеева-Ресовского Тюрюканов и Федоров полагают, что «исходным и вместе с тем конечным пунктом деятельности Докучаева и Вернадского было исследование взаимосвязи общества с природой, разработка теоретических и практических аспектов этой взаимосвязи. Как эстафету, “из рук в руки”, “из души в душу”, передал Докучаев свое космически-временнoе мышление своему другу и ученику Вернадскому. В творческом содружестве Докучаева и Вернадского, учителя и ученика, был совершен решающий прорыв к биосферно-космическому научному мышлению, наполненному историзмом. Понятие биосферы стало ядром, центром необходимого, естественного и точного синтеза многочисленного эмпирического материала о жизни поверхностной оболочки нашей планеты. Разработанное Докучаевым понятие естественно-исторического тела (системы, образования) стало основополагающим понятием биосферного класса наук. Являясь элементарным (далее не разложимым, без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук» [10]. Работа Докучаева, которую он не успел закончить «Место и роль современного почвоведения…» – это и завещание ученого, и гениальное предвидение учения о биосфере, и предупреждение о мнимом господстве человека в природе. 18 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Литература 1. Богословский Н. А. Общий характер научной деятельности В. В. Докучаева // Почвоведение. – 1903. – № 42. – С. 353–362. 2. Вернадский В. И. Страница из истории почвоведения (Памяти В. В. Докучаева) // Вернадский В. И. Труды по истории науки в России. – М., 1988. 3. Виленский Д. Г. Почвоведение. – М., 1950. 4. Добровольский Г. В. Докучаев и современное естествознание // Почвоведение. – 1996. – № 2. – С. 117–123. 5. Докучаев В. В. Дороже золота русский чернозем. – М.: Изд-во МГУ, 1994. 6. Ковалева Н. О. Место и роль парадигмы Докучаева в современном почвоведении и экологии // Материалы всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы почвоведения и экологии". – М.: Изд-во Московского университета. – М., 1994. – С. 40. 7. Кульпин Э. С. Василий Докучаев как предтеча биосферно-космического историзма: судьба ученого и судьбы России // Общественные науки и современность. – 2010. – № 2. – С. 103–113. 8. Отоцкий П. В. Жизнь В. В. Докучаева // Почвоведение. – 1903. – № 4. – С. 319–342. 9. Тимирязев К. А. Развитие естествознания в России в эпоху шестидесятых годов // Сочинения. – Т. VIII. – М. 1939. 10. Тюрюканов А. Н., Федоров В. М. Тимофеев-Ресовский Н. В. Биосферные раздумья. – М., 1996.. 11. Ферхмин А. Р. Нижнегородский период деятельности В. В. Докучаева // Почвоведение. – 1903. – № 4. – С. 343–351. 12. Ярилов А. А. Докучаев // Почвоведение. – 1939. – № 1. – С. 7–19. THE ROLE OF V. V. DOKUCHAEV IN THE FORMATION OF ECOLOGY AND BIOGEOCHEMISTRY – TO THE 175TH ANNIVERSARY OF THE SCIENTIST N. O. Kovaleva Vasily Vasilievich Dokuchaev is the founder of scientific genetic soil science. V. V. Dokuchaev made a decisive breakthrough to biosphere-space scientific thinking, which became the main paradigm of natural sciences only by the end of the 20th century, and ecology and soil science received the status of biosphere class sciences. Keywords: V. V. Dokuchaev, genetic soil science, biosphere, ecology. УДК 631.481:574.23 В. В. ДОКУЧАЕВ И В. И. ВЕРНАДСКИЙ: ОТ ВОЗРАСТА ПОЧВ К БИОЛОГИЧЕСКОМУ ВРЕМЕНИ Г. П. Аксенов Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

На основе огромного эмпирического материала исследований речных долин Европейской России В. В. Докучаев сформулировал четкий набор факторов образования почв как особого естественного тела. Важнейшей причиной мощности и плодородия 19 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) почв он назвал их собственный возраст. Тем самым он отделил процесс почвообразования от геологического возраста страны. Вслед за своим учителем В. И. Вернадский более отчетливо представил генетическое почвоведение как обладающее биологическим временем. Он сделал открытие, что существование почв, морских и речных илов и всей биосферы определяется длительностью однонаправленной деятельности ее живого вещества. На этой фундаментальной основе Вернадский разработал пространственновременную концепцию биосферы как планетного, космического и геологически вечного естественного тела. Ключевые слова: почвоведение, факторы почвообразования, живое вещество, биосфера, биологическое время, космический смысл биосферы. Введение В новейшей науке сложилось мнение, будто понятие биосферы Вернадского всегда занимало нынешнее уважаемое место в глазах мирового научного сообщества. Однако, высокий статус концепции Вернадского стал следствием специальных усилий отечественных ученых, и прежде всего почвоведов, по ее восстановлению. Начиная с 1922 г., когда выяснилось, что главная идея Вернадского о вечности жизни резко противоречит основной марксистской догме о первичности материи и вторичности сознания, идеологические власти делали все, чтобы запретить, раскритиковать, и очернить его концепцию. У него возникли не только затруднения с печатанием трудов. Дело обстояло хуже: его терминологию стали использовать без всяких ссылок на него и в искаженном виде [1]. В 1929 г. он собрал свои статьи по биосфере под названием «Живое вещество» и сдал в печать. Однако сборник не вышел, поскольку при «советизации» Академии наук ее самоуправляемое издательство прекратило существование. Только через десять лет сборник вышел под другим названием и без главной принципиальной статьи 1922 г. Одновременно в 1924 г. вышла из печати ставшая широко известной книга биохимика А. И. Опарина с прямо противоположной гипотезой о происхождении жизни. С 1934 г. начали выходить монографии и статьи О. Б. Лепешинской об образовании клеток из «живого вещества». Под этим термином Опарин и Лепешинская понимали бесструктурную органическую массу, из которой якобы при определенных условиях рождались клетки. Эти материалистические «теории» очень подходили к господствующей идеологии (все определяют условия среды, а не свойства самих организмов). Они были взяты на вооружение Т. Д. Лысенко. Так под борьбу с генетикой и нормальной сельскохозяйственной наукой попало и учение о биосфере. Запрет на нее продолжался и после кончины Вернадского в 1945 г. В мае 1950 г. состоялось печально знаменитое совещание в биологическом отделении АН. Оно было инициировано Отделом науки ЦК партии по жалобе Лепешинской, статьи которой подвергались критике; его вел глава Отделения академик А. И. Опарин, а главный доклад сделал Лысенко. Дикая «теория» Лепешинской о происхождении клеток из живого вещества была единогласно одобрена, она вошла во все школьные и университетские учебники. И недаром в десятилетие после смерти Вернадского практически ничего из его наследия не было издано. С 1954 по 1959 г. напечатано три тома из Собрания сочинений, в основном из минералогических, кристаллографических и геохимических произведений, но не биогеохимических и биосферных. Дальнейшая судьба учения Вернадского о биосфере оказалась зависима от социально-политических причин. После осуждения культа личности Сталина началось освобождение от антинаучных наслоений группы Лысенко и начинается восстановление имени Вернадского во все растущих масштабах. 20 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Его столетний юбилей 1963 г. стал самым значительным событием в отечественной истории науки этих лет. Множество научных учреждений, вузов провели посвященные ему специальные сессии, симпозиумы и конференции. В юбилейном году уже появляются труды, развивающие тему биосферы. Член-корреспондент АН геохимик А. И. Перельман большим тиражом издал «Очерки геохимии» и «Биосферу» в одном томе и написал к нему предисловие [18]. В антологии литературы о В. И. Вернадском за сто лет (1898–1998) десятилетие 1960-х гг. недаром названо «Вознесение на пьедестал» [11]. Оно характеризовалось бурным освоением революционного научного наследия ученого. Важнейшей вехой для распространения идей Вернадского о биосфере стала специальная сессия экологов-экспертов под эгидой ЮНЕСКО в Париже в 1968 г. На ней член-корреспондент Академии наук почвовед В. А. Ковда выступил с программным докладом «Современные научные концепции биосферы». Он писал: «Подробнее была охарактеризована роль живого и биогенного вещества в биогеохимических циклах атомов и соединений и важнейшие общеземные функции биосферы, опасность необратимых нарушений в биосфере и необходимость ее сохранения для человечества будущего. В русском исходном тексте доклада был еще подзаголовок в скобках “Биосфера и человечество”» [17, с. 448]. Сессия приняла важнейшее решение, легшее в основу большой долговременной международной программы «Человек и биосфера». Концепция Вернадского вышла на всемирный уровень, стала фундаментальной научной базой для разработки множества международных проектов по вопросам взаимоотношений человечества и окружающей среды. Первые итоги программы были подведены на состоявшейся в Стокгольме в 1972 г. Генеральной Ассамблее ООН, по данным проблемам. В ее подготовке принимали участие отечественные ученые, но на самой сессии по решению правительства делегации из СССР не было. Большое значение имел Х Международный конгресс почвоведов, состоявшийся в Москве в 1974 г. Его возглавляли ученик Вернадского, директор ГЕОХИ его имени академик А. П. Виноградов и президент МОП В. А. Ковда. Наконец, в третьем издании Большой советской энциклопедии была опубликована научно обоснованная статья «Биосфера» (1970, т. 3.). Ее авторы почвоведы В. А. Ковда и А. Н. Тюрюканов дали определение биосферы как геологической оболочки планеты, «состав, строение и энергетика которой в существенных чертах обусловлена прошлой или современной деятельностью живых организмов». Авторы специально подчеркивали отличие биосферы от ее понимания как биоты, для чего показали пространственные границы оболочки, ее геологическую роль, функции геохимической деятельности. В другом томе (1972, т. 9, с. 183–184), наконец, появилась статья «Живое вещество» (автор А. Н. Тюрюканов), состоявшая из двух частей. В первой восстанавливалось понятие в духе В. И. Вернадского: функции, состав, строение и геологическая роль совокупности организмов на Земле. Второй раздел был направлен персонально против О. Б. Лепешинской, ее теория формирования клеток названа антинаучной. Таким образом, главными проводниками биосферных идей Вернадского оказались почвоведы. И в том нет никаких случайностей. Именно почвоведение в ее «докучаевском» прочтении обнаружило источник той связи явлений и тел поверхности Земли, о которой говорил великий почвовед и непосредственный учитель Вернадского. Только в 60-е годы ХХ века после возрождения трудов Вернадского усилиями множества отечественных естествоиспытателей и теоретиков выяснилась подлинная роль Докучаева как прямого предшественника «биосферного класса наук» [12]. Буквально из рук в руки были переданы от учителя к ученику научный стиль будущего учения. Однако сегодня мы должны увидеть более глубокую связь их идей, нам уже недостаточно общего учения о биосфере и о «биосферном классе наук», который необходи21 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) мо создавать [20, 21]. Из генетического почвоведения выросла не только концепция биосферы, но образовалось новое понимание времени и пространства, что существенно углубляет содержание всех наук о Земле и ближайшем космосе, практически намечает контуры новой картины мира. Именно такую проблему поставил и решил Вернадский на фундаментальном уровне. Сегодня с накоплением новых фактов концепция биосферы должна приобрести общенаучное значение. Учение о биосфере нельзя свести к традиционным дисциплинам познания, потому что она исследует новый вид движения материи и энергии, связанный с живым веществом. Методы Сегодня история совместных больших летних экспедиций В. В. Докучаева и В. И. Вернадского в Кременчугском уезде Полтавской губернии в 1890-1891 гг. хорошо известна и многократно описана в различных исследованиях. Кроме научных результатов этих экспедиций, выразившихся в статьях и книгах, множество подробностей, касающихся истории преемственности идей ученых можно проследить по таким обширным источникам, как письма Вернадского жене за два лета 1890 и 1891 гг. [3], а также по переписке двух ученых [19]. Материальные источники их трудов отложились в экспонатах Полтавского краеведческого музея [10, 16]. Результаты исследования Ко времени первой совместной почвенной экспедиции 1890 г. с Вернадским Докучаев был уже сложившимся почвоведом-эмпириком и признанным авторитетом не только в отечественной, но и в мировой науке. Достаточно вспомнить только что прошедшую в 1889 г. Всемирную выставку в Париже с его почвоведческой экспозицией, которую он поручил устраивать проводившего там стажировку по минералогии Вернадскому. Русская экспозиция почвоведения получила тогда золотую медаль Выставки. Но все-таки организованная Докучаевым почвенная экспедиция в Кременчугском уезде Полтавской губернии дала ему необходимый и достаточный материал для необходимого окончательного вывода, который позволил завершить оформление генетического почвоведения. Сам Докучаев именовал его «русским почвоведением» или «почвоведением в русском смысле». О выделении почвы в отдельный объект исследования Докучаев докладывал на только что прошедшем накануне VIII съезде русских естествоиспытателей и врачей (29 дек. 1889 – 7 января 1890 г.). Там была утверждена концепция генетического почвоведения как «точная научная установка понятия о почве как вполне самостоятельном естественноисторическом теле, которое является продуктом совокупной деятельности a) грунта, b) климата, с) растительных и животных организмов, d) возраста страны, а отчасти и e) рельефа местности» [13, с. 441]. Из всех этих факторов менее всего был исследован возраст. Вот тут и кроется главный пункт, на котором сосредоточился Докучаев. О каком именно возрасте надо вести речь? В работах предыдущих исследователей утверждалось, что почва есть измельченная на поверхности горная порода и отсюда делался логический вывод, что существует определенная корреляция между высотой местности и геологическим возрастом подпочвы. Но у Докучаева имелись на руках многочисленные образцы почв и их химические анализы, которые такой стройной картины вовсе не давали. Он возражает: «Не могу согласиться с такой, так сказать, огульной, слишком общей и поэтому и далеко не точной постановкой вопроса, не могу согласиться с тем положением, что повсюду и везде, в целой России а) геологический возраст страны, b) абсолютная высота и с) мощности почв растут и убывают всегда параллельно друг другу» [13, с. 444]. 22 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Кроме многочисленных материалов для Кременчугского уезда Полтавской губернии и анализов почв у него имелась еще гипсометрическая карта местности генерала А. А. Тилло. Согласно ей абсолютная высота местности от четкой границы Днепра и его приречных долин на юго-западе плавно возрастает к северо-востоку губернии: от 40–59 сажен к 60–79 саженям на срединных участках и 80-89 сажен в уездах, граничащих с Харьковской губернией. При этом подпочва в пределах Полтавской губернии повсюду практически одинаковая, в основном, лёсс. Рельеф тоже однообразный – степной. Растительность на всем протяжении губернии тоже примерно одна и та же. Таким образом, эти данные можно исключить из анализа, говорит Докучаев, и получается, что главными почвообразователями остаются два фактора: высота местности и возраст страны. Причем, если высоту местности считать не абсолютной, а относительной – по отношению любого участка к соседнему, то и возраст почв будет тоже относительный. Вместе с тем содержание гумуса в черноземах также плавно возрастает к северовостоку: чем выше местность, тем богаче почва. При сравнении гипсометрической карты с данными своих анализов почв Докучаев увидел то, что дано увидеть и понять только творческому человеку. Вот что он записал: «Мы вправе констатировать, что между высотой местности и ее рельефом, с одной стороны, распределением черноземных почв, лесных земель, солонцов и дикой растительности (а вероятно, и животных) с другой – в пределах Полтавской губернии наблюдаются постоянные закономерные отношения» [13, с. 456]. У Докучаева сложилось четкое представление о морском происхождение рек и речных долин европейской России. Количество солонцов так же плавно увеличивалось в обратном по сравнению с черноземом порядке: чем ниже, тем их становилось больше. Таким образом, он уяснил себе, что эта закономерность тоже связана с эпохой освобождения горной породы от воды, сначала морской, потом озерной и болотистой. Таким образом, мощность почвы и содержание в нем гумуса зависели от срока выхода бывшего морского дна на дневную поверхность. Чем раньше поверхность стала освещенной солнцем, тем богаче почва. Как о важнейшем итоге своей научной деятельности писал Докучаев в 1898 г., что у него сложилось обоснованное целостное «учение о тех многосложных и многообразных соотношениях и взаимодействиях, а равно и о законах, управляемых вековыми изменениями их, которые существуют между так называемой живой и мертвой природой, между a) поверхностными горными породами, b) пластикой земли, c) почвами, d) наземными и грунтовыми водами, e) климатом, f) растительными и g) животными организмами (в том числе и даже главным образом, низшими) и человеком, гордым венцом творения» [14, с. 45–46]. Мы видим в этом генеральном выводе Докучаева необходимость или требование найти единое руководящее начало, принцип нового синтеза наук о поверхности планеты. Следовательно, главный вывод генетического почвоведения заключался в том, что возраст почв есть самостоятельное явление, это не геологический возраст и к последнему не имеет отношения. Именно с этим уже готовым тезисом как эстафетной палочкой стартовал в своих почвенных исследованиях Вернадский вместе со своим учителем в 1890–1891 гг. Впоследствии эти представления расширились от почвенных данных до биосферных. В 1913 г. он подходит к нему вооруженный созданной им геохимии, намечая новый поворот темы. Если у Докучаева растительность и почвенная флора и фауна были только одним из почвообразователей, то у Вернадского биогеохимический фактор выходит на первое место. Как свернутый вывод всей будущей науки о биосфере он указывает на планетную роль почв: их слой при ничтожной мощности по отношению к земной коре оказывается главным энергетическим слоем планеты, ее химической фабри23 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) кой. Через обобщение данных почвоведения он выходит на планетный уровень земной геологической оболочки – биосферы. Вернадский пишет: «Роль почвы в истории земной коры отнюдь не соответствует тонкому слою, какой она образует на ее поверхности. Но она вполне отвечает той огромной активной энергии, которая собрана в живом веществе почвы и способна к переносу благодаря проникающим в почву газам» [4, с. 276]. В работах самого Докучаева ни живого вещества как общего понятия, ни газов, конечно, еще не было, но идея комплексности и системности сформулирована. Она теперь наполняется богатейшим содержанием, практически биосферным. И уже в 1919 г. Вернадский создает на материале почвоведения зародыш учения о биосфере. Работа не была опубликована тогда по известным причинам, но явилась этапом во внутреннем развитии ученого и носит красноречивое название «Об участии живого вещества в создании почв». Здесь население почв и в особенности микрофлора выходит на первое место не только в почвоведении, и не только в связи с геохимическим циклами, но уже как планетный (фактически космического масштаба) фактор создания геологических оболочек. Если старое почвоведение считало почву произошедшей из подстилающей горной породы с участием растительности, то теперь Вернадский нашел подтверждение обратной старой догадки Бюффона, «считавшим органогенную почву могучим фактором в создании горных пород и руд» [6, с. 301]. То есть основное знание о почвах поворачивает инерцию мысли кардинально: не почва происходит из горных пород, а те в своих химических, кристаллических и иных характеристиках начинают свое формирование в почвах. Отсюда осталось сделать один шаг, чтобы заключить, что возраст почвы не есть продолжение или подразделение общего геологического времени. На такой вывод Вернадскому понадобилось еще десять лет и в 1929 г. он такой вывод делает. Живое вещество как главный деятель в земной коре не просто появилось однажды в течении лет готовой планеты, что уже аргументированно опровергалось в его главной работе «Биосфера», но обладает собственным пространством и временем. Вернадским назвал его вполне определенно – биологическое время. Оно не является подразделением геологического времени. Дело в том, что в первой четверти ХХ в. были открыты методы радиометрического измерения возраста горных пород. В целом геологи восприняли их по инерции мышления как средства измерения возраста горных пород и вообще всей планеты. Вернадский в одиночку выступает против такого заблуждения. Этими методами, считает он, измеряется только биологическое время и более ничего. История биосферы равна по длительности геологической истории. Биосфера была всегда. Более того, все времена, имеющие хождение в науке: физическое, астрономическое, историческое и геологическое, говорит он, существуют на фоне времени жизни или на фоне биологического времени [5, с. 274–275]. Биологическое время является величиной, определяющей фундаментальные, самые базовые и общие характеристики биосферы, которая в свою очередь создает энергетику всей планеты. К таким характеристикам относятся диссимметрия пространства (особое построение молекул и органов живой клетки; в современных терминах биофизики – хиральность биосферы) и необратимость биологического времени. Оба качества, которым Вернадский посвящает свою статью, отсутствуют в инертном веществе, которое изучается в рамках старой ньютоновской парадигмы естествознания. В ее рамках все закономерности построены как раз на равновесии пространственного строения вещества и обратимости времени в любых движениях, особенно механических. Принципиальную неравновесность живого вещества, которая проявляется в необратимости и диссимметрии, Вернадский определяет как источник антиэнтропийной биогеохимической энергии, которая в свою очередь запускает геохимические циклы элементов и – соответственно – упорядочивает планетные оболочки. 24 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Правильное соотношение и связь между геологическим движением и биологическим временем Вернадский ярко осветил в докладе на 17-й сессии Международного геологического конгресса в Москве в 1937 г. Он четко дал понять, что геологическое время не дает никакого представления о направлении времени, это искусственное понятие (вроде градусной сетки на картах). В нем используется астрономический счет времени, просто наложенный на геологические события, и не имеющий никакого отношения к содержательной материально-энергетической стороне геологических процессов. Исходя из умственных традиционных привычек, вовсе не научных, а имеющих религиозные истоки, в геологии сложилось представление, что вначале образовалась планета, а потом на ней появилась жизнь. Показателем этой привычной картины служит само понятие «возраст Земли», предполагающий, что все ее структуры образовывались с течением астрономического времени от молодой планеты, они двигались к современности от ее космического образования. Но возникший в начале ХХ в. радиометрический способ исчисления возраста горных пород опровергает это устоявшееся мнение. Он дает совершенно другое представление о времени. Вернадский говорил: «Геология, как это ясно видел Геттон, не может дать нам понятия о бренности Земли. Она может дать – с помощью радиогеологии – точный количественный учет древности геологических явлений верхней части планеты, причем в этой области мы наблюдаем для геологического строения планеты в аспекте времени мозаику. Земная кора состоит из участков более древних и более молодых частей, различных и несинхроничных для всякой точки одно и того же географического уровня. Она выявляет в пределе не возраст Земли, а древнейший хронологический уровень метаморфизма, т.е. древнейший, не оживившийся процесс радиоактивного распада» [7, с. 235]. Геологическая мозаика поверхности и ближайших недр, о которой говорит Вернадский и о которой знает каждый геолог, не дает никакого представления о порядке времени, считает он. В геохронологии время отсчитывается от современности и идет как бы вспять. Такой счет от современности, который время от времени требуется передвигать, очень запутывает картину. Вернадский предлагает принять уровень метаморфизма в литосфере за временную границу и ввести в геохронологию новую единицу – декамириаду (100 000 лет). Уровень отсчета установит порядок времени в соответствие с естественным его ходом прошлого к будущему, как он считается в истории людей, где такую роль играет рубеж новой и старой эры. Рубежом для геологии стал бы уровень метаморфизма, который, как тогда Вернадский полагал, насчитывал в самых старых образцах пород 3 млрд лет. Теперь, как известно, он отодвинулся к уровню 4,5 млрд лет. Причем важно учитывать, что перед нами только самый последний цикл геологического круговорота. Сколько таких циклов состоялось? – мы в рамках радиоизотопных методов определения возраста горных пород не найдем. Обсуждение В его рассуждениях нам важно уяснить, что любое измерение геологических образцов ничего не говорит о возрасте Земли. Фактически Вернадский ввел этим указанием важнейший принцип, аналогичный многим великим достижениям науки ХХ в., а именно – запрет на определение возраста Земли. Доклад Вернадского на 17-й сессии МГК вводит запрет на определение возраста Земли не потому, что у нее нет возраста, а потому, что мы неверно вводим начало этого счета, старта геологических событий нашей планеты. Он находится не в недрах и в самых «старых» комплексах горных пород, а на поверхности планеты, в биосфере, в том числе и в почве. 25 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) За последнее десятилетие своей научной жизни Вернадский окончательно установил порядок движения времени, причем для него это время биологическое, оно же единственное в природе. Никакое другое движение, кроме как в глубине организмов, не устанавливает длительности. Только биологической время дает точно измеримый радиоизотопными методами порядок длительности времени и дает его направление, которое согласно генеральной идее Вернадского, совпадает по длительности с временем геологическим. Эти круговороты изучаются в современной науке более детально, например, в работах В. М. Дуничева, построенные на главной идее Вернадского. Автор указывает, что путь любого минерального образца, который имеет датировку, допустим, в 4 млрд лет, начинается в зоне гипергенеза, то есть на поверхности, в почве. Здесь вышедшие на поверхность (освободившиеся от воды, по Докучаеву) кристаллические породы обламываются, дробятся, измельчаются и растираются, напитываясь солнечной энергией посредством деятельности живого вещества биосферы. (Этот процесс Вернадский и описал в работе 1913 г.). Тонкодисперсные осадки сносятся с поверхности потоками воды на дно океана, превращаются в ил, смешиваются с органическими частицами. Из них образуются глинистые минералы. На эти осадки сверху непрерывно наслаиваются новые порции вещества. В слое происходят некие физические процессы разделения: аморфные жидкие и газовые фракции отжимаются, обогащаются жидкостями и газами, уходят вверх и изливаются в виде базальтовой лавы и тепловых вулканов. Остальная, большая часть, разгружаясь от энергии, становится мелкокристаллическими гнейсами, потом гранитогнейсами и, наконец, крупнокристаллическим гранитом [15]. И вот теперь понятно становится, какой именно материал из осадочной породы подвергается метаморфозу – тот, который пришел из биосферы. В метаморфическом слое складывается его окончательная минералогическая и кристаллическая структура. И значит, возраст его отсчитывается не от гипотетического «возраста планеты» или ее неких космических периодов образования солнечной системы, а от вечной биосферы. Таким образом, как и догадался в свое время Докучаев, почвенное время является не продолжением геологического времени, а согласно его ученику Вернадскому оно есть главным временным фактором поверхности планеты. Посредством биологического времени стартует то, которое все еще считается геологическим. Любой возраст любого образца горной породы соответствует биологическому времени, начало которого задается живым веществом биосферы. На метаморфическом уровне заведены радиогеологические часы. Но на самом деле это ведь только половина пути, отсчет которого следует вести от биосферы. Если есть породы возрастом древностью 4 миллиарда лет, например, гранит, то пройденный им путь от участка седиментогенеза до его метаморфоза и кристаллизации есть продолжение такого же по длительности процесса, в ходе которого другой гранит вышел в результате геотектоники на поверхность, в зону гипергенеза и в результате выветривания постепенно превратился в глину. Отсюда его элементы снова возобновляют путь. Эти элементы и их соединения заново стартуют как бы от нуля лет геологического времени. Биосфера всегда молода, она современна и только выходя из нее в литосферу, минеральные комплексы начинают стареть. Заключение Таким образом, гениальная догадка Докучаева о самостоятельности времени почвы неизмеримо обогащена и развита Вернадским в понятии биологического времени и о его равенстве по длительности с временем геологическим. В докладе января 1942 г. в Боровом перед эвакуированными учеными Академии наук он составил схему земных оболочек, от центра Земли до ближайшего космоса. 26 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Она повторена затем в его главной книге, вышедшей через много лет после его смерти [9, с. 114]. Центральной оболочкой (и соответственно, началом отсчета времени) в ней служит биосфера, которая управляет планетой при помощи биогеохимических циклов. Над и под ней расположены оболочки и геосферы, химия которых определяется вековой работой живого вещества биосферы. Состав газов атмосферы, и геосфер земной коры: гидросферы, литосферы целиком складывается посредством процессов геохимического круговорота, запускаемого в биосфере. Никакого другого ответа, кроме того, что оно начинается как биологическое время, у нас нет. Для более четкого представления об этом круговороте, вскрытом трудами Вернадского, мною было предложено понятие «актуальная поверхность» [2, с. 274– 286]. На этой рабочей биосферной поверхности (а она в тысячи раз больше поверхности геодезической, потому что невероятно расчленена живым веществом в пространстве) запускаются все материально-энергетические процессы. Эта громадная космических размеров «фабрика циклов» намечена Вернадским и в общем, и в частностях, в судьбе химических элементов, их соединений и закономерной смены их в геосферах в целом на планете. Он подсчитал, что 99,6 % «по весу земной коры так или иначе в течение геологического времени находится в непрерывно возобновляемых круговых процессах» [8, с. 19]. Разрабатывая идеологию закономерной связи всех явлений в природе, Вернадский нашел ведущий планетного масштаба процесс, который запускает все циклы вещества и энергии. Этот процесс инициирован живым веществом биосферы. Благодаря открытию биологического времени становится ясно, что живое вещество определяет всю энергетику планеты. Перед современными науками о Земле или науками биосферного цикла стоит настоятельная необходимость изменить традиционное представление о времени на понятие биологического времени-пространства Вернадского. И тогда сокровенная суть единства природы и связь явлений, которые хотел найти Докучаев, обретет рациональные очертания. Литература 1. Аксенов Г. П. Не вышедшая книга – неизвестное понятие // Вопросы истории естествознания и техники. – 1997. – № 3. – С. 129–139. 2. Аксенов Г. П. Причина времени: жизнь – дление – необратимость. – 3-е изд. – М.: КРАСАНД, 2014. 3. Вернадский В. И. Письма Н. Е. Вернадской (1889–1892). – М.: Наука, 1991. 4. Вернадский В. И. К вопросу о химическом составе почв // Труды по биогеохимии и геохимии почв. – М.: Наука, 1992. – С. 275–281. 5. Вернадский В. И. Изучение явлений жизни и новая физика // Проблемы биогеохимии. Труды Биогеохимической лаборатории. – М.: Наука, 1980. – Т. 16. – С. 246–277. 6. Вернадский В. И. Об участии живого вещества в создании почв // Труды по биогеохимии и геохимии почв. – М.: Наука, 1992. – С. 282–301. 7. Вернадский В. И. О значении радиогеологии для современной геологии // Международный геологический конгресс. Труды 17-й сессии, Москва, 1937 г. – Л., 1939. – С. 215–239. 8. Вернадский В. И. Химический состав живого вещества в связи с химией земной коры // Биогеохимические очерки. – М.; Л., 1940. – С. 9–24. 9. Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. – М.: Наука, 1987. 10. В. I. Вернадський i Полтавщина: факти, документи, библiографiя // Наук. ред. К. М. Ситник. – Полтава, 2008. 27 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 11. В. И. Вернадский: pro et contra. Антология литературы о В. И. Вернадском за сто лет (1898–1998). – СПб.: РХГИ, 2000. 12. Добровольский Г. В. Докучаев и современное естествознание // Почвоведение, 1996. – № 2. – С. 117–123. 13. Докучаев В. В. К вопросу о соотношениях между возрастом и высотой местности с одной стороны, характером и распределением черноземов, лесных земель и солонцов, с другой // Избр. соч. – М.: Изд-во АН СССР, 1949. – С. 439–480. 14. Докучаев В. В. Место и роль современного почвоведения в науке и жизни // Ежегодник по геологии и минералогии России. – 1898. – С. 45–50. 15. Дуничев В. М. Учение В.И. Вернадского о геологической вечности биосферы – основа естественнонаучной модели геологии // Труды Ленинградского общества естествоиспытателей. – 1990. – Т. 81. – Вып. 2. – С. 155–168. 16. Игнатенко А. А. 115 лет исследованию В. И. Вернадским Кременчугского уезда. – Кременчуг, 2006. 17. Ковда В. А. В. И. Вернадский в мировой науке // В. И. Вернадский: pro et contra. – СПб.: РХГИ, 2000. – С. 444–450. 18. Перельман А. И. В. И. Вернадский – основоположник биогеохимии // Вернадский В. И. Биосфера. (Избр. тр. по биогеохимии). – М.: Мысль, 1967. – С. 3–23. 19. Переписка В. В. Докучаева и В. И. Вернадского // Научное наследство. – М.: Изд. АН СССР. – Т. 2. – С. 455–855. 20. Тюрюканов А. Н., Федоров В. М. Вестник грядущего естествознания // Почвоведение. – 1996. – № 3. – С. 243–249. 21. Федоров В. М. Концепция биосферы-ноосферы и почвоведение // Вестник сельскохозяйственной науки. – 1985. – № 9. – С. 13–23. V. V. DOKUCHAEV AND V. I. VERNADSKY: FROM SOIL AGE TO BIOLOGICAL TIME G. P. Aksenov Based on the vast empirical material of studies of river valleys in European Russia, V. V. Dokuchaev formulated a clear set of factors for the formation of soils as a special natural body. The most important reason for the power and fertility of soils, he named their own age. Thus, he separated the process of soil formation from the geological age of the country. Following his teacher V. I. Vernadsky more clearly presented genetic soil science as having biological time. He made the discovery that the existence of soils, sea and river silts and the entire biosphere is determined by the duration of the unidirectional activity of its living matter. On this fundamental basis, Vernadsky developed the space-time concept of the biosphere as a planetary, cosmic and geologically eternal natural body. Keywords: soil science, factors of soil formation, living matter, biosphere, biological time, cosmic meaning of the biosphere. 28 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 504.062+550.47 В. В. ДОКУЧАЕВ И ЕГО ПРИНЦИПЫ ВСЕСТОРОННЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ КРУПНОГО ГОРОДА Е. П. Янин Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

Рассматриваются сформулированные В. В. Докучаевым основные принципы комплексного исследования окружающей среды и хозяйственных факторов, ее изменяющих. На основе этих принципов была разработана программа всестороннего изучения природы города Санкт-Петербурга и его окрестностей. Для своего времени эта программа была уникальна и не имела аналогов. Ключевые слова: В. В. Докучаев, окружающая среда, город, речной бассейн, научная программа, методика исследований, природопользование. Василий Васильевич Докучаев (1846–1903) – выдающийся естествоиспытатель и организатор науки, создатель блестящей научной школы докучаевцев. Его вклад в развитие многих направлений естествознания общеизвестен и неоспорим. Анализ научного наследия Докучаева показывает, что он является основоположником комплексных, системных исследований окружающей среды городских агломераций [8, 9]. В начале 1890-х гг. им был разработан проект изучения природы и хозяйства г. СанктПетербурга и его окрестностей, основанный на уникальной по методологическим положениям и содержанию программе исследования окружающей среды крупного города и факторов ее изменяющих [6]. В программе нашли воплощение основные положения учения Докучаева о необходимости всестороннего изучения окружающей среды, о сложных и многообразных соотношениях и взаимодействиях, существующих между живой и косной природой [1, 2]. Многие высказанные в ней идеи и поставленные научные задачи являются новаторскими, а предлагаемые методические приемы и способы их решения – оригинальными и по-настоящему современными. Некоторые из них оказались в сфере научного интереса лишь в самое последнее время. Особое место в программе отводилось, говоря современным языком, геохимическим, биогеохимическим и экологогеохимическим исследованиям, которые для того времени были пионерскими, например, а) влияние химического состава воздуха и атмосферных осадков на здоровье населения, б) роль городских почв как вторичного источника загрязнения воздуха, в) влияние химического состава почв и почвенного воздуха на здоровье людей и многое другое. При подготовке программы Докучаев, как всегда, проявил себя выдающимся организатором, сплотив вокруг себя немало известных ученых и талантливых молодых исследователей, многие из которых впоследствии внесли значительный вклад в развитие отечественного естествознания, в организацию науки и высшего образования. Он одним из первых использовал общественное обсуждение планируемых программой исследований, выступал с лекциями, публиковал ее основные положения в периодической печати, организовывал просветительские экскурсии для широкой публики. Программа поражает своей научной направленностью, стремлением получить новые знания, новые сведения о природе уникального природного сопряжения, каковым является бассейн реки Невы с Ладожским озером, Невской губой и восточной частью Финского залива и от функционирования которого во многом и зависит жизнь не менее уникального образования, созданного человеком – г. С.-Петербурга. В то же время, она имеет ярко выраженное прикладное значение, поскольку предполагала получение конкретных 29 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) фактических данных, необходимых для разработки разнообразных практических мероприятий, направленных на улучшение жизни горожан и сельского населения, на развитие промышленности и сельского хозяйства, на обеспечение, как, очевидно, сказали бы сейчас, экологически обоснованного функционирования крупной городской агломерации. Успех программы, эффективность намечаемых работ и достоверность результатов могут быть гарантированы, по мнению Докучаева, соблюдением следующих требований (принципов), составляющих суть методологии проектируемых исследований [1, 2, 6]. 1. Научный характер исследований. Исследования должны быть строго научными, ибо «только такие исследования вполне надежны, безусловно объективны и точны». 2. Комплексный характер исследований. Необходимо изучать не только отдельные элементы природы, «но, по возможности всю природу, взятую в целом, единую и нераздельную. В связи с этим, важнейшей задачей должно быть разъяснение тех соотношений и взаимодействий, той живой и постоянной связи, каковые… существуют между всеми силами, телами и явлениями природы… Познание именно таких соотношений и составляет сущность всяких научных изысканий и… служит вернейшим средством овладеть упомянутыми силами, явлениями и телами, и направить их на службу и благо человечества; а это и есть единственная, так сказать, заветная цель всех истинно общественных и государственных мероприятий». 3. Цельный, всесторонний (системный) характер исследований. Следует обращать особое внимание на те природные тела и явления, которые нам кажутся теперь наиболее важными для жизни человека. Однако, во-первых, «никто не может поручиться, что преимущественное изучение именно этих тел и явлений принесет человеку наибольшую сумму добра и пользы». Во-вторых, бывает так, что «новый научный факт, новое открытие кажутся сегодня имеющими чисто теоретический… интерес; завтра же они могут приобрести величайшее значение для жизни и практики». В-третьих, «ни один организм, ни одно явление природы не стоят особняком, совершенно изолированными, а поэтому и не могут быть изучены и поняты вполне без соответственных исследований соседних организмов и явлений». Именно поэтому, утверждает Докучаев, «необходимо непременно цельное, всестороннее (естественноисторическое и физикогеографическое) исследование, по возможности, всей природы Петербурга и его окрестностей, а не отрывочное знакомство только с ее отдельными частями и элементами». Системность исследований обусловливалась и тем, что, по сути, впервые предполагалось использовать так называемый бассейновый подход: районом работ определялась не просто территория города и его окрестностей, но весь «естественный бассейн Невы», с включением примыкающих частей Финского залива и Ладожского озера, являющихся составной частью данного природного сопряжения. Через много лет такой подход станет одним из важнейших методологических принципов в геоморфологических и гидрологических исследованиях, при изучении экосистем и опорным понятием в экологии (см., например, [5, 10]), он будет положен в основу бассейново-ландшафтной концепции природопользования (см., например, [3]). При использовании бассейнового подхода гидрологический цикл трактуется как соединительный информационный элемент между различными частями исследуемой экосистемы. В отечественной литературе родоначальником такого подхода часто (и во многом справедливо) называют Р. Хортона (см., например, [4]). Действительно, Хортон не только одним из первых обратил внимание на гидрологическую и на общегеографическую роль речных систем и их бассейнов, но и осуществил содержательный анализ взаимодействующих в бассейне природных факторов [7]. Тем не менее именно Докучаев впервые столь явственно обозначил бассейновый принцип в качестве важнейшего исследовательского инструмента окружающей среды крупной городской агломерации. 30 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 4. Закономерная последовательность, этапность исследований. В первые 2–3 года, считает Докучаев, необходимо выполнить комплексные физико-географические и естественноисторические исследования. В свою очередь, их результаты послужат (в последующие 4–6 лет) основой для сельскохозяйственных, гигиенических и ветеринарных («в таком порядке и пойдут предстоящие работы») изысканий. Когда же будет закончен «весь цикл намеченных изысканий, – пишет ученый, – тогда… явятся твердые основания и тех чисто практических мероприятий, которые наиболее важны и исполнимы». Отсюда следует, что разработка и осуществление каких-либо практических мероприятий должны осуществляться только на основе опережающих научных изысканий. 5. Практическая значимость конечных результатов работ. «Конечными, наиболее осязательными результатами… исследований, помимо… специальных работ, – различного рода отчетов, монографий, описаний и пр., должны быть «детальные карты С.Петербурга и его окрестностей», в том числе такие, как гипсометрическая, геологическая (с отображением горизонтов грунтовых вод и полезных ископаемых), почвенная, зоологическая, ботаническая, сельскохозяйственная, гигиеническая, ветеринарная. Докучаев особо подчеркивает, что в каждом случае будут созданы, «вероятно, несколько карт». (В сущности, речь идет о создании «Экологического атласа города», имеющихся сейчас для ряда городов России, хотя, по мнению автора этих строк, не отражающих всей информации, которую планировалось получить Докучаевым.) Кроме того, по каждому разделу программы должны быть подготовлены «сводные, цельные» описания, а также общее (возможно популярное, отмечает ученый) описание природы С.-Петербурга и его окрестностей. 6. Обязательное массовое издание результатов исследований, «хорошо иллюстрированное рисунками, чертежами, таблицами, профилями и картами», которое «должно сделаться настольной книгой и для ученого, и для практического врача, и для гигиениста, и для инженера, и для моряка, и для архитектора, и для всякого образованного человека, обывателя столицы», доступные и понятные «и градоначальнику, и всякому обывателю». 7. Профессионализм, компетентность руководителей исследований, а также создание специального учреждения, осуществляющего руководство работами и синтез полученных результатов. Докучаев убежден, что «не может… подлежать сомнению, что одновременное, цельное, всестороннее и руководимое одним и тем же ученым учреждением, выполнение всех… программ будет гораздо плодотворнее и потребует гораздо меньших затрат, чем если бы пришлось (а этого, во всяком случае, рано или поздно, не избежать) предпринимать те же изыскания, но по частям, отдельно для каждого частного случая и запроса жизни и практики (например, для канализации, осушки, защиты от наводнений, культуры (окультуривания – Е.Я.) болот и пустырей и пр.), если бы таковые исследования (как это и бывало не раз) производились по односторонним программа и под ответственностью отдельных, не всегда компетентных руководителей». Составной частью такого единого ученого учреждения, своеобразным информационно-аналитическим центром, по мнению Докучаева, мог бы стать Столичный музей, где должны быть помещены все коллекции, которые будут собраны в ходе исследований, все созданные печатные и рукописные труды, вся известная печатная и рукописная литература по бассейну Невы и т. д. Ученый считает, что только при наличии подобного музея «мыслимо поставить преподавание родиноведения так, чтобы оно действительно заслуживало это название» [14]. Нет сомнений, что сформулированные Докучаевым принципы всестороннего научного исследования территории речного бассейна, с расположенным в его пределах крупным городом, не утратили своего значения и в наши дни. Больше того, именно на таких принципах и должны базироваться, говоря словами нашего великого соотечест31 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) венника, «надежные, безусловно объективные и точные» комплексные исследования окружающей среды любого региона. Литература 1. Докучаев В. В. Детальное естественноисторическое, физико-географическое и сельскохозяйственное исследование С.-Петербурга и его окрестностей // VIII съезд русских естествоиспытателей и врачей в С.-Петербурге от 29 декабря 1889 г. до 7 января 1890 г. Общий отдел. – СПб., 1890. – С. 119–124. 2. Докучаев В. В. Детальное естественноисторическое, физико-географическое и сельскохозяйственное исследование С.-Петербурга и его окрестностей. – СПб., 1890. 3. Зотов С. И. Бассейново-ландшафтная концепция природопользования // Известия РАН. Серия Географическая. – 1992. – № 6. – С. 55–65. 4. Корытный Л. М. Бассейновый подход в географии // География и природные ресурсы. – 1991. – № 1. – С. 161–166. 5. Репрезентативные и экспериментальные бассейны. Международное руководство по исследованиям и практике. – Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 6. Труды Комиссии по исследованиям С.-Петербурга и его окрестностей в физико-географическом, естественноисторическом, сельскохозяйственном, гигиеническом и ветеринарном отношениях. – СПб., 1894. – Ч. 1. 7. Хортон Р. Е. Эрозионное развитие рек и водосборных бассейнов: Пер. с англ. – М.: ИЛ, 1948. 8. Янин Е. П. История одной научной программы (В. В. Докучаев – инициатор комплексных исследований окружающей среды городских агломераций). – М.: ИМГРЭ, 2003. 9. Янин Е. П. Василий Васильевич Докучаев – инициатор комплексных исследований городской среды // Известия РАН. Серия Географическая. – 2007. – № 2. – С. 113–120. 10. O`Sullivan P.E. The ecosystem-wathershed cocept in the environmental scinces – a review // International Journal of Environmental Studies, 1979. – Vol. 13. – № 4. – Р. 273–281. V. V. DOKUCHAEV AND HIS PRINCIPLES OF A COMPREHENSIVE RESEARCH OF THE ENVIRONMENT OF A LARGE CITY E. P. Yanin The formulated by V.V. Dokuchaev, the basic principles of a comprehensive study of the environment and economic factors that change it. Based on these principles, a program for a comprehensive study of the nature of the city of St. Petersburg and its environs was developed. For its time, this program was unique and had no analogues. Keywords: V. V. Dokuchaev, environment, city, river basin, scientific program, research methods, nature management. 32 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 550.47:01.89 ИСТОРИЯ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В БИОГЕЛ АН СССР Л. Д. Виноградова Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

В. И. Вернадский в 20-х годах прошлого столетия разработал научную концепцию биосферы как геологической оболочки Земли, структура и энергия которой созданы деятельностью живого вещества в течении всей геологической истории нашей планеты. Он ввёл в науку понятие о живом веществе и указал на его роль в геохимических процессах, происходящих на планете. Это определило формирование новой науки – биогеохимии, основной задачей которой стало изучение планетарной деятельности живого вещества в биогенной миграции химических элементов. В статье отражен период деятельности БИОГЕЛ со времени создания до 70-х гг. XX века. Ключевые слова: Биогеохимическая лаборатория, биогеохимия, В. И. Вернадский, А. П. Виноградов, Я. Гейровский, химический состав, радиоактивность, экспедиции, аналитические методы, полярографический метод. Систематические биогеохимические исследования в СССР были начаты в Отделе живого вещества Комиссии естественных производительных сил России (КЕПС), созданного академиком В. И. Вернадским в 1926 г. по его возвращении после четырёхлетнего пребывания во Франции. Пребывание Владимира Ивановича во Францию слишком затянулось и срок его заграничной командировки, продлённый усилиями Непременного секретаря Академии наук академиком С. Ф. Ольденбургом, истёк ещё в 1924 г., после чего последовал ультиматум вернуться на Родину, исключение из действительных членов Академии наук СССР и прекращение финансирования его командировки. Такое давление оскорбляло Вернадского, но эмигрировать он не собирался. Столь долгое пребывание за рубежом было обусловлено многими причинами. Вопервых, его работа, начатая с чтения курса лекций в Сорбонне, которое и было целью зарубежной командировки, всё разрасталась. Кроме того, в 20-ые годы прошлого столетия он был поглощён разработкой научной концепции биосферы как геологической оболочки Земли и ролью живого вещества в геологических процессах, происходящих на нашей планете. Для разработки этой концепции возникло твердое решение создать Лабораторию живого вещества, на что можно было получить стипендию из Фонда Розенталя. Затем Мария Кюри обратилась к Владимиру Ивановичу с предложением исследовать весьма любопытный минерал кюрит из Центральной Африки и, наконец, преподавание в Пражском университете. Все эти проблемы отдаляли возвращение в СССР, но после долгих раздумий, и не получив поддержку зарубежных учёных по созданию Лаборатории живого вещества, что вероятно сыграло первостепенную роль, Владимир Иванович решает вернуться на Родину при условии получения гарантии личной безопасности, восстановления его в звании академика и гарантии финансирования его дальнейшей научной работы. Вернувшись в Ленинград в 1926 г., при поддержке Президиума Академии наук, он организует Отдел живого вещества вначале с двумя штатными сотрудниками и рядом нештатных Первыми научными сотрудниками Отдела живого вещества стали: проф. В. С. Садиков – биолог, А. П. Виноградов – химиканалитик, Б. К. Бруновский – физик-радиолог, М. М. Соловьёв – специалист по сапро33 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) пелю, М. А. Савицкая – сотрудник Бюро библиографии КЕПС и химики-аналитики КЕПС К. Г. Кунашева и Г. Г. Бергман. В. И. Вернадский возложил на А. П. Виноградова организацию первых в мире систематических исследований по изучению химического элементного состава морских организмов с целью выяснения геохимической роли живого вещества в биосфере. В А. П. Виноградове Владимир Иванович увидел своего единомышленника, талантливого и целеустремлённого исследователя. Удивительно, но ещё в детские годы Александр Павлович задумывался над вопросом: «почему растут животные и растения и из чего они состоят». Желание дать научное объяснение этому явлению привело его в 1921 г. на лекцию В. И. Вернадского по биогеохимии, которую знаменитый профессор читал для всех желающих в Академии наук. Именно с этой лекции начались многолетняя дружба и сотрудничество двух выдающихся учёных. Именно по совету В. И. Вернадского А. П. Виноградов начинает научно работать c 1922 г. на кафедре биохимии у проф. В. С. Садикова по изучению содержания химических элементов в больших и малых организмах и публикует свои первые две статьи в области биогеохимии: 1. Untersuchungen uber die Zusammensetzung deslebendigen Substrats: Mitt. 1. Uber den Gehalt an Wasser und organogenen Elementen an Wasser in kleinen Organismen (Biochem Z. 1924. Bd 150. S. 372–376. Сo-aut.: Sadikow W. S.). и Idеm: Mitt. 2. Uber den Gehal an Wasser und organogenen Elementen in griszeren Organismen (Ibid. S. 377–391. Coaut.: Sadikow W. S.) В 1926 г. А. П. Виноградов – преподаватель кафедры физиологической химии Военно-медицинской академии, которую окончил в 1924 г. одновременно с химическим отделением физико-математического факультета ЛГУ. Таким образом, с 1926 г. А. П. Виноградов возглавляет систематические биогеохимические исследования северных морей и первыми шагами в этом направлении стала разработка на Мурманской биостанции ряда специальных методик по способам отбора живого вещества в море и его хранению, по определению веса (массы) морских животных, по учёту количества живого вещества в море и т. д. С 10 по 29 июля 1926 г. он принимает участие в плавании экспедиционного судна «Персей», на котором с помощью специальных приспособлений осуществлял отбор животных, растений, планктона, проб воды из моря для определения химического элементного состава и радиоактивности, отрабатывая при этом методики пробоотбора. В 1926 г. А. П. Виноградов вместе с В. И. Вернадским издают серию из пяти наставлений для определения геохимических постоянных: В. И. Вернадский 1. «Определение геохимической энергии (величины Δ, V, е) однолетних цветковых растений» и 2. «Определение геохимической энергии (величины Δ, V, е) некоторых групп насекомых» и А. П. Виноградов: 1.«Правила определения среднего веса животных и растений». 2. «Правила сбора планктона на химический элементарный анализ». 3. «Правила сбора организмов для анализа на радиоактивность». Этим публикациям Владимир Иванович Вернадский придавал большое значение, так как указанные правила явились первой методологической работой Отдела живого вещества. Организация и проведение научно-исследовательских работ создавались буквально на пустом месте и сопровождались постоянными трудностями. Поначалу не было ни лабораторного оборудования и посуды, ни приборов, ни химреактивов и т.д. Находясь за границей, В. И. Вернадскому приходилось следить через представителя Академии наук в русском торгпредстве за выполнением заказов Отдела живого вещества по закупке приборов, электрических печей, иенской химической посуды, реактивов и другого оборудования для работы и даже покупать на свои денежные средства необходимые реактивы и научную литературу. Возмущаясь бюрократической работой чиновников русского торгпредства в Германии, Владимир Иванович писал Александру Павловичу: «Дорогой Александр Павлович! Представьте себе, что заказ наш не был сделан и только когда я пришёл, то 34 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) в этот день обещал Гаврилов его двинуть, в тот же день! И деньги есть и всё - но люди, которые ведут это дело – не работники, а белки-трутни. Я добьюсь, конечно, его выполнения – но при такой постановке дела далеко не уедешь [5]. Если бы научные работники здесь попали бы в такое положение, в котором находимся мы, то работа давно бы уже встала, а мы все еще продолжаем работать» [9]. Кроме того, ассигнования Академии наук СССР Отделу живого вещества были чрезвычайно малы, что привело практически к катастрофическому состоянию работ к концу 1928 г. В связи с этим В. И. Вернадский был вынужден обращаться с особыми записками о состоянии работ в Президиум Академии наук (2 мая и 10 сентября 1927 г.) и с официальными письмами к Непременному секретарю АН СССР академику С. Ф. Ольденбургу и к Управляющему делами СНК СССР И. П. Горбунову (10 февраля 1928 г.). И только после обращения В. И. Вернадского в соответствующие инстанции Академии наук было предоставлено право ассигновать Отделу живого вещества 7000 рублей из остатков суммы на научные командировки. В течение 1927 и 1928 гг. было получено от Академии наук в общей сложности 19 000 рублей, что дало возможность приобрести необходимые реактивы, посуду, лабораторную мебель и, главное, оплатить труд сотрудников. Но, несмотря на все трудности, благодаря умению подбора людей для научных исследований, работа уверенно двигалась по намеченному плану [10]. В течение короткого времени А. П. Виноградов становится «правой рукой» В. И. Вернадского и осуществляет научное и административное руководство во время его длительных научных командировок за границу, организует и проводит экспедиции в различные районы Союза для сбора материала для исследований. Особенно большое значение имели экспедиции первых лет: на Мурманскую биостанцию (1926–1932), в район Петергофа под Ленинградом (1927), на Шатиловскую опытную станцию под Москвой, на озеро Байкал (1927), в Залучье на Сапропелевую станцию (1927), на Украину в Староселье (1928) и в Казаровичи (1929), на Севастопольскую биостанцию на Черном море и т. д. (рис. 1). Рис. 1. Экспедиция в Староселье (Украина). Лов насекомых. Х. Г. и А. П. Виноградовы. 1928 г. Об организации и ходе экспедиционных работ Александр Павлович подробно писал Вернадскому, который, как правило, каждый год в весенне-летний период находился в научных командировках за границей. И этих писем из Ленинграда Владимир Иванович всегда очень ждал и читал с большим интересом: «Глубокоуважаемый и дорогой Владимир Иванович! (писал Александр Павлович Вернадскому 23 мая 1927 г. в Берлин) 35 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) «Вчера с 4 сотрудниками я перевёз всё необходимое для работ по взвешиванию и сбору в Петергоф. C 24/V начинаются систематические работы Петергофского отделения. Вчера же была сделана попытка ознакомится непосредственно с флорой Петергофа. Наиболее встречающимися оказались (из весенней флоры) Anemóne nemoroza L., Chrisosplenium alternifolium L. и Luzula campestris D.S., но y всех у них длинные ползучие корни. Пока мы отказываемся от них и ищем новые. По-видимому, нам придётся из парка перейти в поле и луга. В течении этой недели (с 23 по 30) сотрудники: 1. ознакомятся с гербарием и ботаниками Петергофского института, 2. сделают ряд взвешиваний для выяснения методики определения веса растений, 3. отыщут виды, годные для нас. Все сотрудники переезжают на постоянное жильё в Петергоф 24 мая. Сотр[удник] Ак. Скориков уже переехал, но в связи с холодом, вернулся обратно. Сейчас несколько потеплело, но дожди (12 градусов в тени). Насекомых в массовом количестве ещё нет. В пятницу 27 мая буду в Петергофе. В Радиевом институте получена бомба с кислородом. Печь- устанавливается. К сожалению, эти дни болела Бергман и её нельзя было непосредственно приспособить к налаживанию элементарного анализа. Думаю, что с конца этой недели начнутся первые сжигания (обучения). Вместо Головчинской, которая уехала, В. С. взял новую сотрудницу Блюменталь. Она будет работать в вечернюю смену в Радиевом институте. 500 рублей (из 4000 рублей) уже израсходованы. Получил столы, аппаратуру для Kieldahl,я и т.д. Сегодня выдают спирт. Петергоф с некоторым трудом получил точные весы (от В.Г.). Правила № 3 (вес) на днях обещали выпустить. № 4 и № 5 только сегодня отправятся в издательство. Всячески тороплю. Во вторник С[оловьёв] М. М. отправляется в Детское Село для забора планктона из местных прудов. Таким образом, всё медленно, но упорно подвигается вперёд. Посылаю Вам: 1) адрес фирмы и заказ М. М. и 2) адрес пред[ставителя] Академии Гаврилова - вот он: Berlin, S.W. 68, Linden Str. 20-25. Русск[ое] Торгпредство… . Наши 2 нихромовые печи на 110 V 8-9 ампер переменного тока заказаны у фирмы Herans,а (печи для элементарного анализа и два вакуум-шкафа по их каталогу 1926 г.)). Передавайте мой искренний привет Наталье Егоровне. Желаю Вам всего доброго. Уважающий Вас Ваш А. Виноградов [11]. За период летних экспедиционных работ в районе Петергофа в 1927 г. по особым правилам, изданным Вернадским и Виноградовым, было собрано: 31 вид растений, 20 видов животных, несколько биоценозов и планктон озера. Всего более 370 000 отдельных организмов (неделимых) или 20,5 кг. Кроме того, взяты пробы почв, воды (среда обитания животных и растений) для анализа на радиоактивность [3]. Опыт летних работ показал невыполнимость поставленных научных задач из-за бедности флоры и фауны и плохой погоды, поэтому по договорённости с Украинской Академией наук летние экспедиционные работы БИОГЕЛ в 1928 г. проходили на Днепровской биологической станцией АН УССР в селе Староселье, в 20 км от Киева, где работала биологическая группа по сбору организмов и растений, а в Киеве в лаборатории академика В. Г. Шапошникова Киевского института народного хозяйства под руководством А. П. Виноградова работала группа химиков БИОГЕЛ, которая выполняла все необходимые химические анализы растительного и животного материала, доставленного из Староселья. Во второй половине августа работами руководил В. И. Вернадский. Перед участниками экспедиции были поставлены задачи: 1. Организовать сбор 30 видов растений и 30 видов животных, преимущественно насекомых, для определения полного химического элементарного состава и определения Ra. 2. Впервые организовать определение геохимических констант для ряда растений и животных. 3. Провести на растительном и животном материале прямые определения воды в организмах 36 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) и определить потери С, N и других элементов при высушивании организмов при разных условиях [8]. Первые результаты исследования показали, что вес всех травянистых растений чрезвычайно мал, и что потери воды растениями происходят у большинства в первые 15 мин. после сбора. Чтобы избежать эти потери воды, первая обработка материала стала производиться сначала на станции в Староселье, а затем его переправляли в Киев в лабораторию академика Шапошникова для проведения исследований (рис. 2). Рис. 2. Экспедиция на Украину. Возвращение в Киев из заповедника Заспу-Кончу по Днепру. А. П. Виноградов и В. И. Вернадский на корме лодки. 1928 г. Специальные требования к сбору растительного материала для различных анализов вызывали большие трудности. Например, для определения и подсчёта среднего веса растений требовалось собрать не менее, чем 400 экземпляров растений каждого вида. Сбор животного материала представлял ещё большие затруднения. Предварительные списки, главным образом насекомых, составленные вместе с украинским специалистами, учитывая опыт Петергофской экспедиции, пришлось изменить, т.к. холодное лето сильно ограничило появление нужных насекомых в больших количествах и в определённые сроки. Для каждого вида насекомых пришлось организовывать специальные методы ловли [12]. 1 октября 1928 г. по постановлению СНК СССР на базе Отдела живого вещества КЕПС организуется самостоятельная Биогеохимическая лаборатория АН СССР (БИОГЕЛ) с двумя отделами: специальных методов исследования, возглавляемый профессором B. C. Садиковым, и химическим отдедлм под руководством старшего специалиста А. П. Виноградова, во главе с директором академиком В. И. Вернадским. 37 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Основной научной задачей Лаборатории являлось познание явлений жизни с геохимической точки зрения. С этой целью в Лаборатории были поставлены систематические работы по количественному определению массы живого вещества, его среднего химического состава и геохимической энергии; по исследованию радиоактивности организмов и среды их обитания; по сравнительному изучению изотопного состава химических элементов живого и неживого вещества и т. д. Эта область науки была совершенно новой и нигде больше ни в Союзе, ни за границей подобные исследования не проводились (рис. 3). Рис. 3. Сотрудники Биогеохимической лаборатории. Слева-направо. Верхний ряд: Г. Г. Бергман, М. А. Нарышкина, ?, Ш. Е. Каминская, Н. К. Воскресенская. Нижний ряд: Н. В. Садикова, Е. В. Кубовец, ?, А. П. Виноградов, затем К. Г. Кунашева, Н. С. Смирнов. 1929 г. Основная деятельность БИОГЕЛ в области биогеохимии, заключалась в сборе объектов биосферы и в аналитической работе, состоящей в изучении вещества аналитическими методами. Сбор биологического материала осуществлялся в экспедициях, которые велись широким фронтом в различных районах страны по ранее разработанному плану. В области аналитической химии вся деятельность лаборатории проходила под руководством А. П. Виноградова как заведующего химическим отделом. Ещё в Отделе живого вещества Александр Павлович проявил себя как талантливый химиканалитик, прекрасно владеющий существующими в то время методами анализа: гравиметрическими, титриметрическими, колориметрическими, методами органического элементного анализа и т. д. Им лично был разработан метод определения ванадия с фосфорно-вольфрамовой кислотой [2] и экстракционно-колориметрический метод определения молибдена в виде его роданидного комплекса [4], которые широко использовались в биогеохимических исследованиях и при анализе почв и пород. В 30–40 годы прошлого столетия А. П. Виноградов сделал очень многое для формирования и развития аналитической базы исследований. В. И. Вернадский, характеризуя этот вид деятельности Виноградова, писал в 1943 г.: «В значительной мере благодаря его организаторскому таланту Биохимическая лаборатория Академии преврати38 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) лась в один из мощных современных центров работы по аналитической химии в нашей стране, что ясно выразилось на I-ом Всесоюзном съезде по аналитической химии, заместителем председателя которого был А. П. Виноградов» [7]. И, действительно, в тот период времени в Биогеохимической лаборатории с успехом использовались самые современные по тому времени методы изучения вещества: атомно-эмиссионный спектральный анализ с дугой в качестве источника возбуждения и фотографической регистрацией спектра, рентгеноспектральные, колориметрические, методы полярографического анализа и др. Кроме ежегодных экспедиций, география которых постоянно расширялась, впрочем, как и список изучаемых объектов биосферы, Биогеохимическая лаборатория начинает проводить исследования по договорным работам. Ещё в 1928 г. по предложению В. И. Вернадского Институт по изучению профессиональных заболеваний им. В. А. Обуха начинает сбор свинца из выделений и тканей человека для изучения его атомного веса [13]. В 1931 г. Биогеохимическая лаборатория заключила договор с Государственным радиевым институтом о дальнейшем развитии работ по определению радия в организмах сроком на два года при общем руководстве БИОГЕЛ [14]. В 1932 г. по предложению В. И. Вернадского и А. П. Виноградова был заключён договор с Ленинградским филиалом Научно-исследовательского института пищевой промышленности о выполнении следующих работ: определение Аl в животных продуктах, определение йода и Pb в пищевых продуктах и распределение Cu также в пищевых продуктах [15]. Работой руководил А. П. Виноградов. В этом же году совместно с Государственным океанографическим институтом (ГОИН) проводилась работа по изучению содержание йода в бурых водорослях Баренцева моря-Laminarie. Однако позже А. П. Виноградовым и Г. Г. Бергман. было показано, что и среди красных водорослей существуют виды, богатые йодом [16]. В 1932 г. в тематический план БИОГЕЛ впервые по предложению Уровского научно-исследовательского института были включены работы по изучению геохимии определённых районов СССР, местное население которых страдало эндемическими заболеваниями, с целью выяснения причин их возникновения. В то время в литературе были описаны случаи, когда у населения отдельных районов отмечалось увеличение зоба, связанное с недостатком йода в пище. Кроме того, В. И. Вернадский указывал на недостаток Р как на возможную причину возникновения эндемического заболевания, получившей название болезни Кашин-Бека или уровской эндемии. В апреле 1932 г. БИОГЕЛ заключил договор с Восточно-Сибирским крайздравотделом (г. Иркутск) о проведении летом этого года экспедиционных работ в районе Восточного Забайкалья по сбору материала для его исследования на содержание йода и брома. Были разработаны два маршрута для сравнения, проходящие по «здоровым» и «больным» областям. 1 февраля 1932 г. был заключён отдельный договор с Восточно-Сибирским крайздравотделом на проведение химического анализа костей больных бековской болезнью. Всеми работами по изучению уровской эндемии руководил А. П. Виноградов. В связи с уровской экспедицией задачей экспедиции, проходившей в районе Киева в 1932 г., стал параллельный сбор материала на изучение содержания йода для сравнения йодного баланса «здоровых» и «больных» областей [17]. Своими исследованиями, проведёнными позже, А. П. Виноградов блестяще опроверг существовавшие предположения причин уровской эндемии, показав, что таковыми является недостаток Са в пищевой цепи. В 1931 г. В. И. Вернадский для расширения «морской» тематики организует Биогеохимический отдел в Государственном океанографическом институте (ГОИН) в составе: А. П. Виноградов - старший химик и научные сотрудники: А. Н. и А. М. Симорины, С. Е. Аркина, П. Д. Конценеленбоген, В. П. Клокачёв, а с 1932 г. – Х. Г. Виноградова-Томашевская. Каждое лето ГОИН предоставлял сотрудникам Биогеохимической 39 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) лаборатории 2–3 рабочих места на Мурманской биостанции, которая входила в его состав. Но отдел Вернадского просуществовал недолго. В 1933 г. в связи с решением правительства превратить северную часть Кольского полуострова в укреплённый район стратегического значения, Мурманская биостанция была закрыта, а все сотрудники станции были арестованы Экономическим отделом полномочного представителя ОГПУ в ленинградском военном округе. ГОИН, чего так боялся В. И. Верналский, был реорганизован во Всесоюзный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) и передан в систему Наркомпищепрома. Вред, нанесённый гибелью Мурманской биостанцией, был огромен, так как надолго было прервано развитие фундаментальной гидробиологии северных морей и, вместе с тем, Биогеохимическая лаборатория лишилась научной базы по изучению морских организмов [6]. В сложившейся ситуации вопрос о заграничной научной командировке А. П. Виноградова, которой Вернадский добивался с 1929 г., стал как никогда актуален. Командировка Виноградова состоялась только через 3 года в 1936 г. с целью ознакомления с постановкой океанографических исследований во Франции и Англии, т.к. Владимир Иванович считал, что Биогеохимическая лаборатория должна «иметь свои станции: морскую и сухопутную». В ходе командировки Александр Павлович заезжал в Прагу в лабораторию проф. Я. Гейровского -изобретателя весьма точного метода исследований- полярографии с тем, чтобы освоить этот метод, а вернувшись в СССР, внедрить его в практику Биогеохимической лаборатории. Во время командировки Александр Павлович посетил и подробно познакомился с устройством и деятельностью биостанций на юге и севере Франции: в Баньюльс-сюр Мере, Аркашоне и в Роскове. В Англии – с биологическими станциями в Ротамстиде под Лондоном, в Плимуте и на острове Мэн. В Париже посетил крупнейшие научные учреждения и познакомился с деятельностью: институтов Пастера, Кюри, Сорбонны, Института физико-химической биологии, работал в научных библиотеках Сорбонны, Музея естествознания, Национальной библиотеке Франции и в крупнейших научных библиотеках Лондона. Командировка А. П Виноградова имела большое значение для истории науки, т.к. оказалось, что исследования в области биогеохимии в научных учреждениях Запада находились в зачаточном состоянии, а в некоторых- вообще не проводились, в то время как благодаря упорной, самоотверженной и многогранной деятельности в течении 10 лет всего коллектива Биогеохимической лаборатории Советский Союз стал родиной зарождения и становления биогеохимии как новой области знаний. Выдающаяся роль в развитии учения В. И. Вернадского о живом веществе принадлежит А. П. Виноградову. Своими исследованиями он заложил и развил биогеохимическое направление в естествознании. В результате многолетнего изучения химического элементного состава морских организмов накопленный огромный массив количественных данных был обобщен автором и опубликован в концептуальной монографии «Химический элементарный состав организмов моря», вышедшей в СССР тремя отдельными частями: в 1935, 1937, 1944 годах и в США в 1953 г. на английском языке, что принесло А. П. Виноградову мировую известность. В монографии автором было показано, что химический элементарный состав морских организмов является их видовым признаком, выработанным в результате длительного взаимодействия со средой обитания, а также доказал наличие практически всех химических элементов в живых организмов и изменение химического состава морских организмов в связи с их эволюцией. В монографии впервые были заложены принципы химической экологии. Во второй половине 30-х годов А. П. Виноградов вводит в науку новое понятие «биогеохимические провинции и описывает эндемические заболевания человека и животных (зоб, уровская болезнь, флюороз и др.), связанные с аномальным содержанием химических элементов в среде обитания. Он изучил ряд провинций с аномальным содержанием йо40 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) да, фтора, бора, молибдена, кобальта, меди и т. д., что позволило ему разработать научно-обоснованные методы борьбы с эндемиями и обосновать практическое применение ряда микроэлементов в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Этим исследованиям учёный посвятил 15 публикаций: «Биогеохимические провинции и эндемии» (1938), «Изучение биогеохимических провинций в связи с их народно-хозяйственным значением» (1939) и др. Существенным моментом в развитии учения о биогеохимических провинциях является техногенез и техногенное развитие биосферы. В 70-е годы А. П. Виноградов одним из первых в Союзе посвящает проблемам загрязнения окружающей среды ряд публикаций. Огромный резонанс получила концептуальная статья «Технический прогресс и защита биосферы» (1973), опубликованная в научных журналах и во всех центральных газетах страны. В 1973–1975 годах А. П. Виноградов – председатель Научного совета АН СССР по проблемам биосферы [1]. Исследованию почв А. П. Виноградов посвятил монографию: «Геохимия редких и рассеянных химических в почвах», опубликованную в 1950 г. и удостоенную Сталинской премии 1951 года. В этом труде автор представил принципиально новые положения о связи организмов и среды обитания через миграцию химических элементов. Проблеме изучения содержания микроэлементов в живых организмов учёный посвятил ряд исследований 30-х годов: марганец в насекомых, ванадий, кобальт, никель, цинк в различных организмах. Эти исследования интересовали А. П. Виноградова с точки зрения изучения вопроса о связи уровня содержания данного химического элемента с таксономическим положением организмов. В послевоенные годы изучение распределения химических элементов между организмами и средой привело к разработке важной по своему значению теме: «Растения-концентраторы химических элементов». Было доказано, что повышенное содержание некоторых химических элементов в растениях и почвах является признаком для поиска руд. В развитие этих идей были предложены биогеохимические методы поиска полезных ископаемых. В частности, А. П. Виноградовым и Д. П. Малюгой была показана возможность биогеохимических поисков руд цинка, свинца, меди, никеля и др. Биогеохимическая тематика долгие годы оставалась в поле зрения учёного. В 1950 г. А. П. Виноградов в организованном им в 1947 г. Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского проводит совместно с ВАСХНИЛ биогеохимическую конференцию «Микроэлементы в сельском хозяйстве». В 1965 г. в Киеве на IX Менделеевском съезде выступает с докладом: «Микроэлементы и задачи науки». В 1965 г. А. П. Виноградов первым из советских учёных был награждён Президиумом АН СССР Золотой медалью им. В. И. Вернадского за выдающиеся работы в области биогеохимии, геохимии и космохимии. Литература 1. АРАН. Постановление Президиума АН СССР от 5 июля 1973 г. Пункт 556. 2. Виноградов А. П. Колориметрическое определение ванадия с фосфорно-вольфрамовой кислотой // ДАН СССР. Сер. А. – 1931. – № 10. – С. 249. 3. Виноградов А. П. Отчёт о текущей работе в Управление делами КЕПС. АРАН. – Ф. 556. – Оп. 1. – Д. 1. – Л. 7.). 4. Виноградов А. П., Виноградова Х. Г. Экстракционно-колориметрический метод определение молибдена в виде его роданидного комплекса // ДАН СССР. – 1948. – Т. 62. – № 5. – С. 657. 5. Виноградова Л. Д. Я не мог пройти мимо науки… . (О жизни и деятельности академика А. П. Виноградова) // М.: Наука, 2007. – С. 64. 6. Там же. С. 68–69. 7. Там же. С. 85. 41 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 8. Отчёт о деятельности АН СССР за 1928 г. // Изд-во АН СССР. – 1929. – Ч. II. – Л. 271. 9. Переписка В. И. Вернадского и А. П. Виноградова. 1927–1944. Отв. ред. д. г.м.н. А. А. Ярошевский. Сост и автор коммент. Виноградова Л. Д. // М.: Наука, 1995. – Письмо № 2. – С. 8. 10. Там же. Комм. 11 к письму № 7. – С. 15. 11. Там же. Письмо № 1. – С. 5–6. 12. Там же. Комм. 1 к письму № 35. – С. 48. 13. Там Же. Комм. 4 к письму № 36. – С. 50. 14. Там же. Комм. 3 к письму № 57. – С. 70. 15. Там же. Комм. 7 к письму №77. – С. 89. 16. Там же. Комм. 12 к письму № 75. – С. 88. 17.Там же. Комм. 3 и 4 к письму № 74. – С. 86. THE HISTORY OF BIOGEOCHEMICAL RESEARCHES IN THE BIOGEL OF THE USSR ACADEMY OF SCIENCES L. D. Vinogradova V. I. Vernadsky in the 20s of the last century developed the scientific concept of the biosphere as the geological sphere of the Earth, the structure and energy of which are created by the activity of living matter throughout the geological history of our planet. He introduced the concept of living matter to science and pointed out its role in the geochemical processes occurring on the planet. This determined the formation of a new science – biogeochemistry, whose main task is to study the planetary activity of living matter in the biogenic migration of chemical elements. The article reflects the period of activity of BIOGEL from the time of its creation to the 70s. XX century. Keywords: Biogeochemical laboratory, BIOGEL, biogeochemistry, V. I. Vernadsky, A. P. Vinogradov, Ya. Geyrovsky, chemical composition, radioactivity, expeditions, analytical methods, polarographic method. УДК 550.4 ЗАБЫТОЕ ПИСЬМО В. И. ВЕРНАДСКОГО А. Е. ФЕРСМАНУ О. М. Иваницкий, Е. П. Янин Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

Публикуется письмо В. И. Вернадского, не вошедшее в известное издание его писем А. Е. Ферсману. Ключевые слова: В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, архив, переписка, биосфера, живое вещество, симметрия, метеориты. Сохранение, изучение и популяризация научного наследия В. И. Вернадского и документов, относящихся к его жизни и деятельности, есть важная и составная часть стратегии развития отечественной науки и отечественной культуры. Общий объем сохранившегося в архивах творческого наследия Вернадского огромен. Особое место 42 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) в нем принадлежит эпистолярному наследию, объем которого оценивается примерно в 200 авт. л. [5]. Вернадский был связан перепиской с более чем 2000 российских и 300 иностранных корреспондентов. Он, по словам А. Е. Ферсмана, «любил и легко писал письма» [3, с. 61]). Научная, историческая, культурная, просветительская значимость этих писем очень велика; во многих случаях они богаты «научными идеями и размышлениями, которые не нашли отражения в опубликованных работах» ученого [5, с. 103]. К этому следует добавить, что не меньший интерес представляют письма многих корреспондентов к Вернадскому, среди которых было немало, говоря словами самого Вернадского, «удивительных людей» [4, c. 83]. Ферсман придавал изданию писем Вернадского к нему большую значимость: «Я надеюсь, что их удастся издать с примечаниями, так как они дают блестящую картину русского человека и русского общества на переломе двадцатых годов. В этих замечательных письмах, написанных ко мне в разные годы (1907–1945) и при разных условиях жизни, запечатлены самые сокровенные научные мысли В. И., яркие картины прошлого, любви к родине и к науке. Я выделил около 200 таких писем, которые я бережно хранил почти 50 лет; в них во всей красоте и широте раскрывается гениальная натура В. И.» [3, с. 61]. В 1985 г. были опубликованы 204 письма Вернадского Ферсману, которые охватывают продолжительный период их многолетнего общения (первое письмо датируется 29 мая 1907 г, последнее – 22 апреля 1944 г.) [2]. Нам удалось в Архиве РАН, в фонде Вернадского (АРАН. Ф. 518. Оп. 2. Д. 52. Л. 128–128 об.), обнаружить машинописную копию письма Вернадского к Ферсману, которое не было включено в указанное издание. В этом письме Вернадский рассуждает о жизни как космическом явлении, о геологическом значении симметрии, о ноосфере, указывает на необходимость исследования радиоактивности района Борового, ходатайствует за Б. Л. Личкова и С. М. Шика. Письмо публикуется ниже (в тексте части недописанных слов приведены в квадратных скобках, слова, введенные для лучшего понимания смысла, заключены в угловые скобки) и сопровождается справочными примечаниями. «28 апреля 1942 г., Боровое, <Казахская ССР> Дорогой Александр Евгеньевич, Я не решился приехать1, т[ак] к[ак] все время не нахожусь в нормальном состоянии – почти каждый день приходится принимать сердечные лекарства. Но работаю очень хорошо. Послал целый ряд официальных заявлений через Комарова2, которые, я думаю, он доложит в Общем собрании <АН СССР>. Первое, с чем Вы, я думаю, будете не согласны, это сохранение Метеоритного комитета3 в Физико-математическом отделении <АН СССР>. Чем больше я думаю об этом, тем больше убеждаюсь в правильности этого решения. В своей работе я все больше прихожу к убеждению о значении планеты в процессах биологии. В докладе, который я здесь сделал и который дал печататься в «Известиях Академии <наук СССР>», «Геологические оболочки Земли как планеты»4 я указываю, что явления жизни – биосфера существует на Венере и Марсе – микробная жизнь, аналогичная той, которая на Земле отвечает подземной жизни5. Все газы, известные для планет, на Земле всегда биогенны. В этой статье я указываю на первостепенное значение космических лучей и их теплового эффекта в рассеянии элементов. К моему большому удивлению я понял явления симметрии и сейчас обрабатываю отдельную статью (глава в моей книге) «О геологическом значении симметрии»6. Симметрия есть проявление пространственных, т. е. геометрических свойств природных тел и явлений. Отсюда получается, мне кажется, много очень важных выводов. Удивительно, что думая в 1881 г. о симметрии, я только через 60 лет ее понял. В прекрасной книжке Шубникова7 странным образом он этого ее значения не заметил. Виделись ли Вы с Гаузе?8 В его английской книжке9 он напрасно говорит об асимметрии и благодаря этому, мне кажется, не сделал некоторых важных выводов. 43 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Работаю в контакте с Личковым10, который также, как я и м[ожет] б[ыть] больше, указывает на первостепенное значение астрономических явлений в геологических процессах. Надо было бы его устроить в одном из филиалов Академии <наук СССР>. Сейчас он потерял место в Самарканде, т[ак] к[ак] университет самаркандский закрыт. А в Ташкенте ему нельзя жить. Нельзя терять такого первоклассного ученого в горной разведке в настоящий момент. Эта сила должна быть использована. Сделайте все, что возможно для этого. Я хочу Вам указать еще на одного молодого геолога Московского университета – Сергей Михайлович Шик11. Он сейчас в Ашхабаде. О нем будет с Вами говорить Анна Дмитриевна12. Это очень талантливый юноша, блестящий студент, следует его использовать для разведок. Обратите на него внимание. Надо вывести из Ленинграда два выпуска «Метеоритики»13. Я думаю, что очень полезно было бы разослать их за границу. То, что пишут из Ленинграда, ужасно. Елизавета Дмитриевна14 умерла. Мне кажется, что <А.А.> Жданов15 виноват во всем этом, как он бы был виноват в начальной неудаче Финляндской войны16. Нельзя на таких местах держать явно бездарных людей. Был бы там <С.М.> Киров!17 Очень хорошо было бы если бы Вы сюда с Ек[атериной] Матв[еевной]18 заехали. Никак не могу добиться от Хлопина19 как он решает радиоактивное исследование в Боровом. Не отвечает на письма совсем. Надо обратить внимание на усиление текущей иностранной литературы. Имел здесь «Нечюр»20 до 1942 г. Она сейчас очень важна. Мой экземпляр читается всеми. «Литерари Таймс»21 получил за январь. Много думаю о будущем, которое мне представляется «Ноосферой». Как только кончу статью о «Геологическом значении симметрии» – примусь за «Ноосферу» – последнюю главу второй части моей книги22. Всего лучшего. Вот бы нам повидаться! Сердечный привет Вам обоим от нас обоих. <Ваш В. Вернадский>». Примечания: 1 В Свердловск, на Общее собрание АН СССР, состоявшегося 3–8 мая 1942 г. 2 Комаров Владимир Леонтьевич (1869–1945) – ботаник и географ, академик (1920), вице-президент (1930–1936) и президент (1936–1945) АН СССР. 3 Комитет по метеоритам АН СССР, председателем которого был Вернадский, создан в 1939 г. 4 Вернадский В. И. О геологических оболочках Земли как планеты // Известия АН СССР. Серия географическая и геофизическая, 1942, № 6, с. 251–262. 5 Согласно современным экспериментам, микроорганизмы способны выжить в атмосфере Венеры, на поверхности Марса и во льдах спутника Юпитера Европы. 6 См.: О геологическом значении симметрии // Вернадский В. И. Размышления натуралиста. М.: Наука, 1975. Кн. 1. С. 64–84; Вернадский В. И. Проблемы биогеохимии. Вып. III. О состояниях пространства в геологических явлениях Земли. На фоне роста науки ХХ столетия // Проблемы биогеохимии. М.: Наука, 1980. С. 85–164. В письме Вернадскому от 19 мая 1942 г. Ферсман пишет: «Ваши работы по симметрии всех очень интересуют» (АРАН. Ф. 518. Оп. 3. Д. 1711. Л. 15). 7 Шубников А. В. Симметрия (Законы симметрии и их применение в науке, технике и прикладном искусстве). М.; Л: Изд-во АН СССР, 1940. 176 с. Шубников Алексей Васильевич (1887–1970) – кристаллограф, академик АН СССР (1953), зав. Лабораторией кристаллографии (с 1937) и директор (с 1944) Ин-та кристаллографии АН СССР. 8 Гаузе Георгий Францевич (1910–1986) – микробиолог, эволюционист, один из основоположников экологии, важнейшим вкладом в науку стали также результаты исследований, посвященные поиску антибиотиков и установлению механизма их действия, академик АМН СССР (1971), окончил Московский ун-т (1931), сотрудник био44 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) химической лаборатории Политехнического музея (1931–1932), научный сотрудник лаборатории экологии и полезных беспозвоночных Биологического фак-та МГУ (1932– 1941), зав. лабораторией антибиотиков Ин-та медицинской паразитологии и тропической медицины Наркомздрава (с 1942), зав. Лабораторией антибиотиков (с 1948) и директор (1960–1986) Ин-та по изысканию новых антибиотиков АМН СССР. Вернадский был одним из оппонентов его докторской диссертации (1935) и высоко оценивал его работы, особенно исследования по диссимметрии протоплазмы. 9 Gause G. F. The Struggle for Existence. Baltimore: The Williams & Wilkins Company, 1934. 163 p. 10 Личков Борис Леонидович (1888–1966) – геолог, гидрогеолог, геоморфолог, палеонтолог, палеогеограф; доктор геол.-мин. наук (1943). Окончил Киевский ун-т (1912); приват-доцент (1917) и профессор (1918) по кафедре геологии указанного ун-та. Один из основателей Украинского геологического комитета (1917–1918), его директор (1920–1927). Ученый секретарь КЕПС (1927–1930), сотрудник Геоморфологического ин-та АН СССР, зав. Отделом подземных вод Гидрологического ин-та (1924–1934), профессор и зав. кафедрой гидрогеологии ЛГУ. Арестован (5 января 1934 г.) по ложному обвинению якобы как член фашистской организации «Российская националистическая партия», осужден на 10 лет лагерей. Отбывал наказание в Ср. Азии, затем на строительстве канала Москва-Волга, где работал в основном гидрогеологом, старшим геологом-консультантом. Освобожден досрочно (6 ноября 1939), работал на Волгострое до 1941 (судимость была снята в 1947, реабилитирован в 1956 г.). В 1941г. возглавил кафедру геоморфологии и физической географии в Самаркандском ун-те, директор Геологического ин-та Таджикского филиала АН СССР (1945). В 1946–1966 зав. кафедрой гидрогеологии ЛГУ. Вернадского и Личкова связывала многолетняя дружба. Опубликована (с обширными купюрами и пропусками многих писем) их переписка. 11 Шик Сергей Михайлович (1922–2018) – специалист в области геологии, стратиграфии и палеогеографии четвертичного периода, канд. геол.-мин. наук (1974). В 1939 г. поступил на геолого-почвенный фак-т Московского ун-та. В 1943 г. призван в армию, служил в батальоне аэродромного обслуживания. В 1947 г. окончил Московский ун-т, затем более 55 лет работал в геологической службе центральных районов России. 12 Шаховская Анна Дмитриевна (1889–1959) – геолог, краевед, организатор музейного дела. Выпускница Московских высших женских курсов (1912). Личный секретарь Вернадского (с 1938), составитель его избранных сочинений, один из организаторов и первый хранитель (1953–1957) Мемориального кабинета-музея В.И. Вернадского при Институте геохимии и аналитической химии АН СССР. 13 Метеоритика: Сб. статей под ред. В. И. Вернадского. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1941. Вып. 1. 157 с.; Вып. 2. 148 с. 14 Ревуцкая Елизавета Дмитриевна (1866–1941) – минералог, ученица Вернадского, его ассистентка на Высших женских курсах, хранитель, затем ст. научн. сотр. Минералогического музея АН СССР, научный сотрудник Радиевого ин-та. 15 Жданов Андрей Александрович (1896–1948) – в 1934–1945 гг. 1-й секретарь Ленинградского горкома и обкома ВКП(б); во время советско-финской войны член Военного совета Северо-Западного фронта. 16 Советско-финская (советско-финляндская, или Зимняя) война между СССР и Финляндией проходила с 30 ноября 1939 по 12 марта 1940 г. 17 Киров (настоящая фамилия – Костриков) Сергей Миронович (1886–1934) – в 1926–1934 гг. 1-й секретарь Ленинградского горкома и обкома ВКП(б). В 1934 г. убит (согласно официальной версии) по приказу «троцкистско-зиновьевской оппозиции». По мнению Вернадского, «несомненно крупный и хороший человек» [1, с. 378]. 45 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 18 Ферсман (урожд. Ильницкая, по первому браку Рожанская) Екатерина Матвеевна (1903–1980) – вторая жена А.Е. Ферсмана; его неофициальный референт. 19 Хлопин Виталий Григорьевич (1890 – 1950) – радиохимик, физикохимик, академик АН СССР (1939), сотрудник Радиологической лаборатории РАН (1915–1921) и Радиевого и-та АН СССР (с 1922, в 1939–1950 – директор). 20 Имеется в виду международный естественнонаучный журнал «Nature» («Природа»), издаваемый в Лондоне с 1869 г. 21 Литературно-критический журнал «Times Literary Supplement» – с 1902 г. приложение к лондонской газете «The Times», с 1914 г. – самостоятельное издание. 22 Вышла только статья: Вернадский В. И. Несколько слов о ноосфере // Успехи современной биологии. 1944. Т. 18. Вып. 2. С. 113–120. Литература 1. Вернадский В. И. Дневники: 1926–1934. – М.: Наука, 2001. 2. Письма В. И. Вернадского А. Е. Ферсману (1907–1944). – М.: Наука, 1985. 3. Ферсман А. Е. Владимир Иванович Вернадский, 1863–1945. (Общий облик ученого и мыслителя) // Бюлл. – МОИП. Отдел геол., 1946. – Т. 21. – № 1. – С. 53–61. 4. Шаховская А. Д. Хроника большой жизни // Прометей. – Т. 15. – М.: Молодая гвардия, 1988. – С. 33–85. 5. Яншин А. Л. Об издании «Полного собрания сочинений» академика В. И. Вернадского // Природа. – 1989. – № 9. – С. 103. FORGOTTEN LETTER OF V. I. VERNADSKY TO A. E. FERSMAN O. M. Ivanitsky, E. P. Yanin A letter of V. I. Vernadsky, which was not included in the known edition of his letters to A. E. Fersman. Keywords: V. I. Vernadsky, A. E. Fersman, archive, correspondence, biosphere, living matter, symmetry, meteorites. УДК 550.47 МЕСТО И РОЛЬ БИОГЕОХИМИИ В РАЗВИТИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ М. В. Капитальчук Приднестровский государственный университет им. Т. Г. Шевченко (г. Тирасполь, Приднестровье, Молдова) e-mail:

…Философское и научное значение биогеохимии очень велико… В. И. Вернадский Обсуждаются дискуссионные вопросы о взаимосвязи и соотношении геохимии и биогеохимии, о месте и роли биогеохимии среди наук, изучающих биосферу. Показано влияние биогеохимических исследований на познание процессов эволюции биосферы. Ключевые слова: геохимия, биология, мировоззрение, теория эволюции. 46 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Современные процессы интеграции и дифференциации наук довольно сложны и противоречивы, и не всегда поддаются осознанию, какое название более верное для того или иного направления. Так, например, в XX веке появились: геохимическая экология, экологическая химия, химическая экология, химия окружающей среды, экологическая токсикология, токсикологическая химия и т. д. [3, 4, 13, 17, 21, 22, 28]. Читая курсы по данным научным направлениям, бывает сложно провести границы предмета их исследования. К этому ряду можно отнести и биогеохимию – науку, изучающую круговорот химических элементов в биосфере Земли при участии живых организмов. Она зародилась и развивалась под влиянием основополагающих трудов В. И. Вернадского. Такое определение биогеохимии дано в Биологическом энциклопедическом словаре со ссылками на В. И. Вернадского, В. А. Ковду, Э. М. Галимова, В. В. Ковальского [7, с. 62]. И. И. Дедю считает тождественными понятия «биогеохимия», «геохимия экологическая», и «экология геохимическая» [15, с.109]. Биогеохимия – комплексная научная дисциплина на стыке биологии и геохимии, изучающая химический состав живых организмов в контексте их участия в геохимических процессах, происходящих в биосфере Земли. Рассматривает закономерности миграции, распределения, рассеяния и биоконцентрирования химических элементов в биосфере. Впервые о роли живых организмов в круговороте веществ в земной коре написали А. Л. Лавуазье (1772) в работе «Круговорот элементов на поверхности земного шара», и Ж.-Б. Ламарк в работе «Гидрогеология» (1802), которую высоко ценил В. И. Вернадский, потому что в ней автор впервые говорил о роли живых организмов в круговороте химических веществ в земной коре, таким образом вплотную подойдя к понятию (без названия) о биосфере. Методологической основой биогеохимии, разработанной в первом варианте В. И. Вернадским в 1924 г., является диалектическое взаимодействие между живым и косным веществом [15, с. 56]. В настоящее время биогеохимию рассматривают как систему знаний, системную науку об элементном составе живого вещества и его роли в миграции, трансформации и концентрировании химических элементов и их соединений в биосфере, о геохимических процессах с участием организмов, их взаимодействии с геохимической средой и геохимических функциях биосферы [16, с. 11] . В. И. Вернадский писал: «Новые науки, которые постоянно создаются вокруг нас, создаются по своим собственным законам, эти законы не стоят ни в какой связи ни с нашей волей, ни с нашей логикой. Наоборот, когда мы всматриваемся в процесс зарождения какой-нибудь новой науки, мы видим, что этот процесс не отвечает нашей логике» [8]. И хотя новые науки не находятся «ни в какой связи ни с нашей волей, ни с нашей логикой», цель данной работы – осуществить анализ места биогеохимии в системе естественных наук, а также обратить внимание на роль биогеохимических исследований для развития эволюционных теорий. В разделе «О логике естествознания» В. И. Вернадский отмечает: «Сейчас логика есть часть философии. Это логика понятий-слов, тогда, как логика естествознания есть логика понятий-вещей, прежде всего природных тел и таких же явлений [9, с. 99] (курсив как в источнике). Свой труд «Значение биогеохимии для познания биосферы» В. И. Вернадский начинает так: «Биогеохимия – новая большая отрасль геохимии, изучающая влияние жизни на геохимические процессы, связывает по-новому науки о жизни с геологией и с науками об атомах [9, с. 12]. Биогеохимия может быть рассматриваема как геохимия биогенных процессов [9, с. 13]. 47 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Геохимия – наука о распространенности химических элементов и их изотопов в природе, процессах, определяющих формы их нахождения, разделения и миграции в пространстве и времени. В. И. Вернадский дал определение геохимии как истории атомов Земли. Геохимия изучает твердую Землю (кору, мантию, ядро), ее внешние оболочки (атмосферу, гидросферу, биосферу) и космос (планеты, звезды, метеориты). Учение Вернадского о геологической роли живого вещества привело к становлению геохимии биосферы и ее ответвлений: биогеохимии, органической геохимии (определение дал Э. М. Галимов) [12]. Из вышеописанных определений, мы видим, что биогеохимия является ответвлением, составной частью геохимии. Но, сам В. И. Вернадский видит предшественниками биогеохимии не химию, не биологию, и не геохимию, а физику и астрономию и об это он говорит следующим образом: «Две научные области, которые столь резко меняют сейчас картину мира и глубочайшим образом, единичными, поражающими нас, взмахами колеблют и двигают научную и философскую мысль, всю духовную и материальную жизнь человечества, эти дисциплины – области физики и астрономии – своим перерождением открыли путь к выявлению биогеохимии» [9, с. 13]. Важно обратить внимание, что Биогеохимическая лаборатория вначале функционировала (1928–1934) в составе Радиевого института, который занимался вопросами геологии, химии и физики. Казалось бы, биогеохимия (с приставкой «био» в начале слова) должна была появиться в биологических институтах, но вспомним снова слова В. И. Вернадского: «Новые науки... создаются по своим собственным законам, эти законы не стоят ни в какой связи ни с нашей волей, ни с нашей логикой» [8]. Общепринятым в истории науки считается, что основоположник направления – это тот, кто предложил термин, который закрепился в дальнейшем. Но, до появления терминов, всегда идет накопление знаний, которые являются предшественниками новой науки. Так, например, В.И. Вернадский разработал учение о ноосфере и биосфере, хотя термины были предложены не им. Термин геохимия ввел химик К. Ф. Шенбейн (1838). Основы современной геохимии как науки создал В. И. Вернадский (1924, 1926). Современные основы экологической геохимии разработал В. В. Ковальский (1974) [15, с. 109]. О том, что К. Ф. Шенбейн в 1830–1840-е годы не раз говорил о неизбежном создании в будущем новой науки, которую он уже называл геохимией, писал и В. И. Вернадский [9, с.15]. Но, А. И. Перельман считает основателями геохимии – Вернадского, Ферсмана, Гольдщмита, Кларка и их учеников [23, с. 3]. Однако первые проблески геохимических идей были гораздо раньше. Г. Бауэр (Агрикола) (1494–1555) оставил многочисленные сочинения по рудным месторождениям. М. В. Ломоносов (1711–1765) опубликовал в 1757 г. «Слово о рождении металлов от трясения Земли». Связь минералогии с химией также встречалась у Я. Берцелиуса (1779–1848), открывшего Se, Th, Ce, Ta. Д. И. Менделеев занимался химией силикатных минералов, вопросами генезиса нефти и другими вопросами, которые имеют отношение к геохимии [29, с. 7]. Хотя, связь живых организмов с неживым веществом (косным) можно найти в источниках еще более уходящих в прошлое. Примером тому является известное всем библейское выражение (Бытие 3:19): «в поте лица твоего будешь есть хлеб, доколе не возвратишься в землю, из которой ты взят, ибо ты прах и в прах обратишься». В XX веке Л. С. Берг обратил внимание на связь среды с живыми организмами в своих трудах «Географический ландшафт как образователь органических форм» [5, с. 238–255] и «Закономерности географического порядка» [5, с. 332–335]. Начиная с 1916 г. В. И. Вернадский стал писать большой труд «Живое вещество в земной коре и его геохимическое значение». Эта работа продолжалась до 1922 г. В тексте ее, однако, через некоторое время проявляется другое название «Об основных 48 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) понятиях биогеохимии» [9, с. 7]. И так сквозь все труды В. И. Вернадского: «геохимическое» переплетается с «биогеохимическим». Часто в современных статьях можно найти слова В. И. Вернадского: «В виде живого вещества мы изучаем не биологический процесс, а геохимический …» [10, с. 102; 27, с. 138]. Являются ли биогеохимические и геохимические процессы тождественными? Какое научное направление шире геохимия или биогеохимия и что является ответвлением биогеохимия от геохимии или геохимия от биогеохимии? Попытаемся ответить на эти вопросы. Геохимические процессы можно рассматривать самостоятельно вне связи с живыми организмами, но биогеохимические процессы нельзя рассматривать отдельно от геохимических, т. к. живое вещество неразрывно связано с геохимическими процессами. Таким образом, отсюда следует, что не геохимия включает биогеохимию, а биогеохимия включает геохимию. Геохимия состоит из гео- и химия, а биогеохимия состоит из био- (к которому относится и человек), гео- и химия. По элементарной логике, выходит, что биогеохимия значительно шире, чем геохимия. Правильно писал В. И. Вернадский: «Ход истории и развития науки, ход выяснения научной истины, совершенно не отвечают тому ее ходу, который, казалось бы, должен был бы осуществляться по нашему логическому разумению». Так несмотря на то, что термин биогеохимия шире, общепринятым считается, что биогеохимия – это раздел геохимии. Даже если рассматривать известный универсальный классификатор (УДК), то Биогеохимия окажется не в разделе биологических наук, а в разделе: 55 Науки о Земле. Геологические науки, 550 Вспомогательные геологические науки, 550.4 Геохимия, 550.47 Биогеохимия. Т. е. Биогеохимия рассматривается как «Вспомогательная геологическая наука» в составе геохимии. Притом, что сам В. И. Вернадский считал, что биогеохимия является наукой о биосфере. Весьма скромную роль биогеохимии как научного направления выделил Б. С. Соколов в разработанной им системе наук о биосфере [27], о чем будет сказано ниже. Стоит отметить общие закономерности развития естественных наук. Так физика является предшественницей химии, а химия является предшественницей биологии как фундаментальной науки. Каждая последующая наука, которой предшествуют более точные получившие свое развитие науки, включает в себя предыдущие. Так, например, мы не можем сказать, что физика или химия включает биологию, но мы можем сказать, что биология включает и химию и физику. Как отмечают физики: «Биология есть физика живой материи» [15, с. 63]. Но никто не скажет, что физика есть биология физической материи. По аналогии мы можем сказать, что биогеохимия – это геохимия живых организмов (геохимическая экология), но мы не можем сказать, что геохимия – это биогеохимия геологических процессов. Если перейти непосредственно к практическим вопросам, то первое что хотелось бы отметить, это то, что с переходом от Биогеохимической лаборатории, созданной В. И. Вернадским (1928), к Лаборатории геохимических проблем (1943), а потом к Институту геохимии (1947), произошла смена приоритетов в исследованиях. Конечно, этому способствовали запросы времени, и геохимия выдвинулась на первый план. С другой стороны, это естественно, т.к. геохимию в большей степени можно отнести к точным научным направлениям, нежели биогеохимию, которая исследует более сложные живые системы и обладает более широким спектром исследований. Но, научный прогресс остановить невозможно. Со временем получило развитие такое направление как «биоэлементология» [24–26]. Если бы на базе Биогеохимической лаборатории образовался Институт Биогеохимии, а не геохимии, тогда бы приоритеты в исследованиях по направлению, которое сейчас называется «биоэлементология» оставались 49 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) бы у Института В. И. Вернадского. Но, необходимо отметить, что несмотря на отсутствие специализированного периодического журнала по биогеохимии, диссертационных советов, каковы имеют место для геохимии, развитие биогеохимии идет по всем естественнонаучным направления [6]. Предметом исследования биогеохимии на сегодняшний день являются: воздух, вода, седименты, почвы, почвообразующие породы, растения и животные естественных и искусственных экосистем, водных и наземных сред обитания, микроорганизмы, металлоорганические комплексы, законодательство, суперсвязанный мир и т. д. Это отражает комплексность и междисциплинарность биогеохимии и подтверждает убеждение В. И. Вернадского, который во многом опережал свое время, что биогеохимия – это наука о биосфере. Неоценимый вклад в развитие биогеохимических исследований в России и за рубежом вносят регулярно проводимые с 1991 года по инициативе и непосредственном руководстве профессора В. В. Ермакова Международные Биогеохимические Школы, а с 1999 года Биогеохимические чтения памяти В.В. Ковальского. История биологии, как и других естественных наук, шла таким же путем: сначала накопление биологических знаний по всем направлениям, потом систематизация имеющихся знаний, сначала искусственные системы, потом естественные, и все это неизбежно привело к теоретическим фундаментальным разработкам, включая эволюционное учение [18]. Можно было сказать, что на сегодняшний день сложилась зоологическая, ботаническая, физиологическая (медицинская), аграрная (сельскохозяйственная), биотехнологическая биогеохимия, имеются предпосылки поведенческой и многих других направлений. Необходимо отметь, что когда мы выдвигаем на первый план геохимию и придаем биогеохимии подчиненное значение, то мы ставим в приоритете «гео» и пренебрегаем приоритетом «био». Таким образом, наше мировоззрение не биоцентрично и даже не антропоцентрично, а геоцентрично и/или космоцентрично. Учение Вернадского можно было назвать геобиоцентричным, поскольку в центре и живое вещество и косное [19]. Именно поэтому В. И. Вернадский считает, что наукой о биосфере является биогеохимия, с чем не могут согласиться современные исследователи [11, 27]. Так, Б. С. Соколов предложил свое видение биогеохимии в системе метанауки – биосферологии [27, с. 147]. В предложенной Б. С. Соколовым классификации научных направлений, изучающих биосферу, роль биогеохимии явно недооценивается, что отмечалось автором ранее [19]. На сегодняшний день имеются многочисленные теории эволюции. Само наличие такого количества теорий, уже говорит о том, что биология далека от статуса «точной» науки. Принципиальным в восприятии ученых эволюционных процессов является понятия: случайность и закономерность. Все больше появляется эволюционных теорий, основанных на общих (системных) и специфических биологических законах, управляющих изменениями форм живого независимо от естественного отбора [14, с. 34–35]. Так, согласно исследованиям Н. И. Вавилова, центрами видообразования растений были территории многих горных стран, где часто к поверхности подходят рудные тела и встречаются обширные ореолы рассеяния металлов [19]. Насколько важную роль может сыграть биогеохимия в решении фундаментальных теоретических вопросов, можно рассмотреть на примере исследований Л. С. Берга о ландшафтном влиянии и антропогеохимических корреляций Т. И. Алексеевой [20]. Л. С. Берг, рассматривая ландшафтное влияние на человека, приводит интересные данные известного американского антрополога Ф. Боаса об изменении головного указателя, отражающего изменения в сторону брахицефалии или долихоцефалии, в зависимости от места проживания [5, c. 242]. В последующие годы появляются исследования, 50 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) подтверждающие учение Л. С. Берга о ландшафтном влиянии (влиянии биогеохимической обстановки) на брахицефалию и долихоцефалию. В 1950-е годы исследования P. Vassal показали связь брахицефальной формы головы в некоторых районах Европы с недостатком костеобразующих веществ, т. к. эти районы характеризуются выходами гранитов на поверхность почв [30]. О формообразующем воздействии некоторых макро- и микроэлементов свидетельствуют результаты работ, связанных с изучением антропогеохимических корреляций. Генетически однородное население, живущее в районах с разным содержанием костеобразующих элементов, различаются по форме мозгового и лицевого отделов черепа [1]. Многочисленные исследования популяций человека, живущих в различных условиях географической среды, проводимые НИИ антропологии с 1961 года, показали, что в характере географической изменчивости минерального содержания скелета есть некоторые закономерности. Т. И. Алексеева делает заключение: «По-видимому, фактор этнической и расовой принадлежности не играет превалирующей роли в формировании такого важного для жизнедеятельности признака, как минеральное содержание скелета. Причина географической дифференциации его скорее экологическая, нежели генетическая» [2, с. 78]. Такой же вывод делал и Л. С. Берг: «После исследований Боаса невозможно придавать брахицефалии и долихоцефалии то значение в классификации человеческих рас, какое этим признакам приписывалось раньше» [5, с. 243]. На эти выводы Л. С. Берга исследователи не обратили должного внимания. Так, например, в Биологическом энциклопедическом словаре указано, что особенности строения черепа используются в расоведении и этнографии [7, с. 713]. «Сейчас главная задача заключается в поиске адекватных и объективных способов соединения данных антропологии и биогеохимии с целью получения более или менее точной информации о мере зависимости человеческих популяций от геохимической среды обитания», отмечала Т. И. Алексеева [2, с. 79]. Таким образом, мы видим, как биогеохимические исследования способствуют развитию эволюционных теорий, основанных на закономерностях. Как писал Л. С. Берг: «Здесь не место случайностям…» [5, с. 238]. «Изменение воззрений и представлений происходит с чрезвычайной быстротой, полной неустойчивости» – отмечал В. И. Вернадский [9, с. 255]. История развития науки идет зигзагами. В. И. Вернадский обращал внимание на стремительное развитие научной мысли: «Мы подходим к очень ответственному времени – к коренному изменению нашего научного мировоззрения» [9, с. 259]. Литература 1. Алексеева Т. И. Географическая среда и биология человека. – М.: Мысль, 1977. 2. Алексеева Т. И. Биогеохимические аспекты некоторых проблем антропологии // Биологическая роль микроэлементов. – М.: Наука, 1983. – С. 75–79. 3. Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикельз Т., Лисс П. Введение в химию окружающей среды / Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. 4. Астафьева Л. С. Экологическая химия: Учеб. для студ. проф. учеб. заведений. – М.: Академия, 2006. 5. Берг Л. С. Труды по теории эволюции. – Л.: Наука, 1977. 6. Биогеохимические инновации в условиях коррекции техногенеза биосферы. Труды Международного биогеохимического Симпозиума, посвященного 125-летию со дня рождения академика А. П. Виноградова и 90-летию образования Приднестровского университета: В 2 т. – Тирасполь: ПГУ им. Т. Г. Шевченко, 2020. 7. Биологический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия, 1986. 8. Вернадский В. И. Труды по геохимии. – М.: Наука, 1994. – Лекция 1: Создание новой геохимии, 12 мая 1921 г. – С. 8. 51 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 9. Вернадский В. И. Проблемы биогеохимии // Труды биогеохимической лаборатории. – Т. XVI. – М.: Наука, 1980. 10. Галимов Э. М. В. И. Вернадский и современность // В. И. Вернадский и современность: Материалы торжественного заседания, посвящ. 140-летию со дня рожд. В. И. Вернадского. – М.: Изд. дом «Нооосфера», 2003. – С. 5–11. 11. Гегамян Г. В. О биосферологии В. И. Вернадского // Журн. общ. биологии. – 1980. – Т. 41. – № 4. – С. 581–595. 12. Геохимия // Большая российская энциклопедия. – URL: https://bigenc.ru/ geology/text/2353230 13. Голдовская Л. Ф. Химия окружающей среды. – 3-е изд. – М.: Мир, 2008. 14. Гусев М. В., Олескин А. В. Основные принципы жизни, ее единство и разнообразие. Системные подходы к живому. Терминологический словарь (тезаурус). Гуманитарная биология / Под ред. А. В. Олескина. – М.: Изд-во МГУ, 2009. – С. 9–53. 15. Дедю И. И. Энциклопедия по экологии. – Кишинев: Штиинца, 2019. 16. Ермаков В. В., Тютиков С. Ф., Сафонов В. А. Биогеохимическая индикация микроэлементозов / Отв. ред. Т. И. Моисеенко. – М., 2018. 17. Ивантер Э. В., Медведев Н. В. Экологическая токсикология природных популяций птиц и млекопитающих Севера. – М.: Наука, 2007. 18. Капитальчук М. В. История и методология биологии: Учеб.-метод. пособие. – Тирасполь: Изд-во Приднестр. ун-та, 2014. 19. Капитальчук М. В. Антропоцентризм и биоцентризм в философском наследии В. И. Вернадского и Л. Н. Толстого // Биогеохимия – научная основа устойчивого развития и сохранения здоровья человека: В 2 т. – Тула: Тул. гос. пед. ун-т им. Л. Н. Толстого, 2019. – Т. 1. – С. 54–60. 20. Капитальчук М. В. А что, если Берг прав? // Академику Л. С. Бергу – 145 лет: Сб. науч. ст. – Бендеры: Eco-TIRAS, 2021. – С. 31–35. 21. Каплин В. Г. Основы экотоксикологии. – М.: КолосС, 2007. 22. Ковальский В. В. Геохимическая экология. – М.: Наука, 1974. 23. Перельман А. И. Геохимия биосферы. – М.: Наука, 1973. 24. Радыш И. В., Скальный А. В. Введение в медицинскую элементологию: Учеб. пособие. – М.: РУДН, 2015. 25. Скальный А. В., Лакарова Е. В., Кузнецов В. В., Скальная М. Г. Аналитические методы в биоэлементологии. – СПб.: Наука, 2009. 26. Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. – М.: Изд. дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2004. 27. Соколов Б. С. Некоторые размышления о биосфере, концепции геомериды и ноосфере // Глобальные экологические проблемы России / Отв. ред. Ф. Т. Яншина; Ин-т геохимии и аналит. химии им. В. И. Вернадского РАН. – М.: Наука, 2008. С. 136–149. 28. Сусликов В. Л. Геохимическая экология болезней: В 4 т. – М.: Гелиос АРВ, 2002. – Т. 3. Атомовитозы. 29. Щербина В. В. Основы геохимии. – М.: Недра, 1972. 30. Vassal P. Brachycephalie doitre et terrain granitique // Rev. pathol. genet. et physiol. clin. – 1957. – № 688. – Р. 57. THE PLACE AND ROLE OF BIOGEOCHEMISTRY IN THE DEVELOPMENT OF BIOLOGICAL KNOWLEDGE M. V. Kapitalchuk Debatable questions about the relationship and correlation of geochemistry and biogeochemistry, the place and role of biogeochemistry among the sciences studying the biosphere 52 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) are discussed. The influence of biogeochemical studies on the knowledge of the processes of biosphere evolution is shown. Keywords: biogeochemistry, geochemistry, biology, worldview, theory of evolution. УДК 550.47:01.89 К ПЕРЕПИСКЕ В. В. КОВАЛЬСКОГО И В. П. ФИЛАТОВА (1941–1956). ИЗ ПИСЕМ В. В. КОВАЛЬСКОГО Ю. В. Ковальский, В. В. Ермаков Лаборатория биогеохимии окружающей среды, Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

,

Переписка В. В. Ковальского и В. П. Филатова носит дружеский характер и во многом раскрывает творческий потенциал и талантливость этих незаурядных личностей. Она достаточно подробно характеризует научную деятельность ученых в обычных жизненных ситуациях и условиях эвакуации, раскрывает человеческие и нравственные черты ученых. Письменный диалог двух выдающихся ученых – биогеохимика и офтальмолога – трогательная и жизнеутверждающая. Она отражает духовную близость двух мыслителей и друзей, стремление человека к прекрасному и еще непознанному. Ключевые слова: микроэлементы, экспедиция, тканевая терапия, стимуляторы, письма, творчество, история. Среди документов, хранящихся в архиве Виктора Владиславовича Ковальского, имеются письма, связанные с именами известных ученых, литераторов и т. д. (В. Б. Азаров, В. И. Вернадский, А. П. Виноградов, А. О. Войнар, Н. А. Морозов, А. В. Нагорный, А. В. Палладин, И. И. Пузанов, В. А. Рождественский, М. С. Сарьян, Р. О. Файтельберг, В. П. Филатов и другие). Центральное место в эпистолярном творчестве В. В. Ковальского занимает Владимир Петрович Филатов. Родился Филатов в 1875 году в с. Михайловка, Саранского уезда, Пензенской губернии. В возрасте 28 лет он переезжает из Москвы в Одессу. В 1903 году он занимает место ординатора в Клинике глазных болезней при новой кафедре офтальмологии в Новороссийском университете. После отъезда из Одессы проф. С. С. Головина в 1911 году он становится заведующим кафедрой и руководителем Клиники глазных болезней. В. В. Ковальский родился в Одессе в 1899 г. В 1918 году будущий ученый поступает на естественное отделение физико-математического факультета Новороссийского университета и в 1923 заканчивает его по специальности биохимия. Тесная дружба связывала Виктора Владиславовича и Владимира Петровича на протяжении почти сорока лет. Они познакомился в 1919 г. у А. П. Введенского, на встрече творческой интеллигенции, интересующейся просветительской деятельностью. Здесь они подружились на всю жизнь. Пути их неоднократно пересекались на поприще науки, литературы и живописи. С 1921 года В. П. Филатов являлся также профессором Одесского медицинского института, в котором позднее 1928-1934 гг. преподавал и читал лекции В. В. Ковальский. Об этом периоде многие врачи – выпускники института вспоминали с большой теплотой, отмечая интересно организованные содержательные занятия молодого уче53 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ного. Кроме этого, Ковальский с 1933 г. профессор биохимии Одесского сельхозинститута и Одесского госуниверситета. В 30-е гг. прошлого столетия Виктор Владиславович жил в Одессе в мансардных комнатах старинного дома по улице Артема. Здесь часто проходили встречи молодежи, увлеченной разными направлениями творчества. Собирались его друзья, сотрудники, руководимых им отделов в Институте стоматологии и НИИ охраны материнства и детства, научные работники других учреждений, врачи, поэты, музыканты, художники: А. О. Войнар, Глезины, Т. М. Исаакович, Б. Н. Карпов, П. М. Курышкин, С. С. Сарибан, Сахаровы, В. П. Снежков, В. Шаравский, Г. А. Шенгели, В. А. Рукин, Р. О. Файтельберг и многие другие. Здесь же бывали А. В. Палладин, Е. И. Синельников, В. П. Филатов. Всех их объединяла любовь к науке, поэзии и искусству. За стаканом глинтвейна или чая проходили прекрасные поэтические вечера с рассказами и стихами, песнями и шалостями, которыми наполнялась комната, всегда открытая для друзей. Такие встречи нередко затягивались с вечера до самого рассвета (рис. 1). Рис. 1. Владимир Петрович Филатов (27.02.1875–30.10.1956) и Виктор Владиславович Ковальский (28.01.1899–11.01.1984) В 1935 г. В. В. Ковальский по приглашению А. В. Палладина переезжает в Киев, где возглавляет отдел в Институте биохимии АН УССР. Во время Великой Отечественной войны ученые были эвакуированы в глубь страны. В. П. Филатов вместе с частью своего института был направлен в Пятигорск, а затем в Среднеазиатский регион в г. Ташкент. Только осенью 1944 года он вернулся в г. Одессу. Здесь он посвятил себя воссозданию Украинского экспериментального института глазных болезней и развитию основных направлений профессиональной деятельности, включая тканевую терапию и др. В 1945 г. Институту было присвоено имя академика В. П. Филатова, а затем в январе 1956 г. он переименовывается в Украинский научно-исследовательский экспериментальный институт глазных болезней и тканевой терапии им. акад. В. П. Филатова. Ковальский В. В. из Киева вместе с Украинской академией наук эвакуируется в г. Уфу. Только к середине 1942 г. ученым удалось связаться друг с другом. Завязалась регулярная дружеская переписка, охватывающая все стороны быта и профессиональной деятельности, литературные и художественные интересы. С возвращением в 1944 г. В. П. Филатова, вместе с институтом в Одессу, и переезд В.В. Ковальского в Москву ознаменовался новым периодом дружбы и переписки этих замечательных ученых. В папке с документами, связанными с жизнью и деятельностью Владимира Петровича обнаружено более 40 писем академика Филатова, адресованного к В. В. Коваль54 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) скому, и его многочисленные литературные произведения (стихотворения, поэмы, мемуары, воспоминания и т.д.). Многие из них имеют автографы и дарственные надписи, в том числе с посвящением. Профессор Н. С. Шульгина, многие годы проработавшая с этими выдающимися личностями, вспоминает: «…Они были непохожи друг на друга, но имели много черт, которые составляли необходимую платформу для общения. Они были очень одаренными людьми, оба имели свое сугубо личное отношение к искусству. Они глубоко знали и ценили поэзию. Оба писали стихи, отличавшиеся индивидуальным звучанием. Оба увлекались живописью. Виктор Владиславович увлекался археологией. Сам участвовал в археологических раскопках вблизи Одессы, в открытии и описании «Усатовской культуры», много бывал в Ольвии. Владимир Петрович был образован и в этой области. Оба очень ценили труды В. И. Вернадского и восхищались выдвинутым им принципом – единства геохимической среды и жизни, составляющей основу провозглашенной им науки – биогеохимии. Пожалуй, это и было крепкой основой, цементирующей их связь». Оба ценили эту дружбу (рис. 2). В. В. Ковальский на протяжении многих лет сотрудничал с В. П. Филатовым и в ряде пограничных областей науки. Им, в частности, был выполнен ряд важных биохимических исследований по обоснованию тканевой терапии, любимом детище Владимира Петровича, и по биохимии биогенных стимуляторов. В своих многочисленных трудах, посвященных этим проблемам, В. П. Филатов неоднократно с чувством благодарности обращается к результатам исследований, проведенных В. В. Ковальским в лабораториях Одессы, Уфы и Москвы. Эпистолярное наследие В. П. Филатова и В. В. Ковальского включает многочисленные письма в период 1941–1956 гг. Ковальский сохранил все литературные материалы друга, оригиналы писем, фотографий, мемуаров, стихов, некоторые в рукописном виде. Все они в определенный момент будут переданы в соответствующие архивы. Рис. 2. В. В. Ковальский и В. П. Филатов читают стихи. Одесса. 1952 г. В своих письмах Владимир Петрович неоднократно отмечал (22.09.1943 г., 15.12.1954 г. и др.), что он бережно хранит письма В. В. Ковальского с предположением, что они когда-нибудь пригодятся для мемуарных целей. Это в дальнейшем неоднократно подтверждалось В. В. Скородинской-Филатовой, которая после смерти мужа, разбирала научный и литературный архив ученого. 55 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Авторами настоящей публикации предпринимались попытки найти следы переписки (папку с письмами В. В. Ковальского, о которой в письмах упоминал В. П. Филатов), в учреждениях возможного их хранения в г. Одессе: кабинет-музее Института глазных болезней и тканевой терапии им. акад. В. П. Филатова, мемориальном Доммузее, в котором жил академик В. П. Филатов, в Одесском литературном музее. К сожалению, обнаружить материалы пока не удалось. В архивных материалах В. В. Ковальского сохранились некоторые копии писем (более 8 ед.) к Владимиру Петровичу Филатову. Мы публикуем часть из этих писем, которые предположительно идентичны оригиналам. Учитывая, что переписка В. В. Ковальского и В. П. Филатова носит дружеский характер, мы сочли возможным отдельные предложения, в которых идет речь о сугубо личных сторонах их жизни и деятельности, исключить из прилагаемых текстов, а отдельные слова заменить многоточием. Подготовка текста и комментарии осуществлены авторами публикации. Письма В. В. Ковальского к В. П. Филатову 05 мая 1942 г., г. Уфа г. Ташкент, Уездная, д. 19, кв. 4 [Ответ на 08.03.1942 г. и 19.04.1942 г.] Дорогому Владимиру Петровичу – сердечный привет! Ваше прекрасное письмо получил только несколько дней назад с опозданием и ясно представил себе Вашу жизнь во всех мелочах сплошь до завершения жизненных «дел» кремацией. Хорошее изобретение, которое в Уфе применялось, еще до нашего приезда и пришло сюда надо думать, из Симбирской губернии, в которой, если не ошибаюсь, Вы провели юношеские годы. Я был очень обрадован, узнав из «Ташкентского письма» от 08.03.1942 г. о совпадении в нашем понимании творчества Маяковского. Как сочны, каким ароматом подлинности дышат рифмы: канализации – цивилизации, столетия – безклозетия. В восторг нас привели, подмеченные Вами, недостатки учения о четырех стихиях и о неполноте испытаний ада Дантовой «Божественной комедии». Как жители гор. Уфы, мы с Вами вполне согласны и считаем грязь шестой стихией… Как Ваше «урюкоподобное» дерево, должно быть уже цветет, и Вы наслаждаетесь цветами его? Вы пишите о том, как весь Ваш организм охвачен весенним настроением, как ожили и набухли почки вишни. Как удачно, что это случилось в то время, когда появилась уютная тень «урюкоподобного» дерева. Здесь я невольно вспоминаю стихи Артура Рембо (французского предвестника футуризма еще во второй половине прошлого века): …«Когда же, тщательно все сны переварив, И весело себя по животу похлопав, Встаю из-за стола, я чувствую позыв… Спокойный, как творцы и кедра, и иссопов, Пускаю ввысь струю, искусно окропив Янтарной жидкостью семью гелиотропов» (Перевод Бенедикта Лившица, Госиздат, 1937) Хотя в этом нет ничего безобразного, но превратить в прекрасное художнику не удалось. Он, очевидно, не нашел те черты, которые необходимы, для этого. Каковы же эти черты? Как Вы думаете? Мне казалось, что найти их можно. Ведь гелиотропы – «солнцелюбые», использовав ласкающие лучи солнца, вберут корнями в себя эту янтарную жидкость, и она станет формой и ароматом гелиотропов. Изобразить нужно так, 56 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) чтобы гелиотропы не потеряли от этого свой прекрасный облик. Хорошо было бы в свободные минуты заняться этим образом Рембо… Высказывания Ваши о верблюдах привели меня в восторг. Глубоко убежден, что во всем живом есть черты, которые позволяют в тот или другой момент воспринимать всякое живое существо целом, как прекрасное. Я всегда чувствовал, что голова верблюда красива, даже, что она поднята «с достоинством», но как удачен Вами данный образ – «плешивый король». Думаю, что это «достоинство» есть наиболее экономное положение головы, когда взгляд верблюда направлен в горячую даль пустыни в поисках оазиса, а под ноги смотреть нет надобности. Я всегда чувствовал, что своеобразие походки верблюда зависит от той осторожности, нежности, с какой он ставит ногу на сухую землю (верблюды видел и ездил на них в асканийских степях), но восторгаюсь синтетическим образом – «шествуя по камням мостовой или по песку пустыни, как владыка в мягких туфлях по ковру». Думаю, что эта чарующая особенность походки верблюда явилась результатом необходимости осторожно ставить ногу в сыпучий и горячий песок, чтобы нога приобрела большую устойчивость. Мы всегда преклонялись перед Вашим остроумием и много радости получили и искренне смеялись по поводу «квартана» и «эфемерид», по поводу часто цитируемого в учебниках биологии – «Жизнь есть форма существования…», но так удачно дополненных Вами указанием – зоологического вида белка. Посмеялись мы и над Ариадной. Думаю, что Вы скрыли от нас некоторые подробности этой встречи в ночную пору…, когда вы, чтобы преградить ей дорогу, прыжком заняли позицию у калитки. Она, приняв вас за маститого «вытряхивателя», подняла страшный крик… Как могло при таких условиях произойти выяснение Вашей личности и установление тех добрых отношений, которые заставили ее проводить Вас?... Этот эпизод может дополнить тот перечень профессий, которые Вам при встречах сулили «специалисты», например, силач в бане. Был же великий Менделеев «чемоданных дел мастером»! Рассказывают, что в те годы, когда Менделеев страдал катарактой и поневоле отвлекался от чтения, он усилил занятия ручным трудом, всегда любимым им. Он делал столики, рамки и пр. Особенно он любил работы с кожей, из которой для друзей делал портфели, чемоданы и пр. Однажды, когда он зашел в магазин кож, приобрел нужные ему материалы и выходил из магазина, он услышал, что другой покупатель спросил владельца – «Кто этот представительный старик?» – «О, это знаменитый чемоданных дел мастер. Он давно уже покупает у меня лучшие кожи» – последовал ответ. Счастливый Вы человек, Владимир Петрович! Разве не счастье «прикнопировать» (прикнопить – ред.) свои этюды к стене своего ташкентского кабинета в одноэтажном «коттедже»? Какая жизненная сила, какая надежда и уверенность, какая любовь, бьются в груди вместе с Вашим сердцем! Профессор офтальмолог – биолог, пускаясь в своеобразное путешествие по морю, клокочущему от рвущихся торпед, не забыл захватить с собой масляные краски! Эта та страстность, перед которой всегда преклонялся и, буду преклоняться. Горячо обнимаю Вас! И я «грешен». Не взяв с собой одеял, я увез любимые палеховские шкатулки, не взяв с собой рукописных материалов, я захватил любимую лирику, книги персидских поэтов и пр. Со мною, между прочим, Ваш этюд (Большефонтанский!)! Но красок со мною нет. И достать их негде. На днях, когда вышел первый раз после двух- с половиной месячного пребывания в постели, провел 4 часа на Выставке картин. Сколько было неожиданных переживаний! Встретил я директора Выставки – Вам известного Зейлигера. Увидел я знакомые мне одесские, киевские вещи (Боровиковский, Левицкий, Аргунов, Серов, Левитан, Врубель, Коровин, Нестеров, Васнецов и др.). Появился живописный зуд и нечем пописать. Приходиться мечтать. В «свободное» же время читаю стихи. Они выводят из лю57 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) бого тупика. Это одно из любимых моих занятий. Конечно, основное и главное – научная работа. Сдал в печать две статейки. Сейчас пишу большую по вопросам эволюционной биохимии для организуемого нами сборника («Достижения эволюционного учения»). Над сборником работаю с Д.К. Третьяковым. На следующей неделе будет мой доклад о действии водных экстрактов из трупной консервированной кожи на регенеративные процессы. Об этом – в отдельном письме. В июне созывается эволюционная конференция (уже есть 11-ть оригинальных докладов). Много работаю, как председатель лекционного бюро Академии Наук. Дел много. Особенно тяжела организационная и экспериментальная части исследовательской работы. Теперь уже получены нами первые очищенные липидные фракции из консервированной кожи. Жду от применения их, как стимуляторов регенеративных процессов, хороших результатов. Еще в январе, во время операции на кролике благодаря царапине на пальце, получил сепсис. Пролежал долго в тяжелом состоянии. Теперь остались только некоторые эндокардатные симптомы и слегка прыгающая температура. Настроение же превосходное. Вот почему думаю, что вскоре буду совершенно здоров. С 4 мая приступил снова к работе. Семье моей не повезло. Александра Викторовна два месяца осенью пролежала в больнице с аппендицитом, который нельзя было оперировать, а теперь снова провела еще два месяца в клинике с отитом и мастоидитом. Вовка тоже месяц лежал с отитом и теперь еще не выходит. Болезни меня сильно потрепали во всех отношениях, но мы крепимся, и с приближением весны силы наши растут, а душевное состояние делается все более бодрым и веселым. Во время болезни, будучи оторван от «внешней среды», я ушел в воспоминания… Вот один из итогов: Вернитесь юности мечтанья, Вернись и первая любовь, И глаз волшебное сиянье, И радость предрассветных снов. и т. д. Целиком, смотрите ниже. Встречал я в Уфе Евгению Васильевну Карнаухову. Она шлет Вам привет. Был я у Леонтовичей, читали Ваше [Ташкентское – ред.] письмо. Все мы очень рады встрече с Вами. Леонтовичи, Александра Викторовна – шлют Вам и Сереже искренний привет. Прошу передать поклон Александре Васильевне. Ваш Виктор Ковальский. [Архив В. В. Ковальского: тетрадь № 2, с. 26–32] 10 марта 1943 г., г. Уфа. г. Ташкент, Уездная, д. 19, кв. 4 Глубокоуважаемый и дорогой Владимир Петрович! Получив Ваше письмо со стихами, если не ошибаюсь, еще в августе прошлого года [24.08.1942 – ред.], я сейчас же ответил большим посланием, но из последних Ваших писем выяснилось, что мои письма не всегда к Вам доходят. Был этим очень опечален. Ваши письма доставляют мне всегда большую радость, и стимулируют, подобно плацентарным экстрактам, мои силы, чувства и мысли. За Ваши прекрасные письма шлю Вам благодарность ценителя поэзии и человека науки. Они всегда полны новыми мыслями и по форме являются образцами эпистолярного искусства. Кроме того, Ваши письма настолько ярко отображают Вашу творческую личность, настолько выявляют Вашу жизненную энергию и сочное восприятие окружающего мира, что по ним можно воссоздать Ваш физиологический облик. Это тем более возможно, что существует точ58 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ка зрения, будто поэзия всегда является автобиографическим материалом. Если «Лунные тайны» написаны Вами до применения новой формы тканевой терапии, то очевидно, они свидетельствуют о том, что Ваша «67-ая весна» не нуждалась в «стимуляторах». Ведь сначала поэт постарался «…Мы умеем четой незаметною Притаиться в уступе стены, Тихой речью и лаской ответною Не нарушив ночной тишины…», а, затем, не впадая в состояние некоторого безразличия, познав, «…как в объятии сладостно Уноситься за грани Земли!» Пропел чудесным звучным и мечтательным блоковским голосом – «…И любуясь на мир завороженный, Тайну чувств мы умеем беречь, Понимаем душой настороженной Мы беззвучную лунную речь…» Да разве Вам нужны стимуляторы из консервированной в течении 7 суток кожи юной девушки, раздавленной ташкентским трамваем? Да, «Лунные тайны» в мою 44-ую весну не хватило бы того порыва чувств, который так характерен для Вас в «67-ую весну, да еще до применения тканевой терапии. К «Письму» Вы прибегли тогда, когда подсаженная кожа несколько стеснила Ваши движения и лишила возможности временно пользоваться уступками в стенах. Тогда комната Ваша показалась Вам казематом, и Вы принуждены были любоваться, как «Каждым утром сквозь оконце Яркий луч бросает солнце…» и как «…Бродят солнечные пятна И играют так заметно на сырой стене». В этот же период родилось «Ташкентское» стихотворение, носящее в основном созерцательный характер. Что же нового влила в Вас консервированная кожа девушки? Это трудно сказать на основании Ваших стихотворений, имеющих все же явно автобиографический характер. Ваши «Мадригалы» с «Аloe» – прелестные звучные стихотворения, написанные с характерной торжественностью, которая была присуща минувшим эпохам, а это дает возможность предположить не только стимулирующее действие, но и омолаживающее. Правда можно предположить и другое. Мы знаем, что существуют явления фрейдовской сублимации. Могу ли я знать какими торжественными ритмами способна звучать Ваша душа на основе тех или других физиологических явлений. Здесь большое значение имеет исследование индивидуальностей, все же можно сказать, что чаще молодому сердцу свойственно чувство торжественного восторга. В этих двух последних стихотворениях есть еще одна характерная черта – появляется столетний диапазон времени. Я склонен придавать словам «Сто лет» интуитивно вещий смысл в Ваших автобиографических материалах. Наконец, эти два стихотворения, пе59 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) речитанные много-много раз (конечно, как и другие), обладают законченной формой и такой насыщенностью прекрасных образов («алмаз», «цветок Агавы»), что, мне кажется, здесь поэтическое Ваше творчество достигает вершин. Написать такой «Мадригал» нужно уметь! «Хранят жрецы далекой Кохинхины В стальном ларце таинственный и алмаз… …Вы мой алмаз!..» Ведь в этой торжественности есть какая-то сила, сливающихся молодости и зрелости, сила, которая и читателя зовет: – «Больше торжественности в жизни! В «шуме непогоды» не теряй, чувства торжественности». За этот клич спасибо. Ведь и в самом деле, мы бессовестно теряем это чувство торжественности, хотя в самом смысле жизни, в самой природе «жизни» есть торжественное утверждение нашего «Я» над миром мертвой природы. Хорошо было бы, чтобы в современную поэзию влилось больше торжественных ритмов, чтобы стихи, посвященные войне, были тоже торжественными, чтобы смерть за Родину была торжественным актом, чтобы вообще, в нашей жизни утвердилась торжественность (рис. 3). Рис. 3. В. П. Филатов и В. В. Ковальский в саду. Одесса. 1949 г. Дорогой Владимир Петрович, прошу не сердиться, что так не умело я объединил физиологический «анализ» Вашего творческого облика с некоторыми своими искренними мыслями и замечаниями. Я в последнее время писал также немного «стихи», но совсем в другом духе. Ни поэтического чувства, ни художественных образов Вы в них не нашли бы. Приведу отрывок из неоконченной поэмы – «Собака». Утомил Вас длинным письмом. [Архив В. В. Ковальского: тетрадь № 5, вставка с. 32-33 ] Примечание ред.: Полный отредактированный текст поэмы «Собака» (22.01.1944, г. Уфа-Москва) опубликован в книге Ю. В. Ковальского «Ритмы земной жизни: о жизненном пути и творчестве В.В. Ковальского. М.: Наука, 2006. С. 168–174. 60 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 04 июня 1948 г., г. Москва Дорогой Владимир Петрович! Ответ на Ваше письмо с Кавказа (Цхалтубо) [от 18.04.1946 г. - ред.] В. Ковальский г. Одесса, Приморский бульвар, д. 53 И сок земной дарует древам, И влагой поит семена Играя синевой небесной, Поют весенние ручьи Бурлит вода в рытвинах тесных И солнце путает лучи. Я получил письмо с Кавказа И был в восторге от письма. Стихи любителя – зараза, Меня скосили, как чума. Прошли пятнадцать дней в мечтаньях. В Петровском парке по утрам Я тайно бегал на свиданье Ко вновь посаженным кустам. ………………………………….. О, как прекрасны листьев пряди, И вот, согретая весной, Береза в кружевном наряде На солнце встала предо мной. И я с ревнивым содроганьем Решил ответ писать в стихах – Волненье чувств влечет признанье И тайну рассыпает в прах. Вы написали нам о ветрах, О ведьме страстной с помелом И как она от Вас в двух метрах Взвилась на тросточке верхом. Я поклонился ей. О, радость! О, чувства трепетного плен! Так наплывает снова младость В чаду весенних перемен. ………………………………….. В Одессу я приеду вскоре И Вы увидите тогда – Мне по колено будет море, Как в буйной юности года. Чудесных дней воображенье И музы грешная мечта, Прекрасной ведьмы появленье, Ее полет и нагота – Водой цхалтубинской, мы верим, Радикулиты смоют с Вас. Забот Варвары не измерим Земною мерою сейчас. В письме всегда так много планов, Сказать о мыслях, о делах, Но мало писем без изъянов, Без ям в лирических местах. …………………………………… Я вспомнил об одном свиданье! О, муза, только не спеши, Исполни пылкое желанье И встречу эту опиши. Хребты Кавказские в туманах Пускай Вас снова вдохновят И пусть закаты в красных рамах На горных выступах горят, Чтоб Вы пьянели мудрой брагой, Чтоб сердце пылкое зажглось И чтоб с мучительной отвагой На тайны жизни понеслось. Случайно вышла встреча эта Назло мятущейся тоске. Вы на Кавказе были где-то, А мы Вас встретили в Москве. У нас весну, не то, что Вашу, Я постараюсь описать, Но прежде, поднятую чашу За Вас я буду допивать. Ромадин1, я и наши жены, Назначив встречу в поздний час, Еще вздымаясь черным чревом, Лежит апрельская земля Попрали физики законы И пригласили также Вас. Как Вы идете по экрану И улыбаетесь, видя нас, И как могучему трепану Вверяйте чей-то мутный глаз. 61 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Пришли в кино. Сеанс последний, И все ж народ валит толпой И у директора в передней Вступили мы в билетный бой. Исход сраженья так не ясен. Казалось, нужно отступать. Стратег Ромадин был прекрасен. "Я Лауреат!" – он стал кричать. Потом спокойно, с мудрым чувством, Войдя в рабочий кабинет, Где микроскоп жрецу искусства Вещает тайны много лет, ………………………………….. А после дружного свиданья Вы удалились, как чужой, И не сказали – "До свиданья!", И не кивнули головой. Его волненье, как «Катюша», Такой на всех нагнало страх, Что я, и Нина2, и Алюша3 Уже билеты жмем в руках. Но встречей этою согретой Своей семейною толпой Мы Вам в вдогонку шлем приветы И машем искренно рукой. Прошло еще одно мгновенье – Перед экраном мы сидим. И вдруг – чудесное виденье, С вниманьем пристально глядим, 04.06.1948. Москва Привет от всех участников встречи. Сердечно Ваш Виктор Ковальский Примечание ред.: 1. Николай Михайлович Ромадин – художник, друг В. В. Ковальского и В. П. Филатова; 2. Нина Герасимовна – жена Н. М. Ромадина; 3. Алиса Викторовна – жена В. В. Ковальского. 25.июля.1954 г., г. Шуя г. Одесса, Пролетарский бульвар, д. 53 Дорогой Владимир Петрович! Странствую по центральным областям Руси. Проехал чрез Ярославскую и Костромскую области. Два дня отдыхал в г. Иваново, а сейчас на денек остановился в Шуе. Завтра утром двинусь на Палех, Южу, Холуй, Мстеру, Вязники. Сейчас я в центре рождения художественных талантов, где замечательные народные мастера создают культуру художественного вкуса и мастерства. Только, в Палехе, в селе – около 20 народных художников. Это – крестьяне, не получившие никакого образования, но высоко культурные люди, знающие литературу, любящие поэзию, знакомые с историей живописи. Их мастерство изумительно. Их миниатюрные портреты достигают высот тонкого мастерства. Замечательно, что в этом селе рождаются не только живописцы, но и поэты, и искусствоведы и графики. Сколько здесь талантов. Отсюда вышел искусствовед Ефим Вихрев, посвятивший свою жизнь истории палеховской живописи, отсюда же вышел поэт Дмитрий Николаевич Семеновский, посвятивший много стихотворений художникам Палеха и Ефиму Вихреву. Как хорошо было кем-то сказано о Палехе – «Село Академия». Это правильно и нисколько не преувеличено. Я вспоминаю стихотворение Дм. Семеновского (1933), в котором он рассказывает о дружеской встрече с Е. Вихревым в кругу палеховских художников: По тропинкам мягким да зеленым Мы пришли на Люлех – до утра Пировать над голубым затоном, Кочевать у дымного костра, А у нас качался мак багряный, Жаркий мак над хворостом сухим, И ковер поэмы цветотканный Развернул пред нами ты, Ефим. 62 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) О, покой июльского заката! Остывала киноварь зари, Не плескались в заводи щурята, Задремали в тине пескари. Полон ты стихов молвой певучий, Как родник – студеным серебром, Ищешь ты соцветий и созвучий, Кисть и краски, породнив с пером. Побелели росные покосы, И ольха – русалка над рекой Выжимала лиственные косы Тонкою девической рукой. Зацветает Палех чудным садом. Яркий, сладкий, сказочный расцвет! Он никем так чудно не отгадан И с такой любовью не воспет. И вот я все ближе к Палеху. От Шуи осталось еще 35 км. Завтра утром вступлю на священные земли замечательных творцов, где ярко сияет созвездие Иванов (Иван Голиков, Иван Баканов, Иван Вакуров, Иван Маркичев, Иван Зубков) – художников с мировым именем, миниатюры которых украшают отделы народного искусства не только в наших музеях, но и в Лондоне, Токио, Вашингтоне и др. городах Европы, Азии, Америки. И чем ближе к Палеху, тем больше волнение охватывают меня. Внимание мое завтра будет привлекать встречающиеся на пути лески, тропки, поля, речки… Здесь замечательные художники бродили, искали мотивы для своих миниатюр. Здесь встречали они литературных героев – Данко и старуху Изергиль, Черномора, Руслана и Людмилу, и многих, многих других. Здесь они по вечерам, может быть в вечерние сумерки, или лунной ночью, или на лесных беличьих полянах при костре – видели лешего, слушали его дудочку и охающий смех, повторяемый эхом. Может здесь они слыхали крик гибнущей в трясине прекрасной девушки, которую заманил в страшное место леший. Очаровывающий, сказочный мир предстанет предо мною, мир, в котором мудрые предания и суеверные страхи оденутся свежими красками и украсятся вязью золотых орнаментов. «И кто поймет, что в этих дивах Заговорившего холста – Родных полей, туманов сизых Сквозит и дышит красота? Кто в дубе сказочном узнает Тень от ольхи на берегу, А в Лукоморье угадает Крутую Люлеха дугу?» 1935. Дм. Семеновский Слова и мысли наши мало пластичны, чтобы выразить ощущения души. Пусть так. Но как манит глубина ощущений, как сладостно им отдаваться Во время экспедиционных поездок, иногда трудных, с ночевкой на сене, «в грузовике», с необычайной тряской на российских «дорогах», часть представляющих собою сугробы щебня и провалы, будто прокатилось здесь разрушительное землетрясение, я никогда не устаю. Кажется, даже отдыхаю. Да как можно уставать, когда в глухих деревнях приволжской Руси видишь прекрасное творчество нашего народа – тонкую кружевную резьбу деревянных украшений окон, дверей, светелок. Народ создает сказочную архитектуру. Мы не бережем народное зодчество, которое уходит, уйдет безвозвратно, и останутся только скупые воспоминания, музейные экспонаты – обломки чудесной резьбы. В глухих уголках Ярославщины, например, около города Мышкина, я видел в прошлом году (тоже во время экспедиции) деревни, созданные народом63 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) художником, который превратил их в сказочное царство. Это сделал народ, которому не легко жилось. Какую нужно иметь светлую душу, чтобы трудности жизни не помешали одевать жилье в замечательные узоры резьбы, ритмичные, тонкие, неповторимые. Сколько труда упорного и многолетнего положено на эту резьбу. Художник всегда трудился. Трудился, чтобы обеспечить себя необходимым – пахал землю, камнем растирал зерно в муку, собирал топливо, мастерил челн, ловил рыбу, пилил дрова, а отдых отдавал любимому делу – художеству. Это «для души» он проводил отдых в творческом труде. Какой исключительной красоты резьба создавалась безвестным, безымянным художником. Имена забыты! Но вот я, очарованный, стою перед домом. Справа кружевное крыльцо, стекло двери прикрыто деревянным «витражом», резные колонки поддерживают узорные наличники крыльца. Узор, оконных наличников в гармоничном ритме плывет по стене дома. Маленькая светелка с двумя окошками и дверью – вся покрыта тканью тонких резных кружев, а балкончик украшен четырьмя колонками, и кружева светелки, и колонки расписаны блеклыми красками – здесь тона голубого северного неба, розовой вечерней зори и нежных луговых трав. Но вот такой второй, третий дом. Их много. Вся деревня наряжена в праздничные кружева. И это на фоне реки и берез. Я улыбаюсь, как герой русской сказки. Ищу – где же вдохновительница великих забытых художников? Уйдет это древнее творчество или возродятся вновь его традиции? Мне ясно одно – у великого художника никакие трудности жизни не могут убить прекрасную ищущую душу. Навсегда я сохраню в памяти, сказку русской деревни и до конца дней своих буду преклоняться перед народным художником, облекающим в сказочные узоры свою тяжелую жизнь. Я сижу один в маленькой чистой комнате провинциальной Шуйской гостиницы. Спутники мои разъехались по делам. В соседней комнате мой старший сын (Володя), которого я взял с собою. Он рисует акварелью старинную церковку, а когда я вхожу к нему, закрывает тетрадку, где, по-видимому, пишет стихи. Бестолковый он в жизни, но душа у него ищущая, хорошая. Мне так радостно с Вами, дорогой Владимир Петрович, беседовать, что так сидел бы, писал бы, писал бы много часов. Но должен я еще уделить время кобальту и йоду, витамину В12, содержащему кобальт, из за которых я и экспедицию снарядил. Должен еще побывать в бактериологической лаборатории, где работают мои сотрудники и ждут меня. Меня обрадовало письмо Нины Сергеевны [Шульгина - ред.], из которого я узнал, что Вы едете в Бессарабию отдохнуть. Благодарю Вас за переданный через нее привет. Осенью надеюсь побывать в Одессе, приеду только, когда вернетесь Вы. Желаю Вам здоровья, рождения сменой окружающей среды волнующих и умиротворяющих чувств, создающих ощущение внутреннего счастья. Желаю Вам написать хорошие этюды и один из них, давно обещанный для меня. Прошу передать мой сердечный привет и лучшие пожелания Варваре Васильевне. Целую Вас, Ваш Виктор Ковальский [Архив В. В. Ковальского: тетрадь № 2, с. 89–94] 30 апреля 1956 г., г. Москва г. Одесса, Пролетарский бульвар, д. 53 Сердечный привет дорогому Владимиру Петровичу! В июне собираюсь приехать в Одессу. Очень хотелось бы увидеться с Вами. Каждая встреча с Вами для меня большое событие. Всегда интересно – какие новые мысли, догадки, какие новые художественные или поэтические поиски волнуют Вас. Вы всегда рассказываете о важных и интересных предметах. Будет ли это история живописи и лирическая поэзия, будет ли это какой-либо вопрос хирургии, тканевой терапии или общей патологии. Вы всегда решаете его тонким остроумием и большой эрудицией. 64 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) От Вас всегда уходишь с ношей вновь приобретенных мыслей, знаний, чувств. Но эта ноша легка и приятна, как всякая новая тропка на пути жизненных исканий. Впервые я Вас встретил у Введенского в 18 или 19 году, т. е. почти сорок лет назад. С тех пор мой путь не раз смыкался с Вами, когда мы обдумывали, обсуждали, решали научные или художественные вопросы. Вот почему я всегда ощущаю к Вам тягу, всегда с благоговением и радостью вхожу к Вам, надеясь отыскать еще что-то не отысканное в жизни. Случилось так, что уже два года я не видел Вас. За это время много сделано и пережито. Весной прошлого года я был болен и не мог приехать в Одессу. Очень об этом сожалел. Вы писали мне, что приготовили большое письмо с описанием юбилея и с новыми стихами, и вскоре его пришлете. Письмо это я не получил. Осенью я снова долго болел. Полтора месяца пролежал в клинике с мерцательной аритмией, которую долго не удавалось остановить. В феврале серьезно проболела Алиса Викторовна. У нее был гнойный аппендицит с перитонитом, с температурой 41,5º на 5 день после операции. Только антибиотики ее спасли. Я, как всегда, даже в клинике во время болезни, много работаю. Планов новых исследований и обобщений уже добытых данных очень много. Это трудно. Но я люблю, когда все бурлит вокруг, когда обуревают новые идеи и собираются факты, их подтверждающие или изменяющие. Теперь все основные силы двух моих лабораторий брошены на решение вопросов географической изменчивости обмена веществ у животных, которое связано с изменением химических факторов среды в различных зонах Земли. Исследования эти требуют непрерывных экспедиционных работ. В прошлом году сотрудники мои работали на р. Зея, притоке Амура, в БССР, в Армении, Азербайджане, в Дагестане и в районе Индерского озера на западе Казахстана. Мы ищем в природе такие ситуации, которые позволяют обнаружить изменения обмена веществ у животных, зависящие от избытка или недостатка в среде (почвах, водах, кормовых и пищевых растениях) определенных химических элементов. Необходимо не только установить – какими химическими признаками отличается одна зона Земли от другой, но и выяснить связь между определенными химическими элементами и особенностями обмена веществ у животных. Это задачи не легкие (рис. 4). Рис. 4. В. П. Филатов в своем саду. Одесса. 1951 г. В. В. Ковальский у моря. Одесса. 1953 г. 65 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Но нам уже кое-что удалось выяснить: мы теперь знаем, что недостаток кобальта в пище вызывает заболевания акобальтозами, являющимися гипо- или авитаминозами В12 , что не только недостаток, но и избыток меди влечет заболевание анемией (конечно с другим патогенезом), что избыток стронция при недостатке кальция, фосфора и других элементов служит причиной уровской болезни, что избыток никеля вызывает у животных особую форму «никелевой» слепоты (вследствие отложения никеля в роговице и др.), что при определенных условиях недостаток меди ведет к нарушению окислительных процессов в мозге, а это приводит к недоразвитию мозга, отечности его, судорогам, параличам, что избыток бора служит причиной «борных» энтеритов и пневмоний и т. д. Эта проблема разрабатывается нами в двух направлениях. С одной стороны, мы показали новые химические основы естественного отбора: в одних и тех же условиях под влиянием недостатка или избытка некоторых химических элементов обмен веществ меняется у всех животных, не в различной степени: около 10 % животных заболевают; около 90 % приспосабливаются; из числа заболевших масса животных погибает. Возможно, поставить вопрос о целесообразности отбора на устойчивость или интактность форм обмена. Это очень интересно, но еще никогда в сельском хозяйстве не применялось. С другой стороны – это новая важная глава ветеринарии и медицины, так как еще не существует общего учения о болезнях. Но нам уже кое-что удалось выяснить: мы теперь знаем, что недостаток кобальта в пище вызывает заболевания акобальтозами, являющимися гипо- или авитаминозами В12 , что не только недостаток, но и избыток меди влечет заболевание анемией (конечно с другим патогенезом), что избыток стронция при недостатке кальция, фосфора и других элементов служит причиной уровской болезни, что избыток никеля вызывает у животных особую форму «никелевой» слепоты (вследствие отложения никеля в роговице и др.), что при определенных условиях недостаток меди ведет к нарушению окислительных процессов в мозге, а это приводит к недоразвитию мозга, отечности его, судорогам, параличам, что избыток бора служит причиной «борных» энтеритов и пневмоний и т.д. Эта проблема разрабатывается нами в двух направлениях. С одной стороны, мы показали новые химические основы естественного отбора: в одних и тех же условиях под влиянием недостатка или избытка некоторых химических элементов обмен веществ меняется у всех животных, не в различной степени: около 10 % животных заболевают; около 90 % приспосабливаются; из числа заболевших масса животных погибает. Возможно, поставить вопрос о целесообразности отбора на устойчивость или интактность форм обмена. Это очень интересно, но еще никогда в сельском хозяйстве не применялось. С другой стороны – это новая важная глава ветеринарии и медицины, так как еще не существует общего учения о болезнях обмена, вызываемых недостатком или избытком микроэлементов в среде. Полученные нами факты позволяют предполагать, что, идя по этому пути, можно нормировать питание животных и человека в различных зонах, в зависимости от химических условий жизни. Я собираюсь осенью сделать доклад в Одесском университете о наших новых исследованиях и надеюсь, что Вы снова будете председателем, как это было на моем первом докладе о микроэлементах в Вашем институте (еще на Слободке) и на втором – несколько лет назад, в Одесском сельскохозяйственном институте. О последних наших исследованиях пишу сейчас сводную (предварительную) монографическую статью. Через несколько дней выезжаю на 2–3 недели в Дагестан, где будут продолжаться наши прошлогодние работы. В Махачкале проведу научную конференцию, посвященную проблемам недостатка меди. В начале июня предполагаю побывать в Минске для организации экспедиционных работ в зоне: Брест, Пинск, Мозер. Далее Одесса. Интересные беседы с Вами. 66 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Надеюсь, с Ниной Сергеевной [проф. Шульгина – ред.] обследовать некоторые лиманы с целью отыскать химические признаки происхождения отдельных видов – признаки прежнего морского или пресноводного их существования. Все это очень увлекательно. Особенно заманчиво искать в природе такие ситуации, которые позволяют решить вопросы эволюционного порядка, например, происхождения фауны, приспособления к среде, отбора, наследственности и пр. Мы, современные натуралисты, исследующие естественную природу, отличаемся от натуралистов XVIII–XIX веков. Мы не только наблюдаем природу, но и экспериментируем, использовав естественную, созданную веками, обстановку в самой природе (рис. 5). Кроме того, в отличие от натуралистов прошлого времени, мы стремимся объединить ученых, представителей разных специальностей, для коллективного обследования, не будучи в силах в одном лице соединить знание различных наук, как это удавалось натуралистам прошлого. Но очень важно сохранить основное направление мыслей натуралистов – вести исследования, даже очень сложных вопросов, прибегая к помощи любых экспериментальных приемов, в самой природе. Это путь к синтезу, столь необходимому в наше время. Надо не терять общего, общей перспективы. Нельзя понять части без целого. В наше время так часты попытки идти только по аналитическому пути, на котором много источников ошибок. Вы помните, Владимир Петрович, как хорошо об этом говорил Гете (Фауст, ч. 1) : … «живой предмет, желая изучить, чтоб ясное о нем познанье получить, - ученый прежде душу изгоняет, затем предмет на части расчленяет и видит их, да жаль: духовная их связь тем временем исчезла, унеслась! Encheirisen naturae* именует все это химия; сама того не чует, что над собой смеется» [ */ Способ действия природы –ред.]. Вот Ваша теория тканевой терапии для меня заманчива не только своей научной сущностью, но и методологической. Ведь Вы никогда не теряете перспективы целого, даже когда экспериментируете с изолированной охлажденной тканью теплокровного. Рис. 5. Сотрудники лаборатории эволюционной биохимии, располагавшейся в Институте глазных болезней им. акад. В. П. Филатова. Слева: Н. С. Шульгина, В. Н. Кефер, В. В. Ковальский (руководитель), Л. С. Жолнерович. Одесса, 1949 г. 67 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) И в этом случае Вы ищите те продукты промежуточного обмена, которые регулируют процессы в целом организме. Такой путь экспериментального исследования весьма заманчив. Вы помните, как я, ставя у вас в институте опыты с Верой Кефер над адаптивным изменением ферментных оптимумов, стремился решить вопрос о механизме приспособительных регуляций процессов в целом организме при действии биогенных стимуляторов и при действии различных внешних условий. Вера Кефер должна была, охлаждая целые организмы, например, хладнокровных, или изучая их в различные периоды года, показать изменение температурных оптимумов ферментного действия. Я закончил опыты с изучением оптимумов рН для ферментов печени и мышц кроликов при кормлении их кислой (зерновой) или щелочной (зеленой пищей). Удалось показать, что при физиологически кислом рационе оптимумы рН для дегидраз и аргиназы сдвинуты в кислую сторону, а при щелочном – в щелочную. Вере Кефер, несомненно, удастся показать изменение температурных оптимумов для ферментов на целых организмах и воспроизвести эти явления in vitro c помощью экстрактов из консервированных тканей. Было бы очень интересно, чтобы она закончила эти исследования. В работе натуралиста или экспериментатора, ищущего ситуации в природе, позволяющие решить эволюционные вопросы, как и в работе экспериментатора-биолога, стремящегося познать функции целого, есть нечто общее с художественным творчеством – синтетическое восприятие мира. Именно в таком восприятии мира часто мысль и чувства так расширяют и углубляют друг друга, что порождают страстность познающей личности – источник великих радостей. Об этих вдохновенных радостях, требующих тишины и уединения, мне очень хочется поговорить с Вами, дорогой Владимир Петрович. В этих радостях есть единая психологическая основа научного и любого художественного творчества (поэтического, музыкального и пр.). Буду ждать Ваше письмо. Очень прошу Вас передать мои и Алисы Викторовны искренние и сердечные приветы Варваре Васильевне. Желаю Вам здоровья и творческих вдохновенных радостей. Ваш Виктор Ковальский [Архив В. В. Ковальского: Тетрадь № 2, вставка на с. 121 ] 30 сентября 1956 г., г. Москва г. Одесса, Пролетарский бульвар, д. 53 ЛИ БО ВАН ВЭЙ В. П. Филатову Дни; твои тревогою дрожали. Помнил ты, что жизнь коротка. И, когда, желтея, опадали Листья ив, и плыли облака, И цепочкой гуси улетали, Крики их неслись издалека Ты стоял над водами Дунтина Полон дум, в осенней красоте, Пред тобой туманная ложбина Утонула в смутной пустоте, И синела горная вершина Путь к последней жизненной черте. И рождались строки дивных песен, Взор лучился светом чистоты, Будто всех тобой прожитых весен Посвящается В. П. Филатову Через века звучат свирели Твоих стихов Ван Вэй. И до сих пор не опустели Сады далеких дней. Еще цветут акаций кисти, Пунцовы кассии цветы, Темно-зелены те же листья, Что воспевал, бессмертный, ты. И звуки льются эхом вечным Еще хранят долины гор. В движении жизни быстротечном Стихи твои живут с тех пор. 68 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Распустились первые цветы, Будто снова мир широк, не тесен, И плывут, как в юности, мечты, Твоих небес манят просторы В тиши ночных ветвей. За грань вселенной рвутся взоры, Как и твои, Ван Вэй. 25.09.1956 [Москва] 19.09.1956. Москва 19 октября 1956 г., г. Москва Надпись на книге: «Китайская классическая поэзия» (М., 1956) «Дорогому Владимиру Петровичу, перед умом и душой, которого преклоняюсь» В. Ковальский Когда читаю звучные стихи Великих и старинных мастеров, Люблю следить, как из обычных слов Рождается волшебная стихия. Волненье чувств и мудрой мысли сила Пьянят меня лазурной глубиной Тысячелетий – счастьем и тоской, Что жизнь людей в поэзии взрастила. Пьянят меня чудесные виденья. Они через века ко мне летят, Мой горизонт виденьями объят… И старость в них находит утешенье. 19.10.1956. Москва TO THE CORRESPONDENCE OF V. V. KOVALSKY AND V. P. FILATOV (1941–1956). FROM THE LETTERS OF V. V. KOVALSKY Yu. V. Kovalsky, V. V. Ermakov The correspondence between V. V. Kovalsky and V. P. Filatov is of a friendly nature and in many ways reveals the creative potential and talent of these outstanding personalities. It describes in sufficient detail the scientific activities of scientists in the usual living conditions of evacuation, reveals the human and moral traits of scientists. The written dialogue between two outstanding scientists, a biogeochemist and an ophthalmologist , is touching and life-affirming. It reflects the spiritual closeness of two thinkers and friends, the desire of a person for the beautiful and still unknown. Keywords: correspondence, trace elements, expedition, tissue therapy, stimulants, letters, creativity, history. 69 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 504.7. РАЗВИТИЕ УЧЕНИЯ В. И. ВЕРНАДСКОГО О БИОСФЕРЕ И НЕКОТОРЫЕ ДОПОЛНЕНИЯ С. А. Остроумов Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

В. И. Вернадский в своих трудах создал учение о биосфере, которое опередило свое время и продолжает служить основой многих современных представлений в области экологии и биогеохимии. В ряде предыдущих публикаций автор затронул вопросы, привлекавшие внимание В. И. Вернадского. На основе анализа его трудов, а также своих новых экспериментов и анализа современной литературы, автор высказал некоторые предложения по дальнейшему развитию фундаментальных концепций В. И. Вернадского и формулировке некоторых дополнений к учению о биосфере. Ключевые слова: биосфера, основные виды вещества, типология, бывшее живое вещество, роль биоты, экология, биогеохимия, биогенная миграция атомов, иммобилизация, информационные связи. Введение В. И. Вернадский в своих трудах создал учение о биосфере [1, 2], которое опередило свое время и продолжает служить основой многих современных представлений в области экологии и биогеохимии. В ряде предыдущих публикаций автор затронул вопросы, привлекавшие внимание В. И. Вернадского. На основе его книг [1, 2], своих новых экспериментов и анализа современной литературы автор высказал некоторые предложения [3, 5, 6, 13, 14] по дальнейшему развитию фундаментальных концепций В. И. Вернадского. Цель данной публикации – продолжить работу в направлении поиска новых шагов в этом же направлении, по развитию концепций В. И. Вернадского и формулировке некоторых дополнений к учению о биосфере. Типология вещества в биосфере. Предложение выделять новый класс вещества Ex-living matter (E.L.M.) В ряде публикаций [3, 4], и докладов автор предложил в дополнение к существующей типологии вещества в биосфере выделять дополнительный новый функциональный класс вещества, а именно, вещество, которое автор предложил называть ex-living matter (E.L.M.). В. И. Вернадский выделял два основных класса вещества – неживое (косное) вещество и живое вещество [1, 2]. В отдельные периоды жизни и творчества он выделял некоторые дополнительные классы вещества, но к концу жизни он остановился на противопоставлении двух основных классов вещества – живого и косного вещества. Наши опыты по анализу взаимодействия ряда токсичных химических элементов с образцами биогенного материала привели нас к необходимости выделять дополнительный третий класс вещества, который мы обозначили как Ex-living matter (E.L.M.) [3, 4]. К этому классу вещества мы относим большое разнообразие объектов биологического происхождения, которые утратили состояние живого вещества, перестали быть живым веществом (таких, как мортмасса, биодетрит и продукты их трансформации). Сюда же мы включаем продукты превращений бывшей биомассы и ее составных частей (тканей, биомолекул). При этом мы подчеркиваем функциональную, общебиоло70 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) гическую и экологическую значимость того факта (который был выявлен в наших опытах и согласуется с большим объемом фактов, установленных в других лабораториях), что образцы E.L.M. связывают и иммобилизуют токсичные химические соединения и элементы из внешней среды. Подробнее эти вопросы и наши предложения освещены и аргументированы в публикациях, в том числе [3-6, 13, 14]. Дополнения к концепции биогенной миграции атомов химических элементов В. И. Вернадский многократно подчеркивал в своих публикациях важность явления, которое он называл биогенной миграцией атомов химических элементов. Эта концепция была хорошо воспринята современными исследователями. В современной научной литературе активно используется выражение «биогенная миграция элементов» и близкие к нему термины. В. И. Вернадский подчеркивал, что он рассматривает живые организмы как фактор активизации миграции химических элементов. Вышеупомянутые опыты автора (в предыдущем пункте) заставили нас со всей серьезностью отнестись к полученным в нашей работе фактам, которые говорят об иммобилизации химических элементов на биогенных материалах (это было показано в наших работах например [8, 9, 11, 15–17]). Эти факты согласуются с данными научной литературы. Связывание и иммобилизация наблюдалась в наших работах не только на биомассе, но и на образцах вещества из класса E.L.M. Эта иммобилизация имеет существенное геохимическое, биогеохимическое и экологическое значение. Благодаря этому вносится вклад в детоксикацию окружающей среды, что служит важнейшей предпосылкой для сохранения приемлемых условий жизни многих живых существ. Отметим, что при этом происходит не активизация перемещения атомов химических элементов (не активизация их биогенной миграции), а наоборот, иммобилизация, торможение миграции атомов и они становятся менее доступными для организмов, в меньшей степени проявляют свою токсичность и вредоносность. Поэтому автор подчеркивает важность иммобилизации атомов химических элементов на биогенном веществе, а том числе на органическом веществе, утратившем статус живого вещества. В силу этих обстоятельств (подробнее в наших предыдущих публикациях – например, [14]), автор предлагает дополнить концепцию биогенной миграции атомов и использовать такое новое выражение: «биогенная миграция и иммобилизация атомов химических элементов». Информационные и регуляторные связи между организмами В экологии традиционно уделяется большое внимание пищевым (трофическим) связям между организмами. Уделяется также большое внимание динамике численности, за которой скрываются процессы размножения и необходимые для этого репродуктивные связи между организмами. Но В. И. Вернадский практически не уделял существенного внимания той категории связей, которые можно назвать информационными связями, которые имеют место при сохранении дистанции между организмами, на расстоянии. Это расстояние преодолевается сигналами различной природы. Автор считает необходимым восполнить этот пробел. Перенос информации может происходить с помощью сигналов различной природы, в том числе химической. Перенос информации с помощью веществ, вырабатываемых организмами, был подробно проанализирован в книге С. А. Остроумова «Введение в биохимическую экологию» в 1986 году (М.: Изд-во Моск. ун-та, 176 с.) и в наших последующих публикациях. Для более эффективного анализа в упомянутой книге С. А. Остроумовым введены новые термины «экологические хемомедиаторы» и экологические хеморегуляторы». Эти вещества и перенос информации ими имеют существенное значение в биологии организ71 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) мов, в их выживании, в регуляции состояния организмов и их популяций, а следовательно, в формировании биосферы. Отметим важность сигналов и связей, которые имеют и другую природу. В этой связи необходимо упомянуть инновационные концепции акад. Ю. В. Гуляева относительно комплекса сигнальных полей, создаваемых живым организмом, причем в этот комплекс входят и химические, и физические поля (электромагнитные, акустические и др.). Биогеохимические принципы В. И. Вернадский сформулировал три биогеохимические принципа. Их формулировки даны им, например, в книге «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения». [2]. Из экономии места эти формулировки здесь не повторяются. В развитие трех принципов В. И. Вернадского и в их дополнение, автор предложил четвертый и пятый принципы [5, 6]. В частности, в формулировке предложенного четвертого принципа отмечается и подчеркивается существенная роль биогенной регуляции не только биогенной миграции атомов элементов, но также и роль биогенной регуляции в абиогенной миграции атомов и вещества в целом. Этот принцип иллюстрируется, например, биологическими факторами, которые регулируют миграцию вещества в водных экосистемах под действием чисто физических сил (гравитации). Предлагаемые дополнительные биогеохимические принципы продолжают линию мысли, четко выраженную в трудах Вернадского – акцентировка и анализ существенной роли организмов в формировании лика Земли (это выражение любил использовать В. И. Вернадский) – т. е., говоря более современным языком, в формировании комплекса физических, химических и геологических характеристик современной окружающей среды на планете Земля. Среда между организмами – геометрическое пространство или матрикс? В современной экологии и в дискурсе по вопросам биосферы, устойчивого использования природных ресурсов, устойчивого развития активно используется слово «среда» в том же аспекте, в каком это слово используется в выражении «окружающая среда» (environment). Это слово стало привычным, что стало маскировать опасность неадекватного или ошибочного толкования смысла этого слова. Сложность состоит в том, что это слово многозначно и допускает совершенно различные интерпретации. Это слово используется, например, при описании космического пространства – межпланетного пространства, межзвездного пространства. Мы произносим как совершенно естественное выражение слова «безвоздушная среда», описывая космическое пространство, фактически вакуум – причем вакуум более глубокий, чем все виды вакуума, которые современная техника может создавать на Земле. В этом случае слово «среда» близко к абстрактной концепции пространства, где акцентируются чисто геометрические свойства пространства – быть некой абстрактной пустотой, расстоянием между точками или физическими объектами. Совершенно другой смысл слово «среда» имеет при биологической характеристике внутренней структуры организма, клеток и тканей – где среда заполнена водой, белками, ионами, различными биомолекулами. Аналогичным образом используется понятие среды химиками, в особенности при инструментальном анализе элементного состава образца вещества. Результаты измерения концентрации атомов или ионов металла в этом образце могут очень существенно зависеть от химического состава и концентрации других атомов, заполняющих пространство между атомами металла, содержание 72 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) которых измеряется в конкретном случае. В этих ситуациях смысл слова среда близок к слову «matrix» («матрица»). Учитывая сказанное выше в пункте 4 (о роли информационных, сигнальных связей), автор видит в окружающей среде биосферы, в пространстве между организмами не просто нейтральный объект, а гораздо больше. Мы видим заполненность этого пространства сигналами, носителями сигналов – будь то вещества или физические поля. Эти сигналы не просто связывают организмы, они выполняют гораздо более весомые функции регуляторных факторов, которые регулируют состояние, поведение, активность, численность организмов. Поэтому слово « matrix» становится все более уместной коннотацией. По-видимому, мы являемся свидетелями постепенной эволюции понятия «среда» в приложении к биосфере и это рано или поздно найдет отражение в модернизации трактовки и определения самого термина «биосфера». Роль биоты в формировании прозрачности и чистоты воды, физических и химических параметров гидросферы В. И. Вернадский уделил внимание водной среде, гидросфере. Вместе с тем, в последние годы были сделаны новые шаги в постижении важного вопроса о роли живых организмов в формировании параметров гидросферы. В частности, была создана теория мультифункциональной роли биоты в формировании качества воды и в самоочищении воды [10, 12]. Эта теория детализировала и дополнила фундаментальную концепцию В. И. Вернадского о существенной роли живых организмов в формировании лика Земли. Степень связанности компонентов биосферы Все сказанное выше объединяет некий общий тренд в научном анализе вопросов, связанных с биосферой. С одной стороны, имеет место детализация компонентов биосферы. С другой стороны, нарастает осознание все более глубокой и функционально важной связанности объектов биосферы. От формального, но поверхностного признания связанность объектов и процессов в биосфере мы приходим к более глубокому пониманию ранее неизведанной глубокой прочной связанности объектов и процессов в биосфере. От неохотного признания связи некоторых явлений мы приходим к осознанию гиперсвязанности объектов и процессов. Отметим, что к идее гиперсвязанности приходят и другие ученые – например, идею гиперсвязанности подчеркивают Вильям Карпович Сарьян, Вадим Викторович Ермаков и соавторы [7], которые пишут о формировании гиперсвязанного мира. Чем раньше и глубже мы осознаем, что живем в гиперсвязанном мире, тем будет лучше и для биосферы, и для нас. Литература 1. Вернадский В. И. Биосфера. – Л.: Научное химико-техническое издательство, 1926. 2. Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. – М.: Наука, 2001. 3. Остроумов С. А. О типологии основных видов вещества в биосфере // Экологическая химия. – 2011. – Т. 20. – № 3. – С. 179–188. 4. Остроумов С. А. Живое вещество и роль детрита в биогенной миграции микроэлементов // Ермаков В. В., Карпова Е. А., Корж В. Д., Остроумов С. А. Инновационные аспекты биогеохимии/ – М.: ГЕОХИ РАН, 2012. – С. 103–133. – URL : http://5bio5.blogspot.ru/2016/04/2012-103-133.html; https://www.researchgate.net/publication/301683889. 5. Остроумов С. А. Четвертый биогеохимический принцип // Ecological Studies, Hazards, Solutions. – 2018. – Т. 25. – С. 128–131. 73 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 6. Остроумов С. А. О роли биоты и биогенного вещества в биосфере. Четвертый биогеохимический принцип // Биогеохимия – научная основа устойчивого развития и сохранения здоровья человека. – Тула: ТГПУ, им. Л. Н. Толстого, 2019. – С. 61–63. 7. Сарьян В. К., Назаренко А. П., Ермаков В. В. Повышение адаптационных возможностей человека в условиях возрастающего техногенеза и увеличения риска человеческих и материальных потерь от ЧС природного и техногенного происхождения – витальная задача (задача выживания) современной цивилизации // Большая Евразия: Развитие, безопасность, сотрудничество. – 2019. – № 2-2. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-adaptatsionnyh-vozmozhnostey-chelovekav-usloviyah-vozrastayuschego-tehnogeneza-i-uvelicheniya-riska-chelovecheskih-i (дата обращения: 11.05.2021). 8. Johnson M. E., Ostroumov S. A. Tyson, J. F., Xing B. On the biogeochemistry and geochemical ecology of nanotechnology products: interactions of metal oxide nanoparticles with macrophytes and plant-derived materials // Problems of Biogeochemistry and Geochemical Ecology. – 2011. – Vol. 3. – № 17. – P. 136–148. 9. Johnson M. E., Ostroumov S. A. Tyson, J. F., Xing B. Study of the interactions between elodea canadensis and cuo nanoparticles // Russian Journal of General Chemistry. – 2011. – Vol. 81. – № 13. – P. 2688–2693. 10. Ostroumov S. A. On the biotic self-purification of aquatic ecosystems: Elements of the theory // Doklady Biological Sciences. – 2004. – Vol. 396. – P. 206–211. 11. Ostroumov S. A. Studying the fate of pollutants in the environment: binding and immobilization of nanoparticles and chemical elements // Ecologica. – 2011. – Vol. 18. – № 62. – P. 129–132. URL: http://www.scribd.com/doc/68239141/ 12. Ostroumov S. A. Water quality and conditioning in natural ecosystems: biomachinery theory of self-purification of water. // Russian Journal of general chemistry. – 2017. – Vol. 87 (13). – P. 3199–3204. – URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1134/ S107036321713014X.pdf 13. Ostroumov S. A. On the functional biospheric role of living and biogenic matter: the fourth biogeochemical principle // Russian Journal of General Chemistry. – 2019. – Vol. 89. – № 13. – P. 2818–2820. – URL: ttps://link.springer.com/content/pdf/10.1134/S1070363219130127.pdf 14. Ostroumov S. A. Additions to some concepts presented in V. I. Vernadsky’s works on the biosphere // Russian Journal of General Chemistry. – 2019. – Vol. 89. – № 13. – P. 2858–2859. 15. Ostroumov S. A., Johnson M. E., Tyson J. F. and Xing B., Immobilization of scandium and other chemical elements in systems with aquatic macrophyte // Russian Journal of General Chemistry. – 2015. – Vol. 85 (13). – P. 2929–2932. 16. Ostroumov S. A., Kolesov G. M. The role of biodetritus in accumulation of elements in aquatic ecosystems // Contemporary Problems of Ecology. – 2010. – Vol. 3. – № 4. – P. 369–373. 17. Ostroumov S. A., Kolesov G. M. The aquatic macrophyte Сeratophyllum demersum immobilizes au nanoparticles after their addition to water // Doklady Biological Sciences. – 2010. – Vol. 431. – P. 124–127. DEVELOPMENT OF V. I. VERNADSKY'S TEACHING ABOUT THE BIOSPHERE AND SOME ADDITIONS S. A. Ostroumov V. I. Vernadsky in his writings created his teaching about the biosphere, which was ahead of its time. His works are keeping on serving the basis for many modern concepts in the 74 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) field of ecology and biogeochemistry. In a number of his previous publications, the author raised issues that attracted the attention of V. I. Vernadsky. Based on the analysis of his works, as well as on his new experiments and analysis of modern literature, the author made some suggestions for the further development of the fundamental concepts of V. I. Vernadsky and the formulation of some additions to his teaching about the biosphere. Keywords: biosphere, main types of the matter, typology, ex-living matter, biota, ecology, biogeochemistry, biogenic migration of atoms, immobilization, information links. УДК 63.54:001.891 ИСТОРИЯ ПУБЛИКАЦИЙ ПО БИОГЕОХИМИИ В ЖУРНАЛЕ «АГРОХИМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК» И. С. Прохоров Автономная некоммерческая организация «Редакция “Химия в сельском хозяйстве”» (г. Москва, Россия) e-mail:

Представлена информация об истории журнала «Агрохимический вестник» («Удобрение и урожай», «Химизация социалистического земледелия», «Химия в сельском хозяйстве», «Химизация сельского хозяйства») с 1929 г. по настоящее время. Дано описание рубрик журнала, публикаций выдающихся ученых – членов редакционной коллегии, сотрудников редакции и издательств, в которых выходил журнал. Представлены наиболее запоминающиеся работы последних десятилетий, посвященные различным объектам почвенно-биогеохимических исследований. Ключевые слова: научный журнал, история, почвоведение, агрохимия, биогеохимия. Журнал «Агрохимический вестник» является правопреемником журнала «Удобрение и Урожай», что подтверждено письмом НПО «Всесоюзная книжная палата» от 02.12.1992 № 0212, которое дает право редакции указывать на титульном листе издания формулировку «Основан в июне 1929 г.» [1]. Одним из инициаторов выхода в свет журнала, основанного Комитетом по химизации народного хозяйства СССР при СНК СССР и Научным Институтом по Удобрениям НТУ ВСНХ СССР стал академик Д. Н. Прянишников. В первый редакционный совет входили: Э. В. Брицке – редактор, Л. Л. Балашев – зам. редактора, М. М. Вольф, С. И. Вольфкович, Н. В. Гаврилов, А. А. Горяинов, П. И. Дубов, А. В. Казаков, Э. И. Квиринг, В. П. Кочетков, А. Н. Лебедянцев, А. П. Левицкий, Д. Н. Прянишников, А. Н. Розанов, Г. Д. Угрюмов, А. И. Юлин. Первыми авторами вместе с членами редсовета были: В. И. Влодавец, Б. А. Скопинцев, Н. П. Ремезов, И. И. Траут, Ф. Т. Перитурин, Т. А. Рунов, В. М. Васильков, А. А. Чучупал, С. П. Лебедев, Н. В. Овчининский [1-13]. Тираж журнала первоначально составлял 2000 экз. Будучи единственным органом, специально посвященным проблемам химизации земледелия, журнал «Удобрение и Урожай» из-за малого объема не мог достаточно полно освещать вопросы защиты растений, поэтому с мая 1932 г. отдел журнала «Химические средства борьбы с вредителями и болезнями растений» стал выпускать самостоятельное издание «На защиту социалистического урожая». Сегодня – это журнал «Защита и карантин растений», а журнал «Удобрение и урожай» в начале 1932 г. был переименован в «Химизацию социалистического земледелия» и стал органом Наркомзема СССР и Всесоюзного НИИ удобрений, агротехники и агропочвоведения им. К. К. Гедройца (ВИУАА) [1, 5, 6, 9–11]. В это время в состав редколлегии входили: К. К. Гед75 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ройц, О. К. Кедров-Зихман (отв. редактор), А. Н. Лебедянцев, Е. Е. Магарам, Я. П. Никулихин, С. С. Сигаркин, С. И. Теумин, А. Федяев, Н. В. Феоктистов. Авторами в это время помимо членов редколлегии были: М. М. Вольф, Л. Н. Барсуков. Е. В. Бобко, Д. А. Сабинин, В. С. Буткевич, М. А. Егоров, С. П. Молчанов, А. А. Ширшов. Журнал также публиковал официальные документы: «Об организации Всесоюзного института удобрений», «Об объединении Института удобрений и агропочвоведения». Содержание журнала было продублировано на английском и немецком языках, а тираж журнала составлял 1 875 экз., достигнув в 1938 г. – 9 660 экз. В 1941 г. последним вышедшим номером журнала стал № 6 с тиражом 8 770 экз., так как началась Великая Отечественная Война. Среди его авторов были: В. В. Церлинг, В. В. Бернард, Е. Н. Мишустин, М. Г. Голик, О. М. Джумаев, Е. Ф. Березова, Л. В. Судакова, А. В. Соколов, Н. Н. Соколов, В. Н. Перегудов, Р. В. Витоль, П. И. Садовский, М. Бабаков. В 1956 г. журнал был восстановлен под названием «Удобрение и Урожай» как ежемесячный научно-производственный журнал Минсельхоза СССР и Министерства совхозов СССР. Членами редколлегии журнала были: В. Е. Егоров (гл. ред.), П. А. Баранов, А. Ф. Кабанов, Н .П. Карпинский, О. К. Кедров-Зихман, В. М. Клечковский, И. П. Мамченков, Я. В. Пейве, И. И. Самойлов, П. Г. Найдин, Н. Д. Смирнов, Ф. В. Турчин. Начальный тираж 14 000 экз., который достиг 19 600 экз. в 1957 г. В 1960 г. журнал «Удобрение и урожай» и серии массовой библиотечки обмена опытом в сельском хозяйстве («Зерновые и кормовые культуры», «Технические и масличные культуры») объединяют в качестве рубрики в ежемесячный журнал «Земледелие», в круг рассматриваемых вопросов которого вошло возделывание сельскохозяйственных культур, разработка севооборотов, а также теория и практика применения удобрений. В 1963 г. Государственный комитет химической и нефтяной промышленности при Госплане СССР и Министерство сельского хозяйства СССР восстановили журнал под названием «Химия в сельском хозяйстве», который выходил в свет в Госхимиздате. В состав редколлегии входили: В. Н. Антонов (гл. ред.), Д. А. Катренко (зам. гл. ред.), С. В. Беньковский, К. А. Гар, И. И. Гунар, М. В. Каталымов, Л. И. Королев, В. В. Краснушкин (зам. гл. ред.), Н. Н. Мельников (зам. гл. ред.), К. В. Новожилов, Б. Г. Овчаренко, П. В. Попов, А. В. Соколов, В. Г. Стативкин, Ф. В. Турчин, Г. А. Черемисинов (зам. гл. ред.), А. Ф. Шаров, Н. А. Шманенков, О. В. Яковлева. Тираж первого номера журнала составлял 1 200 экз., а в 1964 г. он достиг пика за все время издания – 63 000 экз. В 1964 г. добавились рубрики «Новые препараты», «Обмен опытом», «В помощь лектору», «Библиография», а в 1965 г. – «Экономика», «Консультации» (вместо «В помощь лектору», которая в 1979 г. стала «Наши справки»). Журнал откликается на ситуацию в стране, идет в ногу с современными условиями, открывая новые рубрики, которые могут быть интересны и полезны читателю, так в 1974 г. открылась рубрика «Охрана окружающей среды», а в 1975 г. – «Стандарты и качество». С 1976 г. рубрика «Минеральные удобрения» стала называться «Удобрения и мелиоранты», вместо рубрики «Хроника» появилась рубрика «Информация», а вместо «Библиографии» – «Рецензии». В рубрике «Библиография» публиковались рецензии на книги, списки новых книг и статей по вопросам химизации сельского хозяйства, опубликованных в других изданиях. В 1984 г. появилась новая рубрика «На проектно-изыскательных станциях и в лабораториях». В 1985 г. журнал стал теоретическим и научно-производственным, поменялся его формат, изменился и профиль журнала. Главным редактором стал Н. С. Беспятых. Его основными направлениями становятся: Служба химизации, Химические средства и местные удобрения в действии, Производственные технологии, Материаль76 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) но-техническая база, Научное и проектно-технологическое обеспечение работ, Экономика и организация труда, С заботой о природе, Охрана труда и техника безопасности, Методы исследований и контроля качества работ, Человек и его дело, В химической промышленности, Информация (о совещаниях, семинарах, выставках; зарубежный опыт; рецензии, короткие сообщения по узким вопросам; о новых книгах). С 1986 г. на всех обложках черно-белые фото или картинки. Учредитель до 1986 г. – Министерство сельского хозяйства и Министерство по производству минеральных удобрений, министерство химической промышленности, с 1986 г. – Государственный агропромышленный комитет СССР, Министерство по производству минеральных удобрений, Министерство химической промышленности. Публикуются материалы по совершенствованию агротехнического обеспечения урожая, агротехническим аспектам плодородия почв. Осенью 1987 г. журнал «Химия в сельском хозяйстве» был передан ВО «Агропромиздат» и в 1988 г. получил название «Химизация сельского хозяйства». Журнал полностью сменил свой облик и формат, но не потерял своей важности. В состав редколлегии входили: Г. И. Алергант, И. Г. Важенин, Н. В. Войтович, А. И. Волков (зам. гл. ред.), Ю. А. Вяткин, Н. С. Беспятых (глав. ред.), В. С. Груздев, В. М. Габидуллин, Л. М. Державин, В. Ф. Кармышов, Ю. И. Касицкий, Д. А. Кореньков, А. И. Кушков, И. А. Мельник, А. И. Мигач, Э. Ф. Нейгебаур, П. Д. Попов, А. В. Постников, В. И. Сахненко, В. А. Светов, В. Г. Уточкин, В. В. Шувалов. Позднее членами редколлегии стали: И. М. Богдевич, В. Ф. Ладонин, А. И. Мячин, В. И. Панасин, И. Н. Чумаченко. Тираж составлял 11 000–13 000 экз. В 1992 г. журнал возглавил В. А. Макаренко и в номерах 2 и 4 редакция опубликовала анкету, в которой представила читателям несколько вариантов названий: «Химизация сельского хозяйства», «Химия в сельском хозяйстве», «Удобрение и Урожай», «Плодородие и Урожай», «Плодородная нива». В результате анкетирования большинство читателей (более 50%) остановилось на названии «Химия в сельском хозяйстве», так как оно более полно отвечает содержанию и тематике журнала. Такое же решение принял учредитель – Совет объединения «Россельхозхимия», и под таким названием журнал начал выходить с января 1993 г. В составе редколлегии появились: А. М. Артюшин, В. Я. Евсюков, С. Ф. Маслов, И. И. Прохорова, Ю. Ф. Федоров. Тираж журнала в этот период – 3 000 экз. С этого времени учредителем журнала также становится Министерство сельского хозяйства РФ. На страницах журнала значительное место стало уделяться работе специалистов центров и станций Государственной агрохимической службы, которая в 2019 г. отметила свой 55-летний юбилей. В 1994 г. главным редактором журнала становится И. И. Прохорова, работавшая в редакции с 1986 г. и ныне возглавляющая АНО «Редакция «Химия в сельском хозяйстве». С переходом на рыночные отношения резко сократились объемы применения средств химизации из-за роста цен на минеральные удобрения, и в журнале появилась рубрика «Нетрадиционные удобрения и новые виды органических удобрений». Результаты технологических, генетических и экономических исследований по вермикультивированию были представлены уже в журналах «Химия в сельском хозяйстве» и «Агрохимический вестник». Накопленный в редакции огромный материал по решению экологических проблем в сельском хозяйстве привел к изданию в 1998 г. № 3 под названием «Агроэкология: проблемы и решения», затем выходившим неоднократно. Все больше внимания уделяется сохранению окружающей среды, весь № 3 за 2002 г., № 1 за 2003 г., а также № 3 за 2005 г. посвящены проблемам агроэкологии. С 2012 г. главным редактором журнала стал И. С. Прохоров. 77 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Следует отметить, что журнал постоянно ищет новые решения для привлечения читателей, расширения аудитории. В журнале дается информация о состоявшихся совещаниях, конференциях, выставках, отдельных НИУ. С 2001 г. журнал проводил конкурс «Агрохимик года» по работам, опубликованным в журнале. После распада Советского союза публикация многих исследований в бывших республиках началась в ряде региональных изданий, однако благодаря сотрудничеству редакции с рядом вузов и НИИ позволяет и сейчас привлекать авторов из ближнего зарубежья. Значительное внимание уделяется редакцией истории развития науки и ее выдающимся деятелям и исследователям. В 2010 г. журнал стал Лауреатом Национальной премии им. П. А. Столыпина «Аграрная Элита России» в номинации «Пропаганда новых технологий и научных достижений в повышении плодородия и возрождении земель сельскохозяйственного назначения». Не забывают в журнале и о будущих поколениях агрохимиков, почвоведов и агроэкологов, для которых существует рубрика «Работы молодых ученых». С 2005 г. журнал включен в Российский индекс научного цитирования (РИНЦ) на сайте российской научной электронной библиотеки (www.elibrary.ru), а с 2015 г. журнал включен в базу данных российских научных журналов Russian Science Citation Index на платформе Web of Science. Подтверждено включение журнала с 1963 г. в международную базу данных химических научных журналов Chemical Abstracts (CAS (pt)), осуществлена регистрация в международной исследовательской базе данных Research Bible. С 2018 г. статьям, публикуемым в журнале, присваивается Digital Object Identifier (DOI) на базе Российской государственной библиотеки (www.cyberleninka.ru). Благодаря обновлению Перечня ВАК РФ, в журнале «Агрохимический вестник» публикуются материалы по следующим специальностям и отраслям науки: 03.02.03 – Микробиология (сельскохозяйственные науки); 03.02.08 – Экология (биологические и химические науки); 03.02.13 – Почвоведение (биологические, сельскохозяйственные и химические науки); 06.01.01 – Общее земледелие растениеводство (биологические и сельскохозяйственные науки); 06.01.04 – Агрохимия (биологические, сельскохозяйственные и химические науки); 06.01.07 – Защита растений (биологические и сельскохозяйственные науки). Одним из направлений публикаций стали исследования по оценке земель, а также состоянию почв в особо охраняемых природных территориях (заповедниках и национальных парках). Далее обратимся к наиболее запомнившимся публикациям, посвященным изучению трансформации, миграции и аккумуляции веществ и элементов в почвенном покрове за последние несколько десятилетий. Ученые Ставропольского ГАУ совместно со специалистами ВНИИ агрохимии им. Д. Н. Прянишникова представили результаты длительного экспериментального севооборота, входящего в Географическую сеть опытов с удобрениями РАН [14]. Сотрудники кафедр почвоведения и агрохимии являются постоянными авторами журнала [34, 35]. Их публикации посвящены как сравнительной оценке влияния различных систем удобрений на содержание форм фосфора и калия в профиле чернозема выщелоченного, продуктивностям севооборотов, а также развитию фито- и энтомофагов, укреплению иммунных барьеров растений. Человеческая деятельность приводит к значительному нарушению природных экосистем, а замена их на агрокультурные изменяет их биогеохимические циклы. Почвоведами Ставропольского ГАУ рассмотрены материально-энергетические циклы в живых системах фототрофов и гетеротрофов, а также в косных системах минеральной основы почв [80]. В результате того, что почвы в земледелии теряют часть биогенных элементов с товарной частью урожая, помимо выноса с гравитационным током влаги, происходит их обеднение, старение и снижение плодородия. Почвы слагают три группы минералов: унаследованные материнские, но78 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) вообразованные и органогенные, по мере старения почвы, доля новообразованных растет, а остаточных материнских и органогенных сокращается. Ввиду притока энергии извне почва находится постоянно в неравновесном состоянии, и время в данном случае выступает как основной фактор почвообразования. В работе [81] установлено, что на черноземах, образованных на лессовидных суглинках, численность микромицетов на пашне превышает аналогичные показатели на целине. Численность микроорганизмов в почве, образованной на элювии майкопских глин, напротив выше на целинных участках, чем в агробиоценозах. В естественных экосистемах биохимические круговороты веществ близки к замкнутому типу и представляют управляемый сложившимся биоценозом механизм улавливания, аккумуляции, перераспределения и потребления энергии организмами и почвами. В этих условиях почвы удерживают колоссальное количество потенциальной энергии, равное ее содержанию в надземной биомассе и накапливают запасы питательных веществ на многие поколения растений, чего нельзя сказать об агроценозах [83]. В статье сотрудников Орловского ГАУ и Орелагрохимрадиологии представлены результаты агрохимического обследования залежных земель юго-восточной природноэкономической зоны Орловской области [17]. При выводе полей из севооборота происходит выраженное ухудшение агрохимических показателей, что обусловлено замедлением темпов минерализации растительных остатков, миграцией питательных веществ в более глубокие слои почвы и развитием эрозионных процессов. Степень деградации зависит от возраста залежи на каждом конкретном участке. Специалисты Всероссийского НИИ радиологии и агроэкологии уточнили особенности транслокации Zn в хозяйственно-ценную часть салата листового для разных почв в целях пересмотра нормативов содержания Zn в почвах в зависимости от типа почв [18]. В вегетационном опыте изучено влияние минеральных удобрений, комплексного органоминерального удобрения СУПРОДИТ-М и нового биологически активного органоминерального комплекса Гумитон на формы нахождения 137Сs в почве, продуктивность салата и на поступление 137Сs в растения из дерново-подзолистой супесчаной почвы в Калужской области [24]. Исследования по изучению влияния загрязнения почв цинком показали, что семенное потомство ячменя, полученное на почвах с концентрациями Zn, не превышающими значения ОДК более чем в 1-2 раза, имеет тенденцию к увеличению всхожести. Внесение же больших доз Zn (приводящее к превышению в исследуемых почвах ОДК содержания металла в 4–9 раз) способно оказывать негативное влияние на семенное потомство: наблюдается увеличение частоты цитогенетических нарушений в корневой меристеме проростков семян, снижается их всхожесть. Кроме массовой доли Zn в почвах, существенное влияние на поступление и транслокацию металла в растениях (а, в конечном счете, и на качество семенного потомства) оказывают тип, физические и химические характеристики почв. Изменение всхожести и выраженные цитогенетические эффекты у семенного потомства ячменя, полученного на дерново-подзолистой почве, происходит при меньших концентрациях цинка, чем на черноземе и торфяной почве [24]. В статье О. А. Анциферовой из Калининградского ГТУ [19] проведено сравнение молодых залежей Калининградской и Тамбовской областей. Автор обращает внимание на геохимические особенности миграции подвижных соединений, на скорость изменения основных показателей плодородия в почвах, ушедших в залежь с различной степенью окультуренности. Сотрудником Института общей и экспериментальной биологии СО РАН Е. А. Бодеевой [25] изучено валовое содержание и профильное распределение микроэлементов (меди, цинка и никеля) в целинных почвах Забайкалья. Установлена зависимость их содержания от концентрации в почвообразующих породах и некоторых биогеохимиче79 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ских барьеров. Обнаружена биогенная аккумуляция элементов в гумусовом горизонте, а также некоторая сорбция на карбонатно-щелочном барьере. Многочисленные исследования ученых, посвященные изучению последствий Чернобыльской аварии и их преодоления также нашли отражение на страницах нашего журнала [15, 16, 20–23, 26, 28]. Так, результаты контроля растениеводческой продукции в Калужской области на содержание радиоцезия, изменения радиологической обстановки подтвердили данные о вертикальной миграции радионуклидов на разных типах почв, в частности в полевом опыте по влиянию минеральных удобрений на накопление радиоцезия зеленой массой злаковых трав [31]. В статье руководителей Московского НИИ сельского хозяйства и Всероссийского НИИ радиологии и агроэкологии рассмотрены закономерности поведения искусственных радионуклидов (глобальные и чернобыльские выпадения) в луговых экосистемах Московской области, их миграции по пищевым цепочкам, а также эффективность агротехнических и агрохимических защитных мероприятий в условиях радиоактивного загрязнения. Кратность снижения годового поступления 137Cs в рацион человека за счет потребления продукции животноводства, полученной на лугах после проведения поверхностного и коренного улучшения, составила 1,7 и 3,0 раза, соответственно [32]. Совместно со специалистами Тульского НИИСХ сотрудники ВНИИРАЭ изучают параметры миграции и динамику распределения 137Cs в почвенном профиле целинных черноземных почв Тульской области, загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС [33]. Проведено сопоставление зависимостей концентрации 137Cs в почве от глубины залегания почвенного слоя для различных лет после формирования радиоактивного загрязнения почв. Установлен активный процесс вертикальной миграции 137Cs с уменьшением его запаса в верхнем 0–5 см слое почвы с 91,2 % в 1988 г. до 39,4 % в 2016 г. и, соответственно возрастанием общего содержания радионуклидов в 5–10 см слое почвы с 8,0 до 30,5 %. В долгосрочный период времени выявлена стабилизация распределения этого радионуклида по почвенному профилю. При разработке моделей, описывающих перемещение 137Cs в профиле черноземных почв, необходимо учитывать все модифицирующие факторы, включая педо-, крио- и биотурбационные процессы. Ратниковым А.Н. с соавторами предложена оценка реабилитационных мероприятий, основанная на изучении и анализе радиационной обстановки, закономерности поведения радионуклидов в агроценозах [62]. Особенностью отдаленного после аварии на ЧАЭС периода является введение жестких – «доаварийных» санитарно-гигиенических нормативов на сельскохозяйственную продукцию, получаемую на загрязненных угодьях. В Новозыбковском филиале ВИУА изучено внесение цеолита на поверхность разных типов естественных лугов для уменьшения поступления 137Cs в травостой и увеличения его урожайности [63]. Сотрудниками Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН исследован современный радиационный фон Плавского радиоактивного пятна Тульской области, который формируется за счет естественных (40K, 232Th, 226Ra) и техногенных (137Cs) радионуклидов. При этом доля 137Cs от общих запасов радионуклидов в почвах составляет 48–67 %, а в составе растительной продукции – только 5–14 %, что выявляет незначительные параметры перехода элемента из почв в растения [64]. Специалистами Тулаагрохимрадиология разработана система радиационно-экологической реабилитации загрязненных угодий, обеспечивающая многократное снижение поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию [68]. Установлены дозы радионуклидов и размеры загрязненных территорий, определены критерии и уровни загрязненных почв, на 11 почвенных разрезах продолжают вести наблюдения за вертикальной миграцией цезия. Во ВНИПТИХИМ совместно с Брянскагрохимрадиология в многолетнем полевом опыте на дерново-подзолистой почве, загрязненной радионуклидами, изучена агрохимическая и антирадиационная эффективность новых видов комплексных удоб80 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) рений [74]. Установлено существенное повышение урожайности полевых культур и двукратное снижения радиоцезия в сельхозпродукции. Учеными Гомельского государственного университета им. Ф. Скорины предложены способы оптимизации использования естественных сенокосно-пастбищных угодий, загрязненных долгоживущими 137 Cs и 90Sr на примере пойменной экосистемы реки Сож [77]. Дана оценка радиоэкологической и биогеохимической обстановки в пойменном ландшафте и разработаны рекомендации для частичного или выборочного использования поймы с учетом плотности загрязнения почвы и действия геохимических барьеров (участков, в силу каких-либо геохимических особенностей, аккумулирующих повышенные концентрации 137Cs и 90Sr) в пойме и исключения данных участков из сельскохозяйственного использования. География научных исследований ученых почвоведов и агрохимиков всегда была достаточно обширна и объекты исследований были по-своему уникальны. Так исследования ученых Почвенного института им. В. В. Докучаева [27, 28] стали основами последующих изысканий на территории бывшего Советского союза [57]. Сотрудничество ученых Кубанского ГАУ и РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева в области изучения миграции 90Sr в многолетнем полевом опыте (30 лет) в условиях Краснодарского края в растениях малины [33], фундука [42], а также в разных слоях чернозема выщелоченного в яблоневом саду [49, 58] привело к ряду публикаций, ставших в последствии докторскими и кандидатскими диссертациями. В результате исследований предложены варианты агротехники малины и фундука на загрязненной территории, которые уменьшают накопление радионуклида в плодах, древесине и коре. Плантажная вспашка также снижает накопление 90Sr в изучаемых частях растений. Начиная с 1989 г., вертикальная миграция изучаемого нуклида составила 10–13 см (до 15 см по повторениям). Во втором варианте опыта вертикальная миграция изучаемого радионуклида за период исследований 1989–2019 гг. составила 10–12 см. В итоге можно утверждать, что вертикальная миграция радионуклида в изучаемой почве не высокая даже при многолетнем нахождении в почве. Ученые ГСАС «Тюменская» и ГАУ Северного Зауралья проводили многолетние исследования фосфорного режима трех подтипов серой лесной почвы [36]. Установлено, что пахотные темно-серые лесные почвы на протяжении 21 года характеризуются повышенной обеспеченностью подвижным фосфором (186-319 мг/кг), серые и светлосерые от 22 до 147 мг/кг. Единственные источники поступления фосфора – органические удобрения в виде торфонавозного компоста, который стабилизирует ситуацию в темно-сером подтипе почв. Ежегодно из валовых форм фосфора переходит 53 и 41 кг/га водорастворимых фосфатов. В Нижегородской ГСХА в ходе обзора подходов к классификации органических удобрений выделены группы со сходным влиянием на компоненты окружающей среды [37]. На основе экспериментальных данных выявлены основные тенденции трансформации почв под влиянием органических отходов птицеводства (повышение содержания органического вещества и биогенных элементов до аномально высоких количеств, увеличение содержания подвижных форм тяжелых металлов до сверхнормативных уровней и микробиологическое загрязнение почвы). Предложены рекомендации по снижению негативного воздействия птицеводческих комплексов. Агрохимики РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева рассматривали деструктивную способность почв к гербициду 2,4-Д при применение различных схем удобрений [38]. При использовании 2,4-Д аминной соли, меченной изотопом 14С по карбоксильной группе установлено, что наиболее оптимальные условия для деструкции гербицида на дерново-подзолистой почве складываются при внесении N225P135K405 + навоз, 40 т/га. При большей дозе гербицид разлагается медленнее. На выщелоченном черноземе разложение гербицида выражено не так значительно, однако применение меньшей дозы 81 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) (N90P120K90 + навоз, 40 т/га) уже ускоряет процесс деструкции. Исследования миграции химических веществ на склонах Нечерноземной зоны ведутся значительное время [41]. Экологи главного аграрного учебного заведения страны продолжают многочисленные исследования по миграции различных соединений в почвах разных типов [84]. В 20152018 гг. в ландшафтах Приволжской возвышенности на стационарных площадках ОАО «Учхоз Муммовское» РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева Саратовской области изучена водная миграция веществ в черноземах целинной (лугово-степной) и деградированной фации – на пустошах (выбитое пастбище с черноземами осолоделыми) [94]. С помощью метода сорбционных лизиметров в нативных и деградированных черноземах исследована водная миграция продуктов деградации почв – гуматов и фульватов натрия, соединений Fe, Ca, Na. Наиболее активно эти процессы выражены в деградированных черноземах на пустошах. Охарактеризованы барьерно-геохимические функции черноземов целинных и деградированных. Уточнены процессы осолонцевания, осолодения и черноземообразования. В Центрально-лесном государственном природном биосферном заповеднике в Тверской области изучена морфология, физико-химические свойства, водная миграция органических лигандов и ионов тяжелых металлов в дерновоподзолах на двучленных породах лесных экосистем [90]. В статье, описывающей почвы и экосистемы мегаполиса, испытывающие значительное антропогенное воздействие, осложненное «кислотными дождями», а также антигололедными солями [91], рассмотрены результаты длительных стационарных опытов по водной миграции веществ в дерново-подзолистых почвах катен (плакор – склон холма – подошва склона) Полевой опытной станции и Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева. В статье [92] рассмотрены генезис и экологическое состояние почв лесных и аграрных экосистем Юрьев-Польского ополья на примере ОАО «Дружба» Переславль-Залесского района Ярославской области. На основе обобщения результатов полевого картирования, модельных опытов, анализа образцов почв и изучения водной миграции на стационарных площадках в 2010-2017 гг., выявлены зональные процессы подзоло- и глееобразования. Они способствуют формирования в лесных и аграрных экосистемах подзоны южной тайги преимущественно подзолистых и дерново-подзолистых почв, развитых на покровных суглинках и двучленных отложениях. На пашни оподзоливание затухает, но кислотный гидролиз минералов в профиле «опускается» глубже пахотного горизонта. Почвы отличаются очень кислой реакцией и дефицитом доступного фосфора. В статье [93] представлена экологическая оценка некоторых подтипов черноземов Среднего Поволжья (на примере ландшафтов ОАО «Учхоз «Муммовское» Саратовской области) и полевых агроландшафтов ВНИИ сахарной свеклы Воронежской области в пределах водораздела рек Воронеж и Дон. Выявлены факторы, обусловливающие эволюцию черноземов на плакорах и надпойменных речных террасах Саратовской области: аридизация климата, засухи, пожары, образование «плужной подошвы» в пахотных горизонтах, использование «чистых» паров в севооборотах, вызывающих перегрев верхних горизонтов почв и восходящую миграцию водорастворимых солей и как следствие, более быстрое осолонцевание (и осолодение) – деградация чернозема. Ученые ВНИИГиМ им. А. Н. Костякова и Ярославского ГМУ рассмотрены процессы деградации зональных почв Европейской части России и обоснованы основные агрохимические показатели, определяющие степень деградации [39]. Для оценки энергетического состояния почвы в зависимости от степени деградации предложена методика определения биоэнергетического потенциала почвы, основанная на биогенной энергии, которая рассчитывается через количество АТФ, синтезированное клеткой при полном биологическом окислении органического вещества до углекислого газа и воды, исходя из его элементного состава на основе стехиометрии, закономерностей процессов биологического окисления и термодинамических законов. Также во ВНИИГиМ им. 82 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) А. Н. Костякова изучено влияние содержания биогенных элементов и гумуса на урожайность кукурузы и зерна пшеницы, выявлена зависимость влияния содержания тяжелых металлов и мышьяка на микробиологическую активность почвы в ОПХ «Докучаево» Алтайского края [78]. Специалистами ГСАС «Шадринская» проведена оценка плодородия сельскохозяйственных угодий северной лесостепи Курганской области [40]. Сотрудниками Белгородского государственного национального исследовательского университета установлены перечни химических элементов накопления и рассеяния в природных почвах относительно основных генетических групп материнских пород, а также в агрогенном ряду (целина – залежь – пашня) для условий Северо-Западного Крыма [44]. Путем сравнения почв нового периода освоения и старопахотных почв по содержанию питательных элементов растений были обоснованы индикаторы агрогенных трансформаций, что позволило определить приоритетный показатели для почвенно-экологического мониторинга в древнеземледельческих районах. В Агрофизическом институте (Санкт-Петербург) с момента его основания уделяется много внимания исследованиям трансформации веществ, агрофизических свойств почв и точному земледелию [45]. В 2008 г. опубликован ряд работ ученых Смоленского НИИСХ в соавторстве с коллегами из Смоленской ГСХА. Они посвящены исследованиям агрофизических свойств почв при применении мелиорантов [46], миграции стронция [47], а также качеству кормов и питьевой воды [48]. Ученые Саратовского НИИСХ Юго-Востока представили взаимосвязь глобального изменения климата с перестройкой водного и пищевого режима чернозема южного [49]. В статье были приведены закономерности сопряженной сезонной миграции свободной влаги и питательных элементов по 1,5-метровому профилю почвы по всем частям агроландшафта от водораздела до склона. Результаты исследований предложено использовать для обоснования развития ландшафтной агрохимии. В Республике Татарстан проведены крупнейшие в стране исследования по известкованию кислых почв, чему способствовало наличие местных известковых агроруд [51]. Так специалисты ГЦАС «Татарский» совместно с ОАО «Татагрохим» в результате полевых опытов установили положительное действие известковых удобрений не только на реакцию почвенной среды, но и их роль в создании экологического барьера на пути накопления токсикантов и их поступления в растительную продукцию. Работам по изучению поведения тяжелых металлов посвящено большое количество публикаций одного из старейших членов редакционной коллегии нашего журнала Михаила Михайловича Овчаренко [52, 88]. Многие из них впоследствии стали весомыми монографиями и настольными книгами многих ученых, таких как специалисты ГСАС «Северо-Осетинская и Горского ГАУ [70, 71], ГЦАС «Ленинградский» [73]. Необычные исследования ученых из Республики Беларусь (БГАТУ и Белгипроводхоз) была посвящена публикация [52] по изучению процесса ползучести зеленой массы измельченных трав и биогенных грунтов при силосовании. Установлено, что значения расчетных реологических параметров зависят от величины уплотняющей нагрузки и структурных характеристик любого материала, в т. ч. и зеленой массы. По полученным зависимостям можно рассчитать степень уплотнения силосуемой массы в хранилище на любой момент времени, а соответственно и содержание в ней воздуха. Лизиметрические исследования всегда были основой изучения биогеохимических циклов веществ в почвенном профиле. Многие из них были проведены на стационаре факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова [54, 55]. В них рассмотрены особенности начальных стадий почвообразования под различной растительностью, формирование органопрофиля и миграция органического вещества с лизиметрическими водами. В результате многолетних наблюдений впервые исследованы особенности 83 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) биологического круговорота в модельных лесных биогеоценозах. А ученые из Брянской ГСХА рассмотрели опыт создания почвенных конструкций способом замены копролитом генетических горизонтов естественной дерново-подзолистой почвы [61]. В Московском НИИСХ «Немчиновка» на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве в условиях лизиметрического стационара выявлена реакция новых сортов ячменя на интенсивность удобрения, почвенные и погодные условия [69]. Установлены миграционные потери биофильных элементов из почвы и их потребление растениями. Ученыеовощеводы (ВНИИ овощеводства, НТЦ ООО «Тезис+») постоянно проводят исследования, направленные на получение овощной продукции высшего качества, применяя при этом новейшие препараты с нанодисперсными биогенными металлами (Cu, Fe, Zn) [56]. Цикл публикаций ученых из Курского ФАНЦ в 2019-2020 гг. посвящен влиянию противоэрозионного комплекса на черноземных почвах, состоящего из узкой двухрядной лесной полосы с канавой в междурядье и валом по нижней опушке, а также валатеррасы, на сокращение весеннего стока и вынос биогенных веществ в гидрографическую сеть. В зависимости от состава противоэрозионного комплекса и агрофона высота снежного покрова и общие запасы воды в снеге всегда были выше и достигали в отдельные годы до 100% по сравнению с контролем [59]. Второй блок исследований посвящен экспериментам с методом дождевания и портативной дождевальной установкой. Определено содержание биогенных элементов (NH4, NO3, K2O, P2O5) в дождевой и в стекающей воде, а также в почве [74]. Используя критерии подобия дождей, показан пример применения экспериментальных данных при расчете потери биогенных элементов для естественного дождя [75]. Специалисты ГЦАС «Кемеровский» в результате мониторинга содержания микроэлементов для оценки их аккумуляции в верхнем горизонте почв рассчитаны эколого-геохимические коэффициенты [60]. Кларки концентрации Ni, Cr, Co, Cu и Zn в почвах всех ландшафтов меньше единицы. Содержание Pb и Mn в почвах – на уровне кларка литосферы или чуть больше, Cd в 6,9–9,0 раз больше. В почвах пашни биогенно накапливаются по сравнению с почвообразующими породами все изучаемые элементы. Особенно большие коэффициенты накопления по Pb и Cd. Это связано как с поглощением растениями, так и с техногенным поступлением. Доля подвижных (Кп) Cd и Pb во всех агроландшафтах выше, чем других элементов, – это может быть связано с дополнительным их поступлением за счет загрязнения атмосферы. Во ВНИИ органических удобрений и торфа, официально отмечающем в 2021 г. свое 40-летие, активными исследованиями биогеоценозов занимается И. В. Русакова [65]. Вовлечение последних в сельскохозяйственное производство сопровождается разрывом круговорота биогенных элементов в связи с отчуждением с урожаем не только основной, но и побочной продукции. Сокращение потока органического вещества, поступающего в почву, служит причиной сокращения запасов гумуса. При использовании соломы зерновых и зернобобовых культур установлено достоверное увеличение в пахотном слое содержания Сорг. на 0,07%, что соответствует 1950 кг углерода на 1 га. Использование всего объема послеуборочных остатков обеспечивает повторное вовлечение в биохимический круговорот 148 кг азота, 59 кг фосфора и 198 кг калия, а также около 7 т органического углерода. Учеными РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, Московского авиационного института и СКСХОС – филиал ФГБНУ «НЦЗ им. П. П. Лукьяненко» показано, что в системе «почва – растение» градиент концентрации веществ, окислительно-восстановительного состояния, содержания положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений катионов существует между горизонтами почв и между слоями отдельностей. Он определяет миграцию веществ по профилю почв, испарение из почв и волновое распространение веществ из зоны их расположения [66]. В модельных лабораторных опытах 84 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) показано, что скорость десорбции ионов из ППК уменьшается в почвах более тяжелого гранулометрического состава при большей доле в почвах минералов типа 2:1; 2:2. Установлено, что в разных почвах отличается скорость миграции веществ, а также скорость изменения микробиологической активности и развития анаэробиозиса. Разной скоростью, характерной для отдельных почв и элементов рельефа, отличаются и процессы загрязнения почв тяжелыми металлами. Показано, что скорость изменения свойств почв при затоплении и, в первую очередь, Еh, содержания водорастворимых H2S, NO3-, NH4+, Al3+, Fe2+, CO2, Mn2+ служит важным критерием корректировки составляющих систем земледелия на почвах временного избыточного увлажнения. С агроэкологической точки зрения важна скорость развития процессов засоления, оподзоливания, оглеения, дернового процесса, опустынивания, деградации почв при развитии эрозии и загрязнения их тяжелыми металлами. Для повышения эффективности систем земледелия и улучшения экологического состояния биогеоценозов необходимо регулирование скоростей процессов, протекающих в почвах [67]. Во ВНИИ цветоводства и субтропических культур проведен сравнительный анализ комплекса агрогенных изменений бурой лесной слабоненасыщенной почвы при возделывании персика. По генетическим горизонтам почвенного профиля изучены: гранулометрический состав, содержание биогенных элементов, тяжелых металлов и гумуса, а также ферментативная активность почв и функциональное биоразнообразие микробного сообщества (методом мультисубстратного тестирования) [72]. В сравнении с почвами естественного ценоза показано, что длительное возделывание персика (более 12 лет), сопровождающееся ежегодным применением минеральных удобрений и пестицидов, привело к обеднению почвенного профиля гумусом, азотом, кальцием и магнием. Отмечена тенденция роста содержания в почве валового цинка и меди. Многолетним членом редакционной коллегии нашего журнала В. И. Титовой из Нижегородской ГСХА приведена краткая история формирования ассортимента минеральных удобрений на рубеже XX-XXI вв. [79]. Отмечено, что в начале XXI в. произошло существенное расширение производства комплексных минеральных макро- и микроудобрений, а также микробиологических препаратов. Высказано суждение о том, что в область интересов агрономической химии на доказательной основе должны быть включены не только собственного удобрения и химические мелиоранты, но и химические вещества естественного или искусственного происхождения, обладающие опосредованным удобрительным действием и/или оказывающим влияние на почву и процесс питания растений. Сотрудниками ЮФУ совместно с Ростовским зоопарком исследовано содержание биогенных элементов в почвах последнего [82], которое передает информацию об интенсивности биологических процессов, регулирующие циклы азота и фосфора. Аккумулирующиеся на поверхности почвы органические отходы могут не только снижать эстетическую привлекательность зоопарков, но и служить источниками патогенной микрофлоры, биотоксинов и неприятных запахов. Выявлено существенное превышение содержания биогенных веществ, прежде всего, обменного аммония и подвижного фосфора в почвах вольеров. Накопление этих соединений связано с попаданием в почву экскрементов животных, содержащихся в вольерах зоопарка. Молодыми учеными из СПбГАУ проведены исследования в районе Красноуральского медеплавильного комбината по изменению физико-химических свойств почв с выделением основных зон по степени техногенной нагрузки (фоновая, буферная, импактная) [85]. Рассмотрены компоненты, влияющие на перераспределение ионов в почвенно-поглощающем комплексе в разной отдаленности от источника техногенеза. В фоновой зоне (удаление 8 км) преобладают природные геохимические процессы, обусловленные естественным циклом миграции и распределения элементов в почвен85 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ном профиле, в буферной (4–8 м от факела) с усилением техногенной активности кислотность увеличивается в среднем на 1,5 ед. рН. Серо-гумусовые горизонты характеризуются регрессивно-аккумуляционным типом распределения обменных катионов и уменьшением их доли в среднем на 10%, в нижней части профиля происходит переход в трансгрессионно-иллювиальный тип. В импактной зоне рН уменьшается на 2,0– 2,5 ед., вследствие увеличения кислотности усиливается вынос обменных катионов кальция и магния из серо-гумусовых горизонтов в среднем на 30 % и возрастает в иллювиальных на 40 %. Распределение основных компонентов характеризуется в большей степени прогрессивно-элювиальными типами. Данные процессы возникают в результате разрушения минеральной части почвы вследствие высокой активности кислотных агентов, поступивших с техногенными потоками аэрозольных частиц. Нарушается общая буферность системы. Обильные потоки сульфат-ионов способствуют экстрагированию обменных катионов, сопряженных с почвенно-поглощающим комплексом, нарушая баланс элементов питания в почве. В Татарском НИИ агрохимии и почвоведения исследуют почвенные системы, подвержены химическому загрязнению ввиду сорбции нефтяных углеводородов в отдельных почвенных горизонтах и их вертикальной миграции по профилю с током воды [86]. Из-за низкой растворимости углеводороды в течение длительного времени остаются в почве в виде отдельной фазы и деградируют очень медленно, создавая, серьезную проблему для окружающей среды из-за токсичности и угрозы вторичного загрязнения сопредельных сред (атмосферы и грунтовых вод). Проблема загрязнения земель углеводородами особенно остро стоит в Республике Татарстан, где площадь нефтедобывающих территорий составляет 3492,8 тыс. га, или 51,5% общей площади республики. Кафедра физики почв МГУ им. М. В. Ломоносова совместно с ВНИИ фитопатологии и ФНЦГ им. Ф. Ф. Эрисмана) провела количественное описание и математическое моделирование потока воды с растворенными агрохимикатами в почве, которое возможно при экспериментальном определении параметров солепереноса, в частности, «шага смешения» или «диффузивности вещества» [87]. Рассмотрено влияние масштаба исследования и гранулометрического состава почв на количественное значение «шага смешения». Установлено, что влияние масштаба исследования на значение «шага смешения» наиболее выражено в агродерново-подзолистой почве, с ее особенностями строения порового пространства. Значения «шага смешения» для разномасштабных образцов ненарушенного сложения аллювиальной серогумусовой почвы отличаются незначительно. Вероятно, влияние размеров образцов на «шаг смешения» для легких почв проявляется в условиях большего масштаба и при возникновении латерального переноса влаги. Учеными Брянской ГСХА приведены экспериментальные результаты, указывающие на различия в миграционной подвижности питательных элементов, дана количественная оценка миграционным потерям K+, NH4+, NO3- и фосфат-ионов из пахотного слоя, установлена закономерность распределения этих ионов по профилю почвы [89]. Литература 1. Прохорова И. И. Из истории журнала // Химия в сельском хозяйстве. – 1993. – № 1-2. – С. 4–5. 2. Пирумова Л. Н., Садовская Л. К. Система информирования по вопросам экологически безопасных технологий в АПК // Агрохимический вестник. – 2017. – № 3. – С. 60–64. 3. Пирумова Л. Н., Милевская И. А. Тезаурус как система отражения состояния предметной отрасли «Регуляторы роста» // Агрохимический вестник. – 2018. – № 6. – С. 61–64. 4. Пирумова Л. Н. Листая страницы издания: к юбилею журнала «Агрохимический вестник» // Агрохимический вестник. – 2019. – № 3. – С. 8–14. 86 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 5. Прохоров И. С. От истории публикаций по агрохимии до юбилея научного журнала // Агрохимический вестник. – 2019. – № 3. – С. 3–7. 6. Осипов А. И. История и практические аспекты известкования кислых почв в России // Агрохимический вестник. – 2019. – № 3. – С. 28–36. 7. Ткачева Е. В., Ивановский А. А. «Агрохимический вестник» в базе данных Web of Science // Агрохимический вестник. – 2019. – № 4. – С. 74–77. 8. Прохоров И. С. История научных публикаций по агрохимии / I Никитинские чтения «Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии в природных и антропогенных ландшафтах»: Материалы Междунар. науч. конф. – Пермь: Пермский ГАТУ им. академика Д. Н. Прянишникова, 2020. – С. 459–465. 9. Прохоров И. С. Из истории публикаций по агрохимии / Актуальные проблемы научного обеспечения земледелия Западной Сибири: Сб. науч. ст., посвященный 70-летию академика РАН Храмцова Ивана Федоровича, 95-летию основания отдела земледелия (Омск, 5 февраля 2020 г.). – Омск: Изд-во ИП Макшеевой Е. А., 2020. – С. 99–108. 10. Прохоров И. С. Роль научного журнала в освещении вопросов агрохимии, радиологии и агроэкологии (на примере истории журнала «Агрохимический вестник») / Ядерно-физические исследования и технологии в сельском хозяйстве: (К 50-летию со дня образования ФГБНУ ВНИИ радиологии и агроэкологии): Сб. докл. междунар. науч.-практ. конф. (Обнинск, 16–18 сентября 2020 г.). – Обнинск: ВНИИРАЭ, 2020. – С. 291–294. 11. Осипов А. И., Якушев В. П., Якушев В. В. История научных исследований в агрохимии и перспективы применения удобрений в России // Агрохимический вестник. – 2020. – № 2. – С. 73–80. 12. Прохоров И. С. Первый номер журнала «Химия в сельском хозяйстве» // Агрохимический вестник. – 2021. – № 1. – С. 81. 13. Прохоров И. С. 65 лет возобновления выпуска журнала «Удобрение и урожай» // Агрохимический вестник. – 2021. – № 1. – С. 82. 14. Агеев В. В., Есаулко А. Н., Сычев В. Г. и др. Вклад многолетнего стационара «Теоретические и технологические основы биогеохимических потоков веществ в агроландшафте» в фундаментальные и прикладные разработки агрохимии (длительный опыт Геосети РАН) // Агрохимический вестник. – 2018. – № 4. – С. 14–20. 15. Алексахин Р. М. Итоги преодоления последствий Чернобыльской катастрофы в агросфере // Агрохимический вестник. – 2006. – № 2. – С. 2–5. 16. Алексахин Р. М. Дорога длиною в 30 лет: от Чернобыля до Фукусимы // Агрохимический вестник. – 2016. – № 2. – С. 1–4. 17. Амелин А. В., Казьмин В. М., Рыжов И. А., Абакумов Н. И. Состояние почвенного плодородия земель, выведенных из сельскохозяйственного оборота в Орловской области // Агрохимический вестник. – 2013. – № 3. – С. 15–17. 18. Анисимов В. С., Анисимова Л. Н., Фригидов Р. А., Фригидова Л. М. Подвижность Zn и накопление его в урожае в зависимости от типа почвы // Агрохимический вестник. – 2014. – № 5. – С. 32–35. 19. Анциферова О. А. Динамика показателей плодородия на залежных землях Калининградской области // Агрохимический вестник. – 2008. – № 2. – С. 2–3. 20. Апанасюк О. Н., Симонов А. В. Российско-Белорусский информационный центр по проблемам преодоления последствий Чернобыльской катастрофы // Агрохимический вестник. – 2006. – № 2. – С. 12. 21. Богдевич И. М., Подоляк А. Г., Шмигельская И. Д. Защитные агрохимические мероприятия в АПК Республики Беларусь // Агрохимический вестник. – 2006. – № 2. – С. 13–19. 87 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 22. Кашпаров В. А., Лазарев Н. М., Перевозников О. Н. Эффективность контрмер в населенных пунктах Украины после аварии на ЧАЭС // Агрохимический вестник. – 2008. – № 2. – С. 20–23. 23. Кимаковская Н. А., Перепелятников Г. П. Радиоэкологическое нормирование допустимого содержания 137Cs в почвах сельскохозяйственных угодий Украины, загрязненных после аварии на ЧАЭС // Агрохимический вестник. – 2013. – № 6. – С. 23–27. 24. Арышева С. П., Ратников А. Н., Свириденко Д. Г. Влияние различных агрохимикатов на продуктивность и транслокацию 137Cs в растения салата листового // Агрохимический вестник. – 2020. – № 4. – С. 16–20. 25. Бодеева Е. А. Cu, Zn и Ni в каштановых почвах Бурятии // Агрохимический вестник. – 2012. – № 1. – С. 35–37. 26. Бокова М. И., Ратников А. Н. Биологические особенности растений и почвенные условия, определяющие переход тяжелых металлов в растения на техногенно загрязненной территории // Химия в сельском хозяйстве. – 1995. – № 5. – С. 15–16. 27. Важенин И. Г. Техногенная биогеохимическая провинция – Оренбуржье // Химизация сельского хозяйства. – 1989. – № 1. – С. 37–38. 28. Важенин И. Г. Почва как активная система самоочищения токсического воздействия тяжелых металлов-инградиентов технологических выбросов // Химия в сельском хозяйстве. – 1995. – № 5. – С. 38–40. 29. Васильев А. В., Ратников А. Н., Алексахин Р. М. и др. Закономерности перехода радионуклидов и тяжелых металлов в системе почва – растение – животное – продукция животноводства // Химия в сельском хозяйстве. – 1995. – № 4. – С. 16–17. 30. Васильев Д. В., Анисимов В. С., Анисимова Л. Н., Фригидова Л. М. Биологические эффекты у семенного потомства ячменя сорта Зазерский 85 при загрязнении почв цинком // Агрохимический вестник. – 2019. – № 5. – С. 61–66. 31. Володченков А. Н., Исаков А. Н. Мониторинг содержания радиоактивного цезия в агроэкосистемах Калужской области // Агрохимический вестник. – 2010. – № 2. – С. 10–12. 32. Воронов С. И., Санжарова Н. И. Закономерности миграции 137Cs в луговых экосистемах Московской области и эффективность защитных мероприятий в условиях радиоактивного загрязнения // Агрохимический вестник. – 2017. – № 6. – С. 14–18. 33. Гераськина Т. В., Мазиров М. А., Мельченко А. И. Содержание в генеративных и вегетативных органах малины стронция-90 в зависимости от глубины его расположения в почве // Агрохимический вестник. – 2019. – № 4. – С. 63–67. 34. Глазунова Н. Н., Безгина Ю. А., Мазницына Л. В. и др. Влияние длительного применения систем удобрений на видовой состав и численность насекомых-фитофагов и их энтомофагов в посевах озимой пшеницы на черноземе выщелоченном // Агрохимический вестник. – 2018. – № 4. – С. 46–50. 35. Горбатко Л. С., Поспелова О. А. Дифференциация пахотного слоя по плодородию типичного мицеллярно-карбонатного чернозема в зависимости от систем основной обработки почвы // Агрохимический вестник. – 2005. – № 4. – С. 16–28. 36. Груздева Н. А., Еремин Д. И. Фосфорный режим пахотных серых лесных почв Северного Зауралья // Агрохимический вестник. – 2017. – № 5. – С. 12–15. 37. Дабахова Е. В., Питина И. А. Агроэкологические проблемы использования органических удобрений в сельском хозяйстве // Агрохимический вестник. – 2017. – № 2. – С. 10–14. 38. Калинин А. В. Влияние длительного применения удобрений на поведение гербицида 2,4-Д // Агрохимический вестник. – 2017. – № 5. – С. 62–64. 39. Кирейчева Л. В., Хохлова О. Б. Оценка энергетического ресурса деградированных почв сельскохозяйственных угодий // Агрохимический вестник. – 2019. – № 3. – С. 21–27. 88 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 40. Кобякова Т. И., Уфимцева Л. В. Оценка показателей плодородия почв сельскохозяйственных угодий северной лесостепи Зауралья // Агрохимический вестник. – 2018. – № 5. – С. 2–5. 41. Кочетов И. С., Осипов В. Н., Белолюбцев А. И., Савоськина О. И. Миграция химических элементов на склоновых землях Нечерноземной зоны // Химия в сельском хозяйстве. – 1995. – № 5. – С. 21–22. 42. Кощаев А. Г., Мельченко А. И. Накопление стронция в фундуке в зависимости от глубины залегания в почве // Агрохимический вестник. – 2015. – № 2. – С. 25–28. 43. Кузнецов В. К., Спиридонов С. И., Иванов В. В., Санжаров А. И., Князева Е. П. Динамика распределения 137Cs в почвенном профиле целинных черноземов // Агрохимический вестник. – 2020. – № 4. – С. 12–15. 44. Лисецкий Ф. Н., Буряк Ж. А., Зеленская Е. Я. Биогеохимические аспекты плодородия в древнеземледельческих районах Крыма // Агрохимический вестник. – 2019. – № 4. – С. 14–18. 45. Литвинович А. В., Павлова О. Ю. Миграция нитратов при орошении сероземов // Химизация сельского хозяйства. – 1991. – № 7. – С. 15–17. 46. Прудников А. Д., Яненков С. А., Маковский Р. Д. Изменение свойств слабосмытой дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы под влиянием мелиорантов // Агрохимический вестник. – 2008. – № 3. – С. 5–6. 47. Маковский Р. Д., Прудников А. Д., Драгунова О. Г. Миграция стронция, внесенного с мелиорантами // Агрохимический вестник. – 2008. – № 3. – С. 10–12. 48. Маковский Р. Д., Пушкарева Н. Г. Качество кормов и питьевой воды в биогеохимической провинции // Агрохимический вестник. – 2008. – № 3. – С. 18–19. 49. Медведев И. Ф., Бузуева А. С., Губарев Д. И. и др. Рельеф и особенности внутрипочвенной миграции питательных элементов в агроландшафте // Агрохимический вестник. – 2016. – № 6. – С. 14–19. 50. Мельченко А. И. Миграция стронция в разных слоях чернозема выщелоченного // Агрохимический вестник. – 2015. – № 1. – С. 12–14. 51. Нуриев С. Ш., Лукманов А. А., Ахтямов А. И., Миннуллин Р. М. Экологическая роль известкования кислых почв в Республике Татарстан // Агрохимический вестник. – 2010. – № 1. – С. 2–4. 52. Овчаренко М. М. Тяжелые металлы в системе почва – растение – удобрение // Химия в сельском хозяйстве. – 1995. – № 4. – С. 8–15. 53. Основин С. В., Основина Л. Г., Черник П. К. Изучение процесса ползучести зеленой массы измельченных трав и биогенных грунтов при силосовании // Агрохимический вестник. – 2013. – № 2. – С. 45–48. 54. Первова Н. Е. Изучение процессов почвообразования в длительном эксперименте на лизиметрах // Агрохимический вестник. – 2014. – № 5. – С. 25–28. 55. Первова Н. Е., Золотарев Г. В. О некоторых особенностях биологического круговорота в модельных лесных БГЦ (лизиметрический опт) // Агрохимический вестник. – 2012. – № 3. – С. 45–48. 56. Петриченко В. Н., Туркина О. С. Изучение препаратов Куфецин и Энергия-М на овощных культурах // Агрохимический вестник. – 2014. – № 6. – С. 31–32. 57. Пироговская Г. В., Богдевич И. М., Русалович А. М. и др. Миграция питательных веществ в почвах Республики Беларусь // Агрохимический вестник. – 2002. – № 4. – С. 23–25. 58. Погорелова В. А., Мазиров М. А., Мельченко А. И. Вертикальная миграция 90 Sr в почвенных горизонтах чернозема выщелоченного // Агрохимический вестник. – 2021. – № 2. – С. 50–53. 89 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 59. Подлесных И. В., Зарудная Т. Я. Оценка влияния противоэрозионных комплексов для сокращения выноса из агроландшафтов биогенных веществ с весенним стоком // Агрохимический вестник. – 2019. – № 4. – С. 24–28. 60. Просянников В. И. Оценка аккумуляции биогенных и токсичных микроэлементов в почвах пашни Кемеровской области // Агрохимический вестник. – 2014. – № 2. – С. 8–10. 61. Просянников Е. В., Рыженков Д. Д. Почвенные конструкции с заданными свойствами // Агрохимический вестник. – 2009. – № 3. – С. 13–14. 62. Ратников А. Н., Жигарева Т. Л., Попова Г. И. Влияние реабилитационных мероприятий на поведение 137Cs в сельскохозяйственных экосистемах южных районов Калужской области // Агрохимический вестник. – 2009. – № 2. – С. 4–7. 63. Романенко А. А. Применение цеолита на естественных лугах, загрязненных радиоцезием // Агрохимический вестник. – 2009. – № 3. – С. 9–10. 64. Романцова Н. А. Естественные и техногенные радионуклиды в почвах Плавского радиоактивного пятна Тульской области // Агрохимический вестник. – 2012. – № 6. – С. 34–37. 65. Русакова И. В. Влияние соломы зерновых и зернобобовых культур на содержание углерода, агрохимические свойства и баланс элементов питания в дерновоподзолистой почве // Агрохимический вестник. – 2015. – № 6. – С. 6–10. 66. Савич В. И., Никиточкин Д. Н., Скрябина Д. С. Градиент физических полей и свойств почв как фактор плодородия // Агрохимический вестник. – 2013. – № 5. – С. 16–18. 67. Савич В. И., Торшин С. П., Сорокин А. Е. и др. Агроэкологическая оценка скорости физико-химических процессов, протекающих в почвах // Агрохимический вестник. – 2021. – № 2. – С. 58–62. 68. Саидов М. М., Афанасьева В. В., Рыбина Л. П. // Агрохимический вестник. – 2016. – № 2. – С. 26–30. 69. Смирнов А. П., Садовская Э. Н., Стокозов И. П. Изучение условий питания новых сортов ячменя // Агрохимический вестник. – 2010. – № 3. – С. 19–22. 70. Сокаев К. Е., Бестаев В. В., Бясов К. Х., Сокаева Р. М. Транслокация тяжелых металлов в системе почва растение // Агрохимический вестник. – 2004. – № 2. – С. 16–18. 71. Сокаева Р. М., Сокаев К. Е. Проблема экологического нормирования биогеоценозов // Агрохимический вестник. – 2009. – № 4. – С. 6–8. 72. Струкова Д. В., Малюкова Л. С. Агроэкологическое состояние бурых лесных почв при возделывании персика в Краснодарском крае // Агрохимический вестник. – 2017. – № 4. – С. 55–58. 73. Суханов П. А., Даишев Ш. Т., Перцович А. Ю. и др. Мониторинг стока биогенных веществ // Агрохимический вестник. – 2006. – № 1. – С. 16–23. 74. Сухановский Ю. П., Прущик А. В., Вытовтов В. А., Титов А. Г. Изучение влияния содержания в дожде биогенных элементов на их потери из почвы с использованием метода дождевания // Агрохимический вестник. – 2019. – № 6. – С. 58–62. 75. Сухановский Ю. П., Прущик А. В., Вытовтов В. А., Титов А. Г. Применение дождевальной установки для оценки влияния температуры почвы на потери биогенных веществ // Агрохимический вестник. – 2020. – № 6. – С. 54–58. 76. Сушеница Б. А., Капранов В. Н., Прудников П. В. Эффективность новых комплексных удобрений в условиях радиоактивно загрязненных агроценозов // Агрохимический вестник. – 2011. – № 5. – С. 23–25. 77. Тимофеева Т. А. Способы оптимизации использования естественных кормовых угодий пойменных ландшафтов, загрязненных радионуклидами // Агрохимический вестник. – 2016. – № 5. – С. 14–19. 90 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 78. Тиньгаев А. В. Оценка влияния осадка сточных вод на урожай зерна и микробиологическую активность почвы // Агрохимический вестник. – 2010. – № 4. – С. 38–40. 79. Титова В. И. Понятие агрохимикатов, современные тренды их применения в отрасли земледелия АПК России // Агрохимический вестник. – 2017. – № 2. – С. 6–9. 80. Тюльпанов В. И., Цховребов В. С. Материально-энергетические циклы в живых и биокосных системах // Агрохимический вестник. – 2017. – № 4. – С. 8–12. 81. Фаизова В. И., Цховребов В. С., Никифорова А. М. и др. Влияние сельскохозяйственного использования черноземов Центрального Предкавказья на численность и разнообразие микромицетов // Агрохимический вестник. – 2017. – № 4. – С. 38–42. 82. Федоренко А. Н., Жадобин А. В., Казеев К. Ш. и др. Оценка содержания биогенных элементов в почвах зоопарка (Ростов-на-Дону) // Агрохимический вестник. – 2020. – № 5. – С. 80–84. 83. Цховребов В. С. Изменение содержания органического вещества черноземов Центрального Предкавказья // Агрохимический вестник. – 2005. – № 4. – С. 18–20. 84. Черников В. А., Яшин И. М. Эколого-геохимические функции водорастворимых органических веществ в процессах взаимодействия и трансформации тяжелых металлов // Химия в сельском хозяйстве. – 1995. – № 4. – С. 20–22. 85. Шабанов М. В., Маричев М. С. Изменение физико-химических свойств почв, подверженных техногенной нагрузке (на примере Красноуральского промузла) // Агрохимический вестник. – 2018. – № 6. – С. 19–25. 86. Шаронова Н. Л., Яппаров И. А., Ежкова А. М., Рахманова Г. Ф. Эффект фиторемедиации на выщелоченном черноземе, загрязненном жидкими углеводородами // Агрохимический вестник. – 2015. – № 6. – С. 22–25. 87. Шеин Е. В., Кокорева А. А., Колупаева В. Н. и др. Экспериментальная оценка значений параметров переноса агрохимикатов в почве: шаг смещения // Агрохимический вестник. – 2016. – № 3. – С. 20–23. 88. Шильников И. А., Овчаренко М. М., Никифорова М. В., Аканова Н. И. Миграция кадмия, цинка, свинца и стронция из корнеобитаемого слоя дерново-подзолистых почв // Агрохимический вестник. – 1998. – № 5–6. – С. 43–44. 89. Шохова Т. А., Газиева А. Р. Изучение процессов миграции питательных элементов // Агрохимический вестник. – 2009. – № 3. – С. 10–12. 90. Яшин И. М., Васенев И. И., Когут Л. П. и др. Изучение генезиса почв Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника // Агрохимический вестник. – 2013. – № 6. – С. 34–38. 91. Яшин И. М., Когут Л. П., Прохоров И. С., Васенев И. И. Экологическое состояние почв в условиях полевых и лесопарковых экосистем московского мегаполиса // Агрохимический вестник. – 2014. – № 2. – С. 17–21. 92. Яшин И. М., Атенбеков Р. А., Прохоров И. С. Экологическая оценка почв лесных и аграрных экосистем Юрьев-Польского ополья // Агрохимический вестник. – 2017. – № 4. – С. 59–64. 93. Яшин И. М., Рамазанов С. Р. Сравнительная экологическая оценка черноземов Среднего Поволжья и Донской равнины // Агрохимический вестник. – 2018. – № 6. – С. 13–18. 94. Яшин И. М., Рамазанов С. Р. Исследование водной миграции органического углерода, железа, кальция и натрия в черноземах Приволжской возвышенности // Агрохимический вестник. – 2020. – № 1. – С. 8–13. 91 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) BIOGEOCHEMICAL PUBLICATIONS HISTORY IN AGROCHEMICAL HERALD JOURNAL I. S. Prokhorov Information on history of Agrochemical Herald journal (Fertilizer and Harvest, Chemization of Socialistic Agriculture, Chemistry in Agriculture, Chemization of Agriculture) from 1929 to the present is presented. Description of headings of the journal, outstanding scientists – members of the editorial board and publishing houses in which journal was published is given. The main memorable articles of recent decades, devoted to various objects of soilbiogeochemical research, are presented. Keywords: scientific journal, history, soil science, agrochemistry, biogeochemistry. УДК 550.3 НЕОБХОДИМОСТЬ СОЗДАНИЯ ВСЕРОССИЙСКОЙ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЙ АССОЦИАЦИИ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В. К. Сарьян1, Р. В. Мещеряков2, Д. В. Босомыкин1 1 Российский научно-исследовательский институт радио имени М. И. Кривошеева (г. Москва, Россия) e-mail:

2 Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН (г. Москва, Россия) mail:

Показано, что проводимые в РФ биогеохимические и экологические (БГХиЭ) исследования, несмотря на большие научные достижения, о которые свидетельствуют и доклады, представленные на конференциях БИОГЕЛ, все же отстают от требований их цифровой трансформации, самое главное из которых – результаты их исследований должны стать предметом массовых услуг для жителей страны. Это препятствует широкому использованию данных БГХиЭ исследований в медицине, в предупреждении чрезвычайных ситуаций (ЧС) и других отраслях, наличие которых может повысить предсказательный потенциал возможных негативных последствий. В настоящее время медицина, системы предупреждения ЧС и другие уже выходят на промышленную эксплуатацию, то есть на стадию представления массовых информационных услуг. Такое отставание БГХиЭ исследований от требований цифровой трансформации не позволяет перейти от стадии академических исследований к созданию инновационного продукта, что могло бы существенно повысить экономическую и народно-хозяйственную значимость проводимых БГХиЭ исследований. В статье утверждается, что пройти этот путь в требуемые сжатые сроки позволит организация Всероссийской междисциплинарной ассоциации БГХиЭ исследователей. Ключевые слова: биогеохимические и экологические исследования, окружающая среда, цифровая трансформация, предикативная и персонализированная медицина, массовые инфокоммуникационные услуги, массовые услуги по спасению людей при возникновении ЧС, ассоциация исследователей. 92 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Введение БГХиЭ исследования, проводимые в нашей стране всемирно известными научными школами институтов РАН и университетов, многие из которых представлены на БИОГЕЛ играют важную роль в разработках новых идей и методов для формирования актуальных научных направлений в изучении окружающей среды и ложатся в основу государственных программ по применению достижений биогеохимии и экологии в охране природы, народном хозяйстве, медицине и образовании и др. Однако высокие темпы цифровой трансформации экономики РФ и новые задачи формируют со стороны традиционных и будущих пользователей и заказчиков результатов БГХиЭ повышенные требования. Потребителям сегодня становятся необходимыми не только статические данные, полученные БГХиЭ учеными в сезонных экспедициях и затем обработанные в образцах в лабораториях, а данные мониторинга и экспертной оценки состояния окружающей среды в реальном масштабе времени. Поскольку процессы цифровой трансформации оказываются привлекательными буквально для всех видов деятельности, то круг потребителей и заказчиков результатов БГХиЭ исследований даже будет принципиально шире, чем можно представить сегодня. Необходимо отметим, что ликвидация отставания БГХиЭ исследований от требований цифровой трансформации позволит БГХиЭ исследователям перейти от стадии академических исследований к стадии создания инновационного продукта, что существенно повысит их экономическую и народно-хозяйственную значимость проводимых БГХиЭ исследований. Чтобы пройти этот путь в требуемые сжатые сроки, нужна координация направлений проводимых работ разными научными коллективами, а также выбор систем управления, используемого программного обеспечения, инфраструктуры связи, в том числе и систем администрирования, измерительной аппаратуры, стандартизации измерений и др. разрабатываемых и уже общепринятых стандартов по предоставлению массовых информационных услуг. Для решения этой важной задачи – вывода на рынок прибыльный массовый рынок информационных услуг актуальные данные мониторинга окружающей среды необходимо учреждение «Всероссийской междисциплинарной ассоциации БГХиЭ исследователей окружающей среды». Потенциальные потребители результатов БГХ и Э исследований, после цифровой трансформации Очевидно, что в числе пользователей результатов БГХиЭ исследований и мониторинга окружающей среды, как эффективного предсказательного инструмента останутся и традиционные пользователи и заказчики, такие как подразделения государственных структур (например в РФ – МЧС, Роспотребнадзор, Министерство природных ресурсов и экологии, Министерство здравоохранения, Министерство сельского хозяйства, администрации регионов и др.). Но следует ожидать, что к ним присоединяться и сотрудники больших и малых по численности научных коллективов, которые также будут использовать данные БГХиЭ исследований, как эффективный инструмент при проведении своих узкоспециализированных исследований. Авторы хотят на примере двух отраслей, к которым они имеют отношение, показать эффективность использования актуальных данных БГХиЭ исследований и мониторинга в медицине и системах предупреждения ЧС снижения риска от негативных последствий ЧС. А это значит, что БГХиЭ исследоват7лям удастся трансформировать фундаментальные исследования в востребуемый рынком инновационный продукт 28.05.2021 года в С-Петербурге в институте НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта состоялась «Первая международная научно-практическая конференция «Анализ данных в медицине», которая рассмотрела вопросы цифровой 93 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) трансформации медицины и степени ее готовности представления новых услуг. Авторы вместе с научным руководителем нашей конференции Ермаковым В.В. были участниками этой конференции и выступили с докладом [1]. Как показали выступления участников конференции в г. Санкт-Петербурге, современная отечественная медицина накопила достаточный опыт в формировании больших баз данных типовых болезней, для создания систем искусственного интеллекта, для того, чтобы перейти к представлению массовых услуг, в том числе и по персональной медицине. На примерах таких опасных и распространенных болезней как сердечно-сосудистые и онкологические заболевания показано, что благодаря принимаемым на государственном уровне методическим мерам, внедрению новых цифровых медицинских технологий и персонализированных технологий фиксируется снижение смертности и повышение качества жизни пациентов. Благодаря цифровой трансформации медицинская наука сейчас претерпевает значительную перестройку и фокусируется на задачах ранней диагностики, а также моделировании процессов, происходящих в организме. Именно такой подход и определяет развитие персонализированной медицины. В докладах выступающих было отмечено важность использования методов предиктивной (предсказательной) медицины: выявление ранней предрасположенности к болезням и показано, что если бы медикам были доступны во время диагностики и лечения актуальные данные БГХиЭ исследований и мониторинга окружающей среды, в которой проживает исследуемый пациент, то методика лечения была бы более эффективной. разработки и внедрения персонализированных решений. Но в тоже время из этих докладов, что медики приступают к оказанию услуг на основе цифровой медицины и БГХиЭ исследователям надо торопиться, чтобы актуальные данные БГХиЭ исследований и мониторинга окружающей среды были использованы при предоставлении массовых медицинских услуг. Рассмотрим второй пример, к которому авторы также имеют прямое отношение. Использование актуальных данных БГХиЭ исследований и мониторинга окружающей среды также может значительно повысить эффектность существующих и разрабатываемых систем радикального снижения риска человеческих и материальных при возникновении ЧС путем доступа массового жителя страны к информационной индивидуализированной услуге спасения жителя страны (абонента) (ИУСА). инфокоммуникационной среды (ИКС). Концепция ИУСА подробно описана в научно-технической литературе (см. например, [2],[3],[4]) и заключается в том, что она должна осуществлять мониторинг текущего состояния непосредственно окружающей данного абонента среды – объекта; далее на основе этих данных встроенная экспертная система определяет начало одного из возможных и рассмотренных экспертами типа ЧС, строит сценарий прогнозирования территориального и временного развития ЧС в данном объекте от момента начала до начала катастрофической фазы и на ее основе, и на основе фиксации текущего положения абонента на объекте по навигатору, а также, принимая во внимание его статус на объекте (резидент или нерезидент), формирует на экране терминала абонента индивидуализированное управляющее сообщение по его действиям в данным момент (например, для резидента может быть указано: выключить какой-нибудь агрегат, чтобы не возникла сопутствующая возникшему типу ЧС, например ЧС1, другие ЧС2,…ЧСn и указывается индивидуальный маршрут самоэвакуации из данного места до зоны безопасности на этом объекте или вблизи его с учетом отрезка времени между моментом возникновения ЧС и до начала его катастрофической фазы. Еще раз подчеркнем, что для этого необходима цифровая трансформация БГХиЭ исследований. Поскольку эта услуга станет по определению должна стать тотально массовой информационной услугой, то использовании актуальных данных БГХиЭ исследований и мониторинга окру94 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) жающей среды, то она будет источником значительных прибылей для БГХиЭ исследователей. Миссия Ассоциации — объединение академических институтов университетов, компаний и ведущих специалистов, занимающихся БГХиЭ исследованиями, а также организаций и специалистов в области ИКТ, управления, связи др., а также потребителей данных БГХиЭ исследований и мониторинга для формирования цивилизованного рынка этих данных. Приоритетная задача – разработка и актуализация профильных национальных стандартов, сводов правил и методических рекомендаций, по-видимому, целесообразно развивать позитивные тенденции в промышленной политике, направленные на обеспечение разумного протекционизма создаваемого рынка. Возможный состав членов Ассоциации Организации участников конференций БИОГЕЛ, разработчики инфокоммуникационного и измерительного оборудования и программного обеспечения, организациипотребители продукции провайдеры инфокоммуникационных услуг, операторы сетей связи (включаю операторов мобильной и спутниковых систем связи, и т. д., для которых участие в Ассоциации будет возможностью встраивания своей продукции в формируемый массовый рынок предоставления данных БГХиЭ исследований и мониторинга, а также потребителей и заказчиков в первую очередь подразделения государственных структур (например в РФ – МЧС, Роспотребнадзор, Министерство природных ресурсов и экологии, Министерство здравоохранения, Министерство сельского хозяйства, Администрации регионов и др.). Обсуждение Предлагается на нашей конференции рассмотреть наше предложение и внести случае согласия в резолюцию конференции следующие пункты: 1. Участники конференции считают необходимым создать «Всероссийскую междисциплинарную ассоциацию БГХиЭ исследователей окружающей среды»; 2. Сформировать из участников конференции рабочую группу для подготовки к созданию необходимых документов ассоциации; 3. Поручить рабочей группе сформировать предварительный список членов будущей ассоциации. Заключение Авторы считают, что затронутая в докладе тема создания «Всероссийской ассоциации БХиЭ исследователей окружающей среды» имеет важное народно-хозяйственное значение: – для БГХиЭ исследователей, – для потребителей, – для ИКТ и промышленности – обеспечение заказами, – для образования, подготовка кадров, – для органов управления РФ. Мы также считаем, что создание такой ассоциации и запуск ее в работу заслуживает категории мегасайенса и предлагаем рабочей группе подготовить необходимо подать соответствующую заявку в РНФ. Литература 1. Сарьян В. К., Левашов В. К., Ермаков В. В., Мещеряков Р. В., Необходимость организации широкой междисциплинарной «песочницы» на организуемой постоянной площадке по цифровой медицине // Первая международная научно-практическая кон95 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ференция «Анализ данных в медицине». СПб., 28 мая 2021 г. НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д. О. Отта, www.digital.med.ru 2. Назаренко А. П., Сарьян В. К., Ермаков В. В., Любушин А. А., Мещеряков Р.В. Междисциплинарные исследования и международное сотрудничество в период с 2014 по 2019 г. по формированию массовой услуги по индивидуализированному спасению людей при возникновении ЧС природного и техногенного происхождения // Труды НИИР. – 2019. – № 1. – С. 39–54. 3. Meshcheryakov R. V., Saryan V. K. An individualized service for control the rescue of subscribers of an information and control system in the event of emergencies as an example of managing a system of interdisciplinary nature // Proceedings of the 13th multiconference on control problems. – IPU RAS, 2020. 4. Мещеряков Р. В., Босомыкин Д. В., Сарьян В. К., Особенности мультиагентного управления территориально распределенными системами при возникновении ЧС // XIV-я Всероссийская Мультиконференция по проблемам управления (МКПУ-2021) (в печати). THE NEED TO CREATE AN ALL-RUSSIAN INTERDISCIPLINRAL ASSOCIATION OF BIOGEOCHEMICAL AND ENVIRONMENTAL RESEARCHERS OF THE ENVIRONMENT V. K. Saryan, R. V. Meshcheryakov, D. V. Bosomykin It is shown that the biogeochemical and ecological (BHCE) research carried out in the Russian Federation, despite the great scientific achievements, as evidenced by the reports presented at the BIOGEL conferences, still lag behind the requirements of their digital transformation, the most important of which is that the results of their research should become the subject of mass services for the inhabitants of the country. This impedes the widespread use of data from the BHCE research in medicine, in the prevention of emergencies (ES) and other industries, the presence of which can increase the predictive potential of possible negative consequences. Currently, medicine, emergency warning systems, etc. are already entering industrial operation, that is, at the stage of providing mass information services. Such a lag of BHCE research from the requirements of digital transformation does not allow moving from the stage of academic research to the creation of an innovative product, which could significantly increase their economic and national economic significance of the BHCE research. The article argues that the organization of the All-Russian interdisciplinary association of BHCE researchers will allow to go this way in the required tight time frame. Keywords: biogeochemical and ecological research, environment, digital transformation, predictive and personalized medicine, mass infocommunication services, mass rescue services in the event of an emergency. 96 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Раздел II БИОГЕОХИМИЯ ПОЧВ Культ науки в самом высоком смысле этого слова, возможно, еще более необходим для нравственного, чем для материального процветания нации. Наука повышает интеллектуальный и моральный уровень; наука способствует распространению и торжеству великих идей. Л. Пастер 97 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.48 БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ТРАНСФОРМАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО И ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВ КАК ИНДИКАТОРЫ ЭВОЛЮЦИИ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ А. О. Алексеев, Т. В. Алексеева, П. И. Калинин, И. В. Кудреватых, В. В. Малышев Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

Эволюция Земли и биогеохимических циклов происходила взаимосвязанно, и биогеохимические процессы в разные периоды геологической истории во многом определяли процессы почвообразования. На протяжении геохимической истории ландшафтов изменения климата влекут за собой изменения в соотношении скоростей выветривания, что в свою очередь отражается на направленности почвообразовательного процесса. К числу важнейших диагностических свойств динамики условий почвообразования относятся состояние минеральных и органо-минеральных компонентов почвы и геохимические параметры. Почвенные минеральные компоненты являются, с одной стороны, консервативной частью почв, а с другой – это память почвы, отражающая этапы её развития при изменяющихся условиях окружающей среды. Удивительная и отличительная особенность биосферы – сохранение детальных палеопочвенных архивов (тысячи и миллионы лет) прошлых изменений климата, окружающей среды и жизни на Земле. Инструментальные средства и подходы к настоящему времени позволяют нам обнаружить, измерить и расшифровать эти природные записи. Ключевые слова: биогеохимические процессы, почвы, эволюция. Введение Современные ландшафты степной зоны Европейской части России отражают длительную историю естественной эволюции, которая отличалась сложностью и динамичностью вследствие изменений природных условий и возрастающего воздействия антропогенного фактора. Без анализа роли естественного тренда изменения климата и его воздействия на ландшафтную оболочку Земли невозможен прогноз долгосрочных последствий геоэкологических изменений и выработка адекватной стратегии поведения в условиях ускоряющегося развития экологического кризиса. Наиболее надежным носителем информации о палеоклимате и палеоэкологии в целом являются палеопочвы. В регионе сосредоточены два типа «временных капсул» четвертичного времени хранящих информацию о палеоэкосистемах и палеоклиматах. Во-первых, это голоценовые палеопочвы археологических памятников (курганы, валы грунтовых фортификационных сооружений. Во-вторых, это лессово-почвенные комплексы, фиксирующие последовательность развития степной зоны в плейстоцене и сохраняющие информацию длительного и многофакторного педогенеза. Применение комплекса современных геохимических, минералогических, петрофизических и почвенных методов аналитики позволяет в настоящее время получить новые данные об эволюции почв и климата степной зоны [1–4]. Нашим коллективом продолжается активное изучение современных почв степной зоны для получения количественных функциональных зависимостей свойств минеральных и органических компонентов почв степной зоны юго-востока Русской равнины c климатическими параметрами как для задач палеореконструкций, так и для задач экологического моделирования с прогнозными целями. 98 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Методика В ходе трехлетних маршрутных экспедиции (2018-2020) собран материал по более чем 90 почвенным разрезам равномерно покрывающих климатические зоны степной зоны юго-востока Русской равнины охватывающих почвы лесостепной, степной и полупустынной зон от центрально-черноземных районов до Прикаспийской низменности и от Южного Урала до Керченского пролива. Среднегодовые атмосферные осадки в пределах изученного региона изменяются в интервале от 200 до 700 мм/год, среднегодовая температура от + 8 до + 11 оС. Такой градиент осадков и температур позволил нам получить достоверную калибровку климатических параметров для почв степного региона. Кроме того, экспедиционные маршруты проходили по территории, в пределах которой находится основное число археологических памятников, используемых для изучения погребенных почв, а также лёссово-почвенных комплексов плейстоцена. Результаты В результате получены новые качественные и количественные функциональные зависимости геохимических свойств минеральных и органических компонентов современных почв степной зоны юго-востока Русской равнины c климатическими параметрами (осадки, температура, индекс аридности), что позволит использовать полученные показатели для анализа и корректировок уже проведенных палеореконструкций базирующихся на изучении большого набора четвертичных палеопочв (голоцен, плейстоцен) и оценки кризисных и оптимальных этапов в истории почвообразования как основы для оценки современного состояния почвенного покрова степной зоны юго-востока Русской равнины и прогноза его развития в контексте глобальных и региональных изменений климата Изучены свойства органоминеральных комплексов (ОМК) почв степной зоны Восточно-Европейской равнины во взаимосвязи с климатическими параметрами (осадки, температура и аридность). Кроме того, изучены также ОМК четвертичных палеопочв этого региона. Органическое вещество палеопочв максимально сохраняется в форме стабилизированных органоминеральных комплексов. Проведена отработка методики расшифровки информации, сохраняющейся в органоминеральных комплексах палеопочв. Анализ параметров 13С ЯМР и ИК- спектров ОМК илистых фракций погребенных и современных почв продемонстрировал наличие прямых корреляций качественных характеристик органического вещества почв с вариациями климатических условий в прошлом и настоящем. В структуре ОМК содержание алифатических структур варьирует в интервале 12–27 %, ароматических 14–35 %. Соотношение этих групп определяется климатическими параметрами: при нарастании аридности увеличиваются содержание алкилов и уменьшается содержание ароматических структур и наоборот. Изменения изотопного состава углерода (δ13С) ОМК палеопочв также связано с динамикой климатических условий степей в голоцене и плейстоцене и позволяют определить различие в соотношении групп С3/С4 растений в связи с глобальными изменениями климата. Характеристики ОМК хроно-последовательности почв позволяют получить дополнительную информацию о диагенетическом этапе преобразования ОВ и внести корректировки в палеоклиматические реконструкции. Для прогнозирования реакции почв к будущим климатическим изменениям необходимо понимать функцию растений в формировании их свойств. Проведены исследования оценки вариативности фитомассы и закрепления макро- и микроэлементов в разных родах растений степных ландшафтов в зависимости от геохимических свойств почв и климатических параметров. Показана значительная вариативность химического состава изученной растительности. Содержание большинства исследованных элементов было наиболее высоким в растениях рода Poaceae Barnhart, а Sr, Cl и Rb – у расте99 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ний рода Chenopodioideae. При сравнении химического состава надземной и подземной частей выявлено, что у растений рода Poaceae Barnhart наиболее высокое содержание всех изученных элементов в подземной части, а виды рода Artemisia L. не показали сильной вариативности концентрации у разных составных частей. У видов рода Chenopodioideae для большинства изученных элементов не выявлено характерного распределения по морфологическим частям. Однако Са и К больше накапливались в их корневой части, а Cl, Br и Rb имели более высокие значения в надземной. Выявлено, что в степных ландшафтах возможный вклад изученных родов растений за год в общее содержание микро- и макроэлементов в почве для Ti, Fe, Al, V, Rb, Ba, Mn, Cr, Mg и Sr составляет 0.005 – 0.07 %, а Ni, Zn, K, P, Са на порядок больше (0.03–1.2 %). Вклад растений в общее содержание в почве Rb, Ti, Fe, Ca, P, Mg и S был более высокий в аридных ландшафтах, где в напочвенном покрове преобладают рода Artemisia L. и Chenopodioideae, что при дальнейшей тенденции аридизации климата может способствовать их накоплению в верхних горизонтах почв. Полученные нами данные подтвердили, что биоразнообразие степной растительности, которое зависит от соотношения тепла и влаги, влияет на биогеохимичесике циклы и химические свойства почв. Это необходимо учитывать при оценке экологических эффектов от дальнейшего потепления климата. Проведены детальные исследования минералогических изменений в почвах, обусловленных климатическим фактором (глинистая минералогия – рентгеновская дифрактометрия; минералогия оксидов железа- мессбауэровская спетроскопия). Исследование магнитных свойств и магнитной минералогии почв широко используется в палеопочвенных работах для реконструкции количества атмосферных осадков в разные исторические и геологические эпохи. Формирование повышенной по сравнению с породой магнитной восприимчивости почв объясняется новообразованием магнитных минералов железа, которое рассматривается как специфический результат почвообразовательного процесса. Ранее применение широкого набора современных инструментальных минералогических и магнитных методов совместно с микробиологическими исследованиями позволило приблизиться к пониманию процессов оксидогенеза железа и магнитной минералогии при степном почвообразовании. Показана ведущая роль диссимиляторных железоредукторов в образовании супердисперсного биогенного магнетита в степных почвах и в формировании, в связи с этим профиля магнитной восприимчивости и намагниченности почв [4]. Статистический анализ климатических зависимостей изменения магнитной восприимчивости в профиле современных почв степей юга Восточно-Европейской равнины в пределах климатических трансект 2018–2020 гг. продемонстрировал возможность определения количества атмосферных осадков, индекса аридности Де Мартона (IDM), коэффициента увлажненности (КU) в прошлые эпохи [1]. Следует подчеркнуть, что гидротермический показатель IDM – наиболее подходящий с точки зрения возможных палеоклиматических реконструкций, позволяющих количественно проследить тренд аридизации климата. Необходимо при этом указать на выявленные ограничения для проведения климатических реконструкций по магнитным свойствам почв в интервалах среднегодовых осадков > 600 мм/год. По индексу аридности засушливые регионы мира подразделяются на три зоны: аридную, семиаридную и сухую субгумидную. Полученный инструмент был применен к накопленным на сегодняшний день данным для более 100 погребенных почв археологических памятников региона для реконструкции гидротермического показателя индекс аридности (IDM) с целью количественной оценки сдвигов границ климатических зон на протяжении позднего голоцена на юге ВосточноЕвропейской равнины. Картографическая реконструкция изменения индекса аридности (IDM) и положения границ сухостепной и пустынно-степной зоны (IDM = 20) с использованием методов ГИС моделирования на основе палеопочвенных данных демонстри100 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) рует, что за последние 5000 лет на территории Волго-Донского междуречья происходили неоднократные изменения климатической ситуации, вызывавшие миграции границ почвенно-географических зон. Полученные результаты демонстрируют существенные сдвиги, выявлена динамика с амплитудой до 200–300 км. На основании полученных данных возможно детализировать палеоэкологическую периодизацию позднего голоцена для степной и лесостепной зон Восточной Европы. Следует учесть, что при изучении палеопочв четвертичного периода рассматриваются временные масштабы от тысячелетий до сотен тысяч лет, которые часто не охватываются при моделировании динамики климата современного периода. Особенно это актуально для степной зоны юго-востока Восточно-Европейской равнины, где чередующиеся на протяжении голоцена климатические изменения как показывают полученные результаты вызывали неоднократно преобразования почвенного покрова. Особую важность приобретает прогнозная оценка изменений свойств черноземов и каштановых почв как основы продовольственной безопасности Российской Федерации. Информация об эволюционных изменениях почвенного покрова в прошлом важна как ретроспективная основа для долгосрочных прогнозов и сценариев будущих изменений семиаридных степных экосистем юга России, связанных с глобальными изменениями климата и антропогенным влиянием. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ № 19-29-05178. Литература 1. Алексеев А. О., Митенко Г. В., Шарый П. А. Количественные оценки палеоэкологических изменений в позднем голоцене на юге Восточно-Европейской равнины на основе магнитных свойств почв // Почвоведение. – 2020. – № 12. 2. Алексеев А. О., Калинин П. И., Алексеева Т. В. Почвенные индикаторы параметров палеоэкологических условий на юге восточно-европейской равнины в четвертичное время // Почвоведение. – 2019. – № 4. – С. 389–399. 3. Алексеев А. О., Калинин П. И., Алексеева Т. В., Митенко Г. В. Почвенные параметры количественной оценки климатических изменений в позднем голоцене на юге восточно-европейской равнины // Доклады Академии Наук. – 2019. – Т. 485. – № 1. – С. 83–87. 4. Алексеев А. О., Алексеева Т. В. Оксидогенез железа в почвах степной зоны. – М.: ГЕОС, 2012. 5. Alekseeva T., Alekseev A., Maher B. A., Demkin. V. Late Holocene climate reconstructions for the Russian steppe based on mineralogical and magnetic properties of buried palaesols // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. – 2007. – V. 249. – P. 103–127. BIOGEOCHEMICAL PROCESSES OF FORMATION AND TRANSFORMATION OF MINERAL AND ORGANIC MATTER OF SOILS AS INDICATORS OF THE EVOLUTION OF TERRESTRIAL ECOSYSTEMS A. O. Alekseev, T. V. Alekseeva, P. I. Kalinin, I. V. Kudrevatykh, V. V. Malyshev On the one hand, soil mineral components are a conservative part of soils, and on the other hand, they are the memory of the soil, reflecting the stages of its development under changing environmental conditions. An amazing and distinctive feature of the biosphere is the storage of detailed paleosurface archives (thousands and millions of years) of past changes in climate, environment and life on Earth. The tools and approaches to date allow us to detect, measure and decipher these natural records. Keywords: biogeochemical processes, soils, evolution. 101 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.41 ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ ГИДРОМОРФНОГО РЯДА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ Т. В. Бауэр1, Т. М. Минкина2, И. В. Замулина2, С. С. Манджиева2, И. С. Савин2 1 Южный научный центр РАН (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

2 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

Исследованы формы нахождения Zn и Cu в техногенно-трансформированных гидроморфных почвах зоны отстойника сточных вод химического завода юга России. С использованием международной схемы химического фракционирования BCR, разработанной в Бюро эталонов Европейского союза, были последовательно выделены фракции, различающиеся по прочности связи с почвенными компонентами. Фракционирование Zn в высокозагрязненной почве выявило высокую степень закрепления металла с (гидр)оксидами Fe и Mn (восстанавливаемая фракция). Более половины Cu в почве обнаружено в остаточной фракции, также высока доля металла в окисляемой фракции. Ключевые слова: почва, цинк, медь, видообразование, фракционирование. Введение В настоящее время серьёзную опасность для окружающей среды представляет загрязнение тяжелыми металлами (ТМ). Острота проблемы состоит в том, что ТМ не разлагаются и при попадании в почву могут мигрировать в другие части экосистемы, что создает серьезные проблемы для здоровья человека и окружающей среды [8]. Экологические риски, связанные с накоплением ТМ, особенно возрастают для пойменных почв, что обусловлено их ландшафтно-геохимическим положением [1]. При этом степень и направленность биологического действия определяется не только концентрацией металлов, но и формой их нахождения в почвах [10]. Поэтому определение химической формы металла в почве имеет важное значение для оценки его подвижности и биодоступности. Цель работы – изучение форм нахождения Zn и Cu в почвах пойменных ландшафтов Северского Донца промзоны г. Каменск-Шахтинский (Ростовская область). Объекты Исследовалась прилегающая территория озера Атаманское, которое находится в пойме реки Северский Донец – главного притока реки Дон (Ростовская область, Россия). С начала 60-х и до середины 90-х гг. XX в. озеро Атаманское использовалось в качестве резервуара для сброса промышленных стоков химических заводов [7]. В результате природные экосистемы были уничтожены, техногенное озеро-приемник промышленных стоков превратилось в опаснейший источник вторичного загрязнения окружающей среды. Исследования, проведенные ранее, показали сверхвысокую степень загрязнения почв как по санитарно-гигиеническим нормативам, так и по экологогеохимическим показателям [1]. Для целей данной работы была выбрана площадка мониторинга (Т1) с наиболее высоким уровнем техногенного загрязнения, расположенная в днище бывшего оз. Атаманское в пределах его южной части на левом берегу р. Северский Донец в 500 м к северу от уреза (48°20′42,72″ СШ, 40°14′11,46″ ВД, 23 м). Почва данного участка диагно102 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) стирована исключительно по химическим параметрам и согласно классификации и диагностики почв (КиДП) России [5] относится к группе хемоземов. В качестве контрольной выбрана площадка мониторинга (48°21′06,67″ СШ, 40°14′09,57″ ВД, 24 м), расположенная в 500 м к ЮВ от п. Филиппенков в центральной части луга на высокой пойме на левом берегу р. Северский Донец (Т0). Почва данной площадки представлена луговой мощной карбонатной тяжелосуглинистой среднегумусированной на аллювиальных суглинках по КиДП. Методы Физические и химические характеристики исследованных почв проанализированы стандартными методами: рН потенциометрическим методом при соотношении почва: вода 1:2,5; содержание органического вещества титриметрическим методом [4]; содержание карбонатов комплексонометрическим методом по С. А. Кудрину; гранулометрический состав почвы методом пипетки с пирофосфатной подготовкой пробы [2]. Валовое содержание Zn и Cu в почвах анализировали рентген-флюоресцентным методом на спектроскане MAKC-GV (ООО «НПО «СПЕКТРОН», Санкт-Петербург, Россия). Состав соединений металлов в почвах определен с использованием 3-х ступенчатой процедуры последовательного фракционирования, разработанной в 1994 г. Бюро эталонов Европейского Союза (BCR). Данная схема предусматривает выделение кислоторастворимой (0,11 М CH3COOH, pH 3), восстанавливаемой (0,1 М NH2OH-HCl, pH 2) и окисляемой (27% H2O2, затем 1M CH3COONH4, pH 2) фракций. Анализ содержания Zn и Cu в вытяжках проводили методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (МГА-915МД, НПФ ГК "Люмэкс", Санкт-Петербург). Повторность анализов 3-х кратная. Результаты и их обсуждение Анализ физико-химических свойств исследованных почв показал, что в незагрязненной луговой почве (Т0) отмечается высокое содержание органического углерода (4,3 ± 0,3 %) при нейтральной реакции среды (7,5±0,2) и незначительном содержании карбонатов (0,6±0,04). Содержание органического углерода в техногенно-нарушенной почве площадки мониторинга (Т1) составляет 4,4±0,2 %. Реакция среды характеризуется как слабощелочная (7,7±0,1). Содержание CaCO3 в загрязненной почве выше почти в девять раз, чем в луговой почве и составляет 5,3±0,3 %. Содержание фракции физической глины (<0,01 мм) в почве площадки Т0 составляет 55,8±3,6 %, илистых частиц (<0,001 мм) – 32,0±2,3%. В техногенно-нарушенной почве площадки Т1 отмечается близкое содержание данных фракций (52,1±3,8 и 33,0 ± 2,6, соответственно). Данные по содержанию Zn и Cu в фоновой почве площадки Т0 составляют 110±9 и 37±3 мг/кг, что незначительно отличается от их кларковых значений [3]. В почве площадки Т1 наблюдается полиэлементное загрязнение, при котором обнаружены превышения средних значений почвы по Zn – в сотни раз, по Cu – в несколько раз. Цинк является основным загрязняющим элементом в исследуемой почве, его концентрация составила 62032 мг/кг, то есть более 6,2 % по массе. Состав соединений каждого металла зависит от многих факторов, в первую очередь, от химических свойств самого элемента, а также от физико-химических свойств почвы и уровня техногенного загрязнения. В таблице 1 представлен фракционный состав соединений Zn и Cu почвах исследуемой территории. Концентрации элементов в каждой фракции выражены в абсолютных и относительных единицах измерения, отражая их долю от общего количества металла в почве. В незагрязненной почве (площадка T0) отмечается явное доминирование Zn и Cu в остаточной фракции (61 и 85 % от валового содержания). Подвижность металлов в почве низкая. Относительное со103 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) держание металлов в наименее прочно связанной с почвой кислоторастворимой фракции составляет всего 1 % для Cu и 7 % для Zn. Различия в доле отдельных фракций от общего содержания элемента обусловлены различным сродством металлов к почвенным компонентам и заключаются в том, что большим содержанием Zn отличается восстанавливаемая фракция, а большим содержанием Cu – окисляемая фракция. Низкая подвижность и доминирование Zn и Cu в остаточной фракции подтверждает отсутствие в фоновой почве существенного количества металла техногенного происхождения. Таблица 1. Фракционный состав соединений Zn и Cu в почвах пойменных ландшафтов Северского Донца промзоны г. Каменск-Шахтинский (Ростовская область), мг/кг Фракции № площадки кислотовосстанавлимониторинга окисляемая остаточная растворимая ваемая Zn Т0 6,0±0,04 (7) 15,0±1,2 (17) 13,8±0,7 (15) 55,2±7,2 (61) 17559±1491 T1 11725±106 (19) 29954±2356 (48) 2794±146 (5) (28) Cu T0 0,6±0,1 (1) 1,6±0,1 (4) 4,4±0,6 (10) 37,1±2,8 (85) T4 18,0±0,9 (12) 12,0±1,0 (8) 34,1±3,7 (23) 82,8±9,1 (56) Примечание. В скобках указано содержание металла, выраженное в относительных единицах измерения от валового количества. В почве площадки мониторинга, находящейся непосредственно на территории бывшего озера (Т1), отмечается увеличение абсолютного содержания всех соединений металлов (табл. 1). Фракционирование Zn в техногенной почве выявило высокую степень закрепления металла с (гидр)оксидами Fe и Mn (табл. 1). Следующая после восстанавливаемой фракции по относительному и абсолютному содержанию идет остаточная. Однако отмечается тенденция к ее уменьшению с ростом общей концентрации металла в почве: доля данной фракции Zn в почве площадки Т1 снижается на 33 % по сравнению с фоновой почвой площадки, удаленной от источника загрязнения (табл. 1). С ростом общего содержания Zn в почве (Т1) одновременно с относительным уменьшением доли металла в остаточной фракции происходит увеличение доли наиболее подвижной кислоторастворимой фракции, включающей обменные и специфически сорбированные соединения металла. На долю фракции, связанной с органическим веществом, приходится всего 5 % металла (табл. 1). Цинк отличается слабой способностью к образованию прочных хелатных комплексов с органическими соединениями. При высоком содержании органического вещества в почве образуются металлоорганические комплексы, прежде всего, с такими металлами-органофилами, как Cu [9]. Более половины Cu (56 %) в исследуемой техногенно-преобразованной почве диагностировано в остаточной фракции, что означает, что этот металл прочно связан с почвой. Процесс аккумуляции поступающих извне соединений металлов кристаллическими решетками глинистых минералов крайне медленный, но из-за длительного периода загрязнения (более 60 лет) он становится доминирующим. Методом тонкой структуры спектра рентгеновского поглощения (EXAFS) установлено, что поглощенные почвой катионы Cu2+ могут замещать часть ионов Al3+ в октаэдрических позициях глинистых минералов [6]. Это объясняет результаты, полученные для Cu в данной работе. При увеличении валового содержания Cu в почве (Т1), основным поглотителем металла является органическое вещество, на долю окисляемой фракции приходится 23 % (табл. 1). Методами XANES и EXAFS тонких структур спектра рентгеновского 104 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) поглощения показана возможность образования внутрисферных координационных хелатных комплексных соединений Cu2+ с гуминовыми кислотами почв [6]. Кислоторастворимая фракция занимает третье место после остаточной и окисляемой фракций и составляет 12 % от валового содержания металла в почве. Фракция, связанная с (гидр)оксидами Fe и Mn (восстанавливаемая), является самой низкой и не превышает 8 % в исследуемой загрязненной почве (табл. 1). Заключение В высокозагрязненных гидроморфных почвах, расположенных на территории природного отстойника промстоков химического завода, идентифицированы формы нахождения Zn и Cu. Выявлены различия в видообразовании металлов. Фракционирование Zn в техногенно-нарушенной почве диагностировало высокую степень закрепления металла с Fe–Mn (гидр)оксидами и силикатами. Гидроморфные условия и техногенный характер почвообразования способствуют появлению сидерофильности элемента. Cu характеризуется накоплением в остаточной и окисляемой фракциях. Цинк характеризуется более высокой подвижностью в исследуемых почвах, чем Cu. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-34-60041 Перспектива и 19-29-05265 мк. Литература 1. Бауэр Т. В., Минкина Т. М., Линник В. Г., Манджиева С. С., Невидомская Д. Г. Эколого-геохимические исследования техногенных почв в пойменных ландшафтах Северского Донца (бассейн Нижнего Дона) // Геохимия. – 2018. – № 10. – С. 956–966. 2. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. – М.: Агропромиздат, 1986. 3. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. – М.: Изд-во АН СССР, 1957. 4. Воробьева Л. А. Теория и практика химического анализа почв. – М.: ГЕОС, 2006. 5. Классификация и диагностика почв России / Шишов Л. Л., Тонконогов В. Д., Лебедева И. И., Герасимова М. И. – Смоленск: Ойкумена, 2004. 6. Пинский Д. Л., Минкина Т. М., Бауэр Т. В. и др. Поглощение меди черноземными почвами и почвообразующими породами юга России // Геохимия. – 2018. – № 3. – С. 280–289. 7. Приваленко В. В., Мазуренко В. Т., Панасков В. И. и др. Экологические проблемы города Каменска-Шахтинского. – Ростов н/Д: Цветная печать, 2000. 8. Acosta J. A., Gabarron M., Faz A., Martinez-Martínez S. et al. Influence of population density on the concentration and speciation of metals in the soil and street dust from urban areas Chemosphere. – 2015. – V. 134. – P. 328–337. 9. Pinskii D. L., Minkina T. M. Regularities of Cu, Pb and Zn adsorption by chernozems of the South of Russia. Eurasian Journal of Soil Science. – 2013. – Vol. 2(1). – P. 59–68. 10. Tack F. M. G., Verloo M. G. Chemical speciation and fractionation in soil and sediment heavy metal analysis: a review. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. – 1995. – Vol. 59(2). – P. 225–238. 105 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) FEATURES OF THE HEAVY METAL COMPOUNDS IN CONTAMINATED SOILS OF THE HYDROMORPHIC RANGE OF THE ROSTOV REGION T. V. Bauer, T. M. Minkina, I. V. Zamulina, S. S. Mandzhieva, I. S. Savin The speciation of Zn and Cu in highly contaminated technogenically transformed hydromorphic soils of the impact zone of the sewage sump of a chemical plant in southern Russia was studied. Using the international chemical fractionation scheme BCR, developed at the Bureau of Standards of the European Union, fractions were sequentially isolated, differing in the strength of bonding with soil components. Fractionation of Zn in highly contaminated soil revealed a high degree of metal fixation with (hydr)oxides Fe and Mn (reduced fraction). More than half of the Cu in the soil is found in the residual fraction; the proportion of metal in the oxidized fraction is also high. Keywords: soil, zinc, copper, speciation, fractionation. УДК 550.47 БИОГЕОХИМИЯ КРЕМНИЯ В СИСТЕМЕ «ПОЧВА – РАСТЕНИЕ» Е. А. Бочарникова Институт фундаментальных проблем биологии РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

Несмотря на то что кремний является вторым по распространенности после кислорода элементом земной коры, он остается одним из наименее изученных макроэлементов в растениях и системе «почва – растение». Содержание кремния в растениях колеблется в пределах 0,3–10 % от сухой массы. На основе литературных данных было рассчитано ежегодное вовлечение кремния в биологический круговорот. Наиболее интенсивно кремний вовлекается в круговорот во влажных тропических лесах. Основной поток Si в наземных системах осуществляется через поглощение растениями и почвенными микроорганизмами монокремниевой кислоты с последующей ее трансформацией в поликремниевые кислоты и аморфный кремнезем. Разработана схема биогеохимического цикла кремния в системе «почва – микроорганизмы – растение». Содержание растворимых форм кремния в почве зависит от многих факторов, среди которых определяющим для монокремниевой кислоты в верхнем почвенном горизонте служит баланс кремния в растительной ассоциации, а для поликремниевых кислот – состав и состояние твердых фаз почвы. Ключевые слова: кремний, монокремниевая кислота, поликремниевые кислоты, круговорот, биосфера. Введение Кремний – второй после кислорода по распространенности элемент в земной коре (28,8 %). Почва содержит до 48 % кремния. В почве кремний представлен преимущественно труднорастворимыми и инертными соединениями – силикатами различной степени кристаллизации. В то же время в почве всегда присутствуют водорастворимые формы кремния (мономеры, полимеры и олигомеры кремниевой кислоты, кремнийорганические соединения), которые влияют на многие химические и биологические свойства почв, а также аккумулируются растениями и почвенными микроорганизмами. Круговорот кремния в системе почва-микроорганизмы-растения превосходит по интенсивности и переносу вещества круговороты таких макроэлементов, как азот, фосфор 106 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) и калий. Интенсивность биологического круговорота кремния составляет от 20 до 7000 кг/га/год [7]. По общему содержанию элементов в растениях кремний занимает четвертое место после кислорода, углерода и водорода. Было показано, что основной поток вещества в биогеохимическом цикле кремния наземных экосистем осуществляется посредством миграции и трансформации монокремниевой и поликремниевых кислот в системе почва-растение [3]. Содержание подвижных форм кремния в почве зависит от ряда факторов, среди которых определяющими для монокремниевой кислоты является баланс кремния в растительной ассоциации, а для поликремниевых кислот – минералогический состав почвы, плотность и физико-химические характеристики твердый фаз грунтов и почв [3; 8]. Целью наших исследований было оценить глобальный биогеохимический цикл кремния в наземных экосистемах. Методы На основании литературных данных [1; 2; 4; 7] было подсчитано количество ежегодно вовлекаемого в биогеохимический цикл кремния в различных экосистемах нашей планеты. Была предложена схема биогеохимического круговорота кремния в системе почва-микроорганизмы-растения. Результаты исследований Результаты исследований показали, что наиболее интенсивно кремний вовлекается в биологический круговорот в наземных системах, то есть поглощается растениями из почвы. Максимальный объем круговорота приходится на влажные тропические леса. Несомненно, что в этих биоценозах большая часть кремния не успевает вернуться в почву после отмирания растений и вовлекается в новый круговорот непосредственно из подстилки. Характерно, что именно для этих биоценозов свойственен элювиальный цикл кремния. Подстилка, растения и, по-видимому, микроорганизмы, грибы, мхи и лишайники формируют собственный цикл кремния, который не затрагивает даже верхний слой почвы, что необходимо учитывать при вовлечении таких экосистем в сельское хозяйство. Игнорирование или незнание особенностей цикла кремния и других питательных элементов в тропических зонах может привести к быстрой деградации сельскохозяйственных угодий. Леса умеренной зоны и тайги также вовлекают огромное количество кремния в биологический круговорот – до 420 и 280 млн т соответственно. Для степных экосистем характерен более низкий уровень вовлечения кремния в круговорот. Так, луговые степи вовлекают всего 28,1 млн. т Si ежегодно. Высоким уровнем вовлечения кремния в биологический круговорот отличаются болотные экосистемы – 60 млн. т ежегодно. Для сельскохозяйственных угодий величина ежегодно вовлекаемого в круговорот Si насчитывает 250 млн. т., что более, чем в 25 раз превосходит количество вовлекаемого кремния во всем мировом океане. Таблица 1. Ежегодное вовлечение кремния в биологический круговорот Система Площадь, Биомасса, млрд Si, млн т т млн км2 Влажный тропический лес 17,0 765,33 1530,66 Тропический сезонно-зеленый 7,5 260,1 520,2 лес Вечнозеленый лес умеренной 5,0 175,05 350,1 зоны Лес умеренной зоны 7,0 210,11 420,2 Тайга 12,0 240,1 280,2 107 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Система Кустарниково-лесные ассоциации Саванны Луговые степи Тундра и высокогорье Пустыни и полупустыни Сухие пустыни, горы, ледники Сельскохозяйственные угодья Болота и марши Озера и другие материковые воды Наземные системы Океан Континентальный шельф Рифы и атоллы Эстуарии Мировой океан Планета Земля Площадь, млн км2 8,5 Биомасса, млрд т 50,4 Si, млн т 15,0 9,0 8,0 18,0 24,0 14,0 2,0 2,0 60,22 14,06 5,04 13,01 0,5 14,01 30,02 0,06 120,44 28,12 10,07 26,02 1,0 250 60,04 0,12 149,0 332,4 26,6 0,6 1,4 361,0 1837,65 1,8 0,43 1,21 1,42 4,86 3697,25 3,6 0,86 2,42 2,84 9,72 510,0 1842,51 3483,98 100,08 Из почв растворенный кремний мигрирует в природные воды. В почвах концентрация растворимых соединений Si колеблется от 8 до 30 мг/кг. В реках средняя концентрация кремния составляет 6 мг/л, а в океане – 3 мг/л. Таким образом, система почва-растение занимает центральное место в глобальном круговороте кремния на планете и фактически контролирует потоки этого элемента. Обсуждение На основании наших и литературных данных была предложена схема цикла кремния в системе почва-растение (микроорганизмы) (рис. 1). Этот круговорот является базовым в процессах миграции и трансформации кремния как биогеохимического элемента. Цикл состоит из нескольких звеньев. Растения и почвенные микроорганизмы способны поглощать только мономеры кремниевой кислоты и ее анионы [6]. У высших растений процесс поглощения происходит через корни и листья. Это первоначальное звено биогеохимического цикла кремния в системе почва-растение. Поглощенный кремний распределяется по растению неравномерно, в соответствии с внутренними потребностями растения. Поглощенная монокремниевая кислота может полимеризоваться и участвовать в формировании кремний-органических соединений. В свою очередь, поликремниевые кислоты в растениях способны дегидратировать с образованием фитолитов – аморфного диоксида кремния сложной конфигурации. Эти новообразования локализованы внутри растительных клеток и в межклеточном пространстве [2]. Установлено, что размер, структура и количество фитолитов зависят не только от наличия доступного растению кремния, но и от температуры, влажности почвы и условий питания организма другими элементами [5]. 108 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Рис. 1. Схема кремниевого цикла в системе почва-растение-микроорганизмы Миграция кремния внутри растения скорее всего осуществляется преимущественно в форме поликремниевой кислоты с помощью специальных транспортных ферментов. По-видимому, растения и микроорганизмы способны запасать часть поглощенного кремния также в форме высокомолекулярных поликремниевых кислот. Не вызывает сомнения, что часть поглощенного кремния идет на образование в живых тканях кремний-органических соединений. После отмирания растений или их частей, биогенный кремний (поликремниевые кислоты, фитолиты, кремний-органические соединения) переходит в почву, где подвергается процессу растворения и/или разложения. Продуктом растворения становится монокремниевая кислота. Монокремниевая кислота в почве контролирует многие химические, физико-химические и биологические процессы. Монокремниевая кислота является исходным материалом для образования других растворимых форм кремния: олигомеров, низкомолекулярных и высокомолекулярных поликремниевых кислот, комплексов с органическими и неорганическими лигандами и кремний-органических соединений. Возможна также вертикальная и горизонтальная миграция растворимых соединений кремния, в которой также ведущая роль принадлежит монокремниевой кислоте. Завершает цикл поглощение монокремниевой кислоты живыми организмами. Заключение Основной поток вещества в биогеохимическом цикле кремния в наземных экосистемах осуществляется посредством миграции и трансформации монокремниевой и поликремниевых кислот. Концентрация этих соединений в почве зависит от ряда факторов, среди которых определяющими для монокремниевой кислоты является баланс кремния в растительной ассоциации, а для поликремниевых кислот – минералогический состав почвы, плотность и физико-химические характеристики твердых фаз почв. 109 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Монокремниевая кислота является ключевым соединением в биогеохимическом цикле кремния системы почва-растение. Этот цикл слагается из поглощения растениями и микроорганизмами монокремниевой кислоты с последующей ее трансформацией в поликремниевые кислоты и аморфный кремнезем в клетках живых организмов. Биогенный аморфный кремнезем после отмирания организмов становится основным источником монокремниевой кислоты в почве. Литература 1. Базилевич Н. И. Биологическая продуктивность экосистем северной Евразии. РАН Институт географии. – М.: Наука, 1993. 2. Гольева А. А. Биогеохимия аморфного кремнезема в растениях и почвах. Почвы, биогеохимические циклы и биосфера. – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2004. – С. 137–159. 3. Bocharnikova E. A., Matychenkov V.. Influence of plant associations on the silicon cycle in the soil-plant ecosystem // Applied Ecology and Environmental Research. – 2012. – Vol. 10(4). – P. 547–560. 4. Conley D. J. Terrestrial ecosystems and the global biogeochemical silica cycle // Global Biogeochemical Cycles. – 2002. – Vol. 16(4). – P. 68-1-68-8. 5. Hodson M. J., White P. J., Mead A., Broadley M. R. Phylogenetic variation in the silicon (Si) composition of plants. Annals of Botany. – 2005. – Vol. 96. – P. 1027–1046. 6. Ma J. F., Takahashi E. Soil, fertilizer, and plant silicon research in Japan. – Elsevier, The Netherlands, 2002. 7. Matichenkov V. V., Bocharnikova E. A. Silicon soil state and biogeochemical balance in forest and grass ecosystems // Monge-Najera J. (ed.) Sustainable Development: The View from the Less Industrialized Countries / Ed. Monge-Najera J. San Jose. – Costa Rica: UNED, 1994. – P. 453-467. 8. Tubaña B. S., Heckman J. R. Silicon in soils and plants // Silicon and plant diseases. Springer, Cham, 2015. – P. 7–51. BIOGEOCHEMISTRY OF SILICON IN THE SOIL-PLANT SYSTEM E. A. Bocharnikova Despite the fact that silicon is the second most common element of the Earth's crust after oxygen, Si remains one of the least studied macroelements in the plants and the soil-plant system. The plant content of Si ranges between 0.3 and 10 % on dry weight and its cycle in the biosphere is inferior by volume only to that of carbon, oxygen and hydrogen. Based on the available data, the annual involvement of Si into the biological cycling was estimated. The most intense cycling of Si occurs in tropical rain forests. The main flux of Si in the terrestrial ecosystems proceeds via the uptake of monosilicic acid by plants and soil microorganisms, followed by its transformation into polysilicic acid and amorphous silica. A scheme of the biogeochemical cycling of Si in the soil-microorganism-plant system has been proposed. The soluble Si concentration in soil depends on numerous factors, among them the Si balance in the plant association controls the monosilicic acid in upper soil horizon, while the soil mineral composition is crucial to the polysilicic acid accumulation. Keywords: silicon, monosilicic acid, polysilicic acids, cycling, biosphere. 110 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.417.1 КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ РОССИИ А. В. Бухонов Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

История исследования почвенного органического вещества и его взаимосвязи с биоклиматическими условиями насчитывает уже более 200 лет. Опубликованы сотни и даже тысячи работ, в том числе немало крупных монографий и учебных пособий. Наиболее часто обсуждаемыми по настоящее время остаются вопросы, связанные с количественными и качественными уровнями накопления органического вещества в почвах, его групповой и фракционный состав. Все эти исследования зачастую проводятся с целью установления особенностей синтеза и накопления органического вещества в зависимости от экологических условий и зональной приуроченности исследуемых типов и подтипов почв. Целью работы было изучение содержания и запасов органического углерода в почвах, приуроченных к территориям Среднерусской и Приволжской возвышенностей, Общего Сырта и Прикаспийской низменности, а также изменчивость фракционно-группового состава органического вещества исследованных почв на фоне современных меняющихся климатических обстановок. Получены новые данные по содержанию и распределению органического углерода в слое 0–50 см основных типов почв, приуроченных к территории Среднерусской и Приволжской возвышенностей, территории Общего Сырта и Прикаспийской низменности. Установлено, что на фоне наблюдаемого в настоящее время периода только положительных аномалий температуры воздуха и формирования более контрастных условий увлажнения для степной и сухостепной зон европейской территории России [2, 4–6, 8–10] произошли значительные изменения, которые повлияли не только на количественные, но в первую очередь качественные показатели почвенного органического вещества. Ключевые слова: чернозёмы, каштановые почвы, органический углерод, период биологической активности, запасы органического углерода. Введение Почвенное органическое вещество является основным источником питания растений, главнейшим фактором плодородия почвы и наиболее важным ресурсом устойчивого и продуктивного функционирования экосистемы в целом. Изменение одного или комплекса факторов, оказывающих влияние на условия синтеза и закрепления органического вещества практически моментально отражаются в количественных и качественных его характеристиках. Несмотря на это, задача изучения органического вещества почв и в настоящее время остаётся особенно актуальной не только в связи с увеличивающимися антропогенными преобразованиями ландшафтов, но и возросшую нагрузку на экосистемы и биосферу в целом. Также недостаточны разработки в сфере связей гумусного состояния различных типов почв в зависимости от биоклиматической и литологической обстановок различных территорий. В связи с вышесказанным целью исследования является изучение современного содержания и запасов органического углерода в почвах, а также установление изменчивости фракционно-группового состава исследованных почв на фоне современных меняющихся климатических обстановок. 111 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Методы Исследования проводились в ходе полевых работ 2018-2019 годов. Маршрут исследований 2018 года пролегал по маршруту Орёл-Курск-Белгород-Воронеж-ВолгорадАстрахань-Элиста-Волгодонск. Маршрут 2019 года пролегал по маршруту ВолгоградЭльтон-Оренбург (по границе с респ. Казахстан) – Бузулук – Самара – Саратов – Аткарск – Тамбов – Воронеж. Были отобраны образцы зональных почв, расположенных в автоморфных условиях методом бурения с отбором каждые 10 см. Общее количество исследуемых точек составило 50. В образцах определено содержание органического углерода методом мокрого сжигания по Тюрину [1]. Определение проводилось в трёхкратной повторности, таким образом, было проведено 750 определений Сорг для почв, приуроченных к различным природно-климатическим зонам, начиная от чернозёмов ЦЧО и территории Общего Сырта на севере до светло-каштановых и бурых полупустынных почв на юге. Запасы органического углерода рассчитывались с учётом плотности каждого конкретного слоя. Определение фракционно-группового состава ОВ проводилось методом Пономарёвой-Плотниковой [7]. Результаты исследований Анализ содержания и распределения органического вещества в основных типах исследованных почв показал следующее: чернозёмы, формирование которых проходит под богатой разнотравно-злаковой растительностью, в целом характеризуются средним содержанием органического углерода (3,1±0,69 % n=21) в слое 0–10 см. Распределение в слое 0-50 см можно оценить как постепенно убывающее с глубиной. Почвы чернозёмного облика в целом характеризуются следующими послойными запасами органического углерода (т/га): 34.2±8 для слоя 0–10 см, 65.9±15.3 для слоя 0–20 и 142.0±34,9 для слоя 0–50 см соответственно. Анализ фракционно-группового состава ОВ почв чернозёмного облика характеризуется гуматным или резко-гуматным типом гумуса с достаточно высокими показателям отношения Сгк/Сфк 2.63±0.9 (n=18) и высокой мерой преобразованности органического углерода почв в гуминовые вещества (39±10 %). Наибольшими значениями отношения Сгк/Сфк (3.46±0.66) и степени гумификации (46.3±11.2) характеризуются почвы ЦЧО, приуроченные к территории Среднерусской возвышенности (n=7). Почвы чернозёмного облика, приуроченные к территории Общего Сырта имеют более низкое (2.1±0.67) отношение Сгк/Сфк и среднюю степень гумификации ОВ (35.6±8.2) (n=11). Тип каштановых почв характеризуется средним содержанием органического углерода 1.37±0.35 % (n=16). Послойные запасы органического вещества в каштановых почвах на порядок меньше чем в почвах чернозёмного облика. Так, исследованные каштановые почвы содержат 15.5±3.6 для слоя 0–10 см, 29.2±7.4 для слоя 0-20 и 57.3±16.2 т/га Сорг для слоя 0–50 см соответственно. В сухо-степной зоне с почвами различной степени солонцеватости в условиях дефицита атмосферной увлажнённости, малых величинах периода биологической активности почв и низких показателей количества и качества растительного опада формируется иной тип гумусовых веществ. Почвы приуроченные к сухо-степной зоне характеризуются более низким показателем отношения Сгк/Сфк 1.6±0.83 (n=12) и довольно неоднородным распределением значений меры преобразованности органического углерода почв в гуминовые вещества, от 58.7 % на севере зоны до 10 % на юге. Светло-каштановые и бурые полупустынные почвы Прикаспия характеризуется еще более контрастным содержанием органического углерода в схожих биоклиматических условиях почвообразования. Так, в среднем содержат 0.27±0.22 % Сорг (n=11). Максимальное содержание 0.6 % Сорг присуще светло-каштановым почвам. Минимальные значения (0.05 %) бурым полупустынным. Дифференциация рельефа, значи112 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) тельная разреженность растительного покрова и условий обеспечения влагой (количество осадков изменяется от 320 на севере до 170 мм/год на юге) присущая исследуемой территории определяют высокую неоднородность содержания Сорг для слоя 0–10 см. С глубины 20 см содержание и распределение органического вещества для исследованных почв подобно. Послойные запасы органического углерода невелики и колеблются в довольно широких пределах. Так, исследованные светло-каштановые и бурые полупустынные почвы содержат 3.91±3.0 для слоя 0–10 см, 6.6±5.5 для слоя 0-20 и 12.3±11.6 т/га Сорг для слоя 0–50 см соответственно. Запасы Сорг составляют 3.91±3.0 для слоя 0-10 см, 6.6±5.5 для слоя 0–20 и 12.3±11.6 т/га Сорг для слоя 0–50 см соответственно. Анализ фракционно-группового состава показал, что исследованные почвы характеризуется гуматно-фульватным и резко фульватным типом гумуса с низкими значениями степени гумификации органического вещества. Обсуждение Анализ полученного материала показал, что на фоне закономерного снижения содержания и запасов органического вещества почв в направлении от чернозёмов на севере до бурых полупустынных почв на юге изменялся качественный состав органического вещества почв. В настоящее время изменение климатических обстановок на исследуемой территории, создало более контрастные условия между степной и сухостепной зонами. Это привело в степной зоне к увеличению гуматности ОВ и практически не повлияло на качественный состав ОВ почв, приуроченных к сухо-степной зоне. Попытка связать гумусовое состояние почв с климатическими и химическими свойствами дала неоднозначный результат. Не обнаруживается связей с химическими свойствами, но присутствуют связи качественного и количественного состава ОВ с увлажнением почвы в летний период, а поскольку процесс синтеза является главным образом биохимическим, мы обратили своё внимание на биологическую активность почв, которая обусловливает скорость и интенсивность биохимических процессов протекающих в почве. В общей форме этот период выражается во времени, когда в почве создаются благоприятные условия для нормальной вегетации растений, деятельности микроорганизмов и активно протекают биохимические процессы разложения, синтеза и закрепления ОВ. Этот период биологической активности (ПБА) в целом равен длительности периода с устойчивыми температурами выше 10°С при одновременном запасе продуктивной влаги в почве более 1,5–2 % [3]. Заключение Статистический анализ показал высокую степень корреляции периода биологической активности почв с качественными (содержание фракций ГК) и количественными (содержание Сорг) характеристиками почвенного органического вещества. Содержание фракций ФК в верхних слоях, по-видимому, определяется в большей мере атмосферной увлажнённостью ввиду их высокой подвижности в растворах. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-04-00800. Литература 1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. – М.: Изд-во МГУ, 1970. 2. Ахтырцев Б. П., Ахтырцев А. Б. Почвенный покров среднерусского черноземья. – Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1993. 113 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 3. Бирюкова О. Н., Орлов Д. С. Период биологической активности почв и его связь с групповым составом гумуса // Науч. докл. высшей школы. Биол. науки. – 1978. – № 4. 4. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2006 год Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 2007. 5. Крышнякова О. С., Малинин В. Н. К анализу трендов в колебаниях температуры воздуха и осадков на Европейской территории России // Изв. Рус. геогр. общества. – 2009. – Т. 141. – Вып. 2. – С. 23–30. 6. Крышнякова О. С., Малинин В. Н. Особенности потепления климата Европейской территории России в современных условиях // Общество. Среда. Развитие. – 2008. – № 2. – С. 115–124. 7. Пономарева В. В., Плотникова Т. А. Гумус и почвообразование. – Л.: Наука, 1980. 8. Яншин А. Л. Потепление климата и другие глобальные экологические проблемы на пороге XXI века // Экология и жизнь. – 2001. – № 1. – С. 42–43. 9. Brohan P. et al. Uncertainty estimates in regional and global observed temperature changes: A new dataset from 1850 // J. Geophys. Res., 2006. 10. Smith T. M., and Reynolds R. W. A global merged land and sea surface temperature reconstruction based on historical observations (1880-1997) // J. Clim., 2005. – Vol. 18. – No. 12. – P. 2021–2036. QUANTITATIVE AND QUALITATIVE INDICATORS OF ORGANIC SUBSTANCE OF SOILS IN THE STEPPE ZONE OF RUSSIA A. V. Bukhonov The history of the study of soil organic matter and its relationship with bioclimatic conditions goes back over 200 years. Hundreds and even thousands of works have been published, including many large monographs and textbooks. The most frequently discussed up to the present time are issues related to the quantitative and qualitative levels of accumulation of organic matter in soils, its group and fractional composition. All these studies are often carried out in order to establish the characteristics of the synthesis and accumulation of organic matter, depending on the ecological conditions and zonal confinement of the studied types and subtypes of soils. The aim of this work was to study the content and reserves of organic carbon in the soils of the main natural zones, as well as the variability of the fractional-group composition of the organic matter of the studied soils against the background of modern changing climatic conditions. New data were obtained on the content and distribution of organic carbon in the 0–50 cm layer of the main types of soils confined to the territory of the Central Russian and Volga Uplands, the Territory of the Common Syrt and the Caspian Lowland. It was found that against the background of the currently observed period of only positive air temperature anomalies and the formation of more contrasting humidification conditions for the steppe and dry-steppe zones of the European territory of Russia significant changes took place, which influenced not only the quantitative, but primarily the qualitative indicators of soil organic matter. Keywords: chernozems, chestnut soils, organic carbon, period of biological activity, reserves of organic carbon. 114 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.41 НОВАЯ ФОРМУЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОГАЩЕННОСТИ – ОБЕДНЕННОСТИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ К ФАЗАМ-НОСИТЕЛЯМ В ПОЧВАХ Ю. Н. Водяницкий1, Т. М. Минкина2 Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

2 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

1 Предложен новый показатель сродства тяжелых металлов (ТМ) к их фазам-носителям AТМ-фракции, который в отличие от традиционного индекса СТМ = 100 . СТМ-фракции / СТМ-почва, учитывает сумму всех металлов в фазе как долю от суммы валового содержания всех ТМ в почве. При значении AТМ-фракции > 1 металл обогащен к данной фазе, и наоборот, при значении AТМ-фракции < 1 он обеднен к ней. Сравнение рядов сродства металлов к фазам, подсчитанных по двум индексам, чаще всего показывает различие. Ключевые слова: последовательная химическая экстракция, сродство тяжелых металлов к минеральным и органическим коллоидам, европейские почвенные кларки. Введение Тяжелые металлы (ТМ), накапливаясь в почве, с одной стороны, затрудняют их поступление в почвенно-грунтовые воды, а с другой стороны, загрязняют сельскохозяйственную продукцию, потребляемую человеком и животными. Поэтому почвоведы уделяют большое внимание содержанию ТМ в почвах [1, 3]. Первоначально внимание было сосредоточено на определении валового содержания ТМ в загрязненных почвах. Но, оказалось, что валовое содержание ТМ в почве недостаточно точно определяет их степень опасности [1]. Важно знать степень подвижности поллютантов, доступности растениям и возможности, десорбируясь, загрязнять почвенно-грунтовые воды [4]. Таким образом, помимо валового содержания в почвах ТМ, для оценки их опасности надо знать их приуроченность к фазам-носителям разной природы. Чаще всего содержание ТМ, ассоциированных с фазами-носителями, определяют методом последовательной химической экстракции почв [1]. Последовательность и виды реактивов в разных схемах варьируют, но в основном используют реактивы, предназначенные для растворения 3-4 разных фаз-носителей металлов. Среди них: обменные металлы + закрепленные карбонатами; металлы, закрепленные органическим веществом, металлы, закрепленные оксидами Fe и Mn разной степени окристаллизованности, и металлы, сохраняющиеся в нерастворимом остатке. Полученные результаты – содержание ТМ, ассоциированных с фазаминосителями, затем обрабатывают. Обработка результатов выражается в том, что долю каждого металла (рСтм-фракции), закрепленного данной фазой, выражают в % от его валового содержания в почве [2]. То есть используют выражение: рСтм-фракции = 100 . СТМ-фракции /СТМ-почва (1) где Стм – доля металла, закрепленного фазой, %, СТМ-фаза – содержание металла в данной фазе, мг/кг, СТМ-почва - валовое содержание металла в почве, мг/к По величинам рСтм строят ряды показателя сродства металлов по отношению к разным фракциям: чем выше доля данного металла (выше рСТМ), тем выше сродство данного металла к рассматриваемой фракции и наоборот. При высоком значении рСтм можно говорить о селективности металла входящим в состав данной фракции, а при низком значении – о низкой селективности. 115 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Очевидный недостаток формулы (1) – она не дает критического значения рСтм-фракции. Поэтому, даже при анализе селективности фазы по отношению к разным металлам, нельзя определить границу, выше которой фаза селективна к данному металлу, а ниже которой она не селективна. Ее другой недостаток – не согласуется с новым показателем сродства металлов с их фазами-носителями. Цель работы: предложить новый показатель сродства металлов к их фазамносителям и сравнить его с традиционным показателем селективности рСтм-фракции, выраженном в % от валового содержания ТМ. Объекты Анализировали опубликованные данные о содержании и фракционном составе пяти ТМ (Ni, Cu, Zn, Pb La) в почвах Европейской России [2]. Образец незагрязненной аллювиальной почвы (Histic Fluvisol Petrogleyic Eutric) отобран из гумусового горизонта с глубины 0-10 см в пойме р. Кама напротив г. Пермь (образец 1). Почва обогащена органическим веществом: Сорг = 13%, рНН2О = 5.7. Методы В качестве экстрагента ТМ в составе металлов, закрепленных карбонатами, использовали 0.43 М уксусную кислоту. Солянокислый гидраксиламин, применяемый в концентрациях 0.1, растворяет соединения Fe и Mn низкой степени окристаллизованности («аморфные»). В качестве реагента, растворяющего органическое вещество, использовали раствор пирофосфата Na. Более сильный реагент – 0.1 М оксалат аммония растворяет более окристаллизованные соединения Fe и Mn, условно назовем их «кристаллическими». Металлы в составе устойчивых соединений, не растворимых этими реагентами, входят в состав «остатка». Новый показатель селективности ТМ к фазам-носителям Использовали нормирующий показатель для каждого металла. В качестве нормирующих значений выбраны кларки каждого из металлов для почв Европы, согласно книге А. Кабаты (2011) [3]. После этого все дальнейшие операции проводим к металлам в безразмерной форме. Тогда получаем, что показатель сродства ТМ к данной фазе АТМ определяется из формулы: АТМ = (СТМ-фаза / ΣСТМ-фаза) / (СТМ-почва / ΣСТМ-почва) (2) где СТМ-фаза – содержание данного ТМ в данной фракции, ΣСТМ-фаза – сумма всех ТМ в данной фракции, СТИ-почва – содержание данного ТМ в исходной почве, ΣСТМ-почва – сумма всех ТМ в исходной почве. Так, для фракции карбонатов средние А для нормированного Ni = 0.12, а суммарное значение всех нормированных металлов в карбонатах 0.4868. Доля нормированной Ni = 1.62, а исходной почве всего содержится 7.77. Получаем для формулы (2): АТМ = (0.122 / 0.4868) / (1.62 / 7.77) = 0.2498 / 0.2085 = 1.20. Это относится ко всем фракциям и позволяет выделить металлы, склонные к данной фракции (АТМ > 1) и несклонные к ней (АТМ < 1), в чем и состоит преимущество перед индексом рСТМ. Таким же путем определим меру сродства металла по индексу А по отношению к коллоидам, аморфным и кристаллическим Fe-минералам, к органическому веществу и твердофазному остатку. При анализе содержания разных металлов в данной фазе величина индекса AТМ-фракции > 1 свидетельствует, что фаза селективна к данному металлу и, наоборот, при значении AТМ-фракции < 1 фаза к нему неселективна. Этот показатель может проранжировать сродство разных металлов к данной фазеносителю. Новый показатель предназначен заменить показатель сродства рСТМ, определяемый по формуле (1). 116 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Результаты и обсуждение В таблице 1, приведены данные для расчета индекса А: даны исходные данные для всех пяти металлов в составе каждой из фракции, выраженной в ppm, а также нормированные на почвенный кларк для европейских почв. Коэффициенты связи обоих индексов имеют положительные значения: от 0.679 до 0.976 (табл. 2). Они достигают высоких значения для фракций органического вещества и кристаллических Fe-оксидов: r = 0.905 и 0.976 при Р0.95. Близкие результаты получены при анализе «столбцов» табл. 2. Только для Pb индекс рС достигает уровня (r = 0.992), достоверного значения. Для остальных 4 металлов достоверной связи между индексами нет. Таким образом, доминирует отсутствие связи как по строкам, так и по столбцам таблицы 2. Таблица 1. Данные для расчета индекса А, почва в пойме р. Кама Эле Кларк Исходное Карбонаты ам-Fe-окс Органика Кр-Fe-Окс Остаток ppm 60 45 110 30 26 норм ppm Норм ppm норм Ppm норм ppm норм ppm норм Ni 37 1.62 4.5 0.122 1.7 0.05 1.6 0.04 1.3 0.01 50 1.35 Cu 17.3 2.6 4.4 0.25 0.59 0.03 7.1 0.41 5.6 0.32 23 1.33 Zn 68.1 1.615 5.6 0.08 2.5 0.04 1.7 0.03 4.2 0.06 80 1.17 Pb 32 0.935 0.6 0.019 0.64 0.02 4.2 0.13 15 0.477 5 0.16 La 26 1.0 0.26 0.01 0.4 0.02 6.7 0.26 2 0.08 14 0.54 Σ 7.77 0.49 0.15 0.87 0.94 4.5 Обозначение: ppm – содержание элемента; норм – его нормированное содержание по европейскому кларку. Таблица 2. Итоговый результат сродства А тяжелых металлов к фракциям почвы в пойме реки Кама и коэффициенты корреляции между индексами А и рС Фракция АNi АCu АZn АPb АLa Среднее R (А ~ рС) Карбонаты 1.20 1.56 0.82 0.32 0.16 1.10 ам-Fe-оксиды 1.45 0.67 1.16 1.09 0.78 1.02 Органика 0.24 1.41 0.14 1.25 2.31 1.07 кр-Fe-оксиды 0.05 1.03 0.31 4.13 0.63 1.23 Остаток 1.41 0.92 1.24 0.28 0.92 0.95 Среднее 0.86 1.12 0.71 1.48 0.96 R (А ~ рС) 0.518 -0.212 0.514 0.992* 0.402 Примечание: * – коэффициент корреляции достоверный при Р = 0.95 0.799 0.679 0.905* 0.976* 0.777 Таким образом, использование индекса А позволяет: 1) получить числовые характеристики, различающие сродство металлов к данной фазе или их отсутствие, 2) перенос сродства металлов с «осадка» с последнего места (по рСТМ) на более высокие места, отражая сродство Pb осадку. Заключение Предложен новый показатель сродства металлов к их фазам-носителям AТМ-фаза, который отличается от индекса рСТМ дополнительной константой – учитывающей сумму всех ТМ в фазе как долю от суммы валового содержания всех ТМ в почве. При значении AТМ-фаза > 1 металл имеет сродство к данной фазе и, наоборот, при значении AТМфаза < 1 сродства к фазе нет. Сравнение рядов сродства металлов к фазам, подсчитанных 117 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) по двум индексам, чаще всего показывает различие. Причина различия рядов сродства металла к фазам кроется в недостатке индекса рСТМ: «сила» реактива искажает смысл индекса рСТМ, но не влияет на индекс AТМ-фаза. Поэтому новый индекс способен учесть различие в сродстве к данному металлу фаз, извлекаемых разными по силе реагентами. Однако индекс рСТМ имеет недостатки: не известно критическое значение Стм(крит), выше которого металл обладает сродством, а ниже которого – не обладает им. Несмотря на этот недостаток, использование индекса СТМ дает приемлемые результаты при сравнении фаз, извлекаемых из почвы одинаковыми по силе реактивами. Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания в сфере научной деятельности № 0852-2020-0029. Литература 1. Водяницкий Ю. Н. Геохимическое фракционирование лантанидов в почвах и горных породах (обзор литературы) // Почвоведение. – 2012. – № 1. – С. 69–81. 2. Fedotov P. S., Rogova O. B., Dzhenloda R. Kh., Karandashov V. K. Metal-organic complexes in soils as a major sink for rare earth elements // Environ. Chem., 2019. – V. 16. – № 5. – P. 323–332. 3. Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. Boca Raton. – London, N. Y. 2011. CRC Press. 4. Reimann C., de Caritat P. Chemical elements in the environment – factsheets for the geochemist and environmental scientist. – Berlin, Germany: Springer-Verlag, 1998. A NEW FORMULA FOR DETERMINING THE ENRICHMENT-IMPORTANCE OF HEAVY METALS TO THE CARRIER PHASES IN SOILS Y. N. Vodyanitskii, T. M. Minkina A new index is proposed to determine the affinity of heavy metals (HM) to carrier phases AHM-fraction, which, in contrast to the traditional index pСHM = 100 СHM-fraction/СHM-soil, considers the sum of all metals in the phase as a share of the sum of the bulk content of all HM in the soil. When the value of the AHM-fraction > 1, the metal is enriched in this phase and, conversely, if the value of the AHM-fraction <1, it is depleted in it. Comparison of the affinity series of metals for phases based on two indices revealed their discrepancy in most cases. Keywords: sequential chemical extraction of heavy metals, affinity of heavy metals for mineral and organic colloids, European soil clarkes of heavy metals. 118 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 504.3:550.47 ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ВЕРХНИХ ГОРИЗОНТАХ ПОЧВ УСЛОВНО ФОНОВЫХ ТЕРРИТОРИЙ ГОРНОГО КРЫМА (НА ПРИМЕРЕ БАССЕЙНА Р. БОДРАК) В. В. Глебов 1, В. Ю. Березкин 2 1 Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К. А. Тимирязева, (г. Москва, Россия) e-mail:

2 Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

Геохимические эндемии, обусловленные как техногенными, так и природными геохимическими полями, являются одной из актуальнейших проблем нашего времени. Особый интерес представляют горные территории с большим разнообразием горных пород разного состава. Проблему усугубляет также смена типов или интенсивности хозяйственного использования территории на рубеже веков. Целью работы было изучение содержания цинка, меди, свинца, никеля, кобальта и кадмия в почвенном покрове долины р. Бодрак (Горный Крым) в рамках исследования природнотехногенных геохимических полей, начатого на этой территории в 1997 г. В ходе исследований 2019–2020 гг. подтверждено, что основной вклад в содержание исследуемых тяжёлых металлов в почвах вносят процессы миграции и природные геохимические поля. Ключевые слова: почвенный покров, тяжёлые металлы, природные геохимические поля, Горный Крым. Введение Формирование экологической обстановки того или иного региона прямо связано с характером природопользования, которое является итогом сложного взаимодействия природно-ресурсного потенциала и исторических факторов [6]. В качестве одного из таких факторов можно рассматривать резкое сокращение техногенного прессинга на приповерхностную часть литосферы в России и других странах СНГ на рубеже тысячелетий вследствие экономического спада [7]. При этом экологические проблемы не снизили свою остроту: в условиях отсутствие мощной техногенной нагрузки, возрастает влияние природных геохимических полей на почвенный и растительный покров, животный мир и местное население. Целью исследований в данной работе является оценка содержания некоторых тяжёлых металлов в почвенном покрове бассейна реки Бодрак (Горный Крым). Одной из причин выбора данного объекта исследования, были работы, проводившиеся в бассейне р. Бодрак в 1997–2002 гг. при участии одного из авторов [2]. Исследования тех лет показали, что в пределах этой условно-фоновой территории содержание тяжёлых металлов в верхних горизонтах почв определяются в первую очередь природными геохимическими полями, обусловленными двумя литологическими разностями (карбонатные породы мел-палеогеонового и бескарбонатные отложения триасюрского возраста) [5]. Хотя почвы Бахчисарайского района считаются малопригодными для земледелия [1], не стоит игнорировать многочисленные личные подсобные хозяйства местного населения, традиционно использующего выращенные продукты, как для личного потребления, так и на продажу. Как и в остальной предгорной и горной части Крыма, 119 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) здесь исторически сложился индустриально-аграрный тип природопользования: занятость в промышленности, строительстве и на транспорте от 36 до 50 %, при высокой доле занятости жителей посёлков в сельском хозяйстве [4, 10]. Различия природных геохимических полей, в почвах сельскохозяйственных ландшафтов, обусловленные сменой горных пород различного состава, будучи усугубленными современными техногенными полями (в виду интенсивного вложения в инфраструктуру, промышленность и сельское хозяйство республики, после 2014 г.), могут самым негативным образом сказаться на жизни и здоровье местного населения. Методы Работа базируется на данных, полученных в ходе полевых работ в Горном Крыму 2019 г и лабораторных исследованиях 2020 г., выполненных в Москве, в лаборатории Лаб24. В ходе полевых исследований, базировавшихся на территории базы СПбГУ «Крымская», осуществлялся отбор почвенных проб в пределах долины реки Бодрак, в границах учебно-научного полигона им. А. А. Богданова. Относительно небольшая территория полигона характеризуется разнообразием литологического состава пород различного генезиса (от осадочных до магматических). Район отличается высокой степенью изученности геолого-геоморфологических условий [8], что явилось основой для постановки специальных междисциплинарных эколого-геологических исследований. В 2019 г. было отобрано 40 почвенных проб, стандартными методами, из верхнего горизонта (мощностью 15–20 см, в зависимости от типа почвы). Почвы отбирались по возможности в тех же элементарных ландшафтно-геохимических системах, что и 20 лет назад [3] в меридиональном направлении с учётом смены карбонатных пород палеогена и мела, терригенными породами триаса и юры [8], для сопоставления полученных данных. Непосредственно в поле определялся рН водный почв, а также наличие или отсутствие вскипания от HCl с поверхности. С одного литологического типа пород опробование проводилось в сопряжённых элементах рельефа: вершина, середина склона, подножье склона и, с учетом типа фитоценозов. В процессе полевых работ выполнялась определение проективного покрытия пастбищной растительности (%), измерялась крутизна склонов (%), уточнялся тип почв, по составленной ранее карте масштаба 1:25000 [4]. Почвенный покров территории, с учетом пересечённого рельефа Горного Крыма и выхода на дневную поверхность материнских пород различного генезиса и состава - весьма разнообразен: на водоразделах преимущественно развиты – (1) дерново-карбонатные на элювии известняков, мергелей и доломитов, (2) дерновые на песчаниках, 3) бурозёмы на андезитобазальтовых лавах, (4) чернозёмовидные карбонатные – на нуммулитовых известняках, (5) terra rossa на карбонатных глинах и анкеритах; на крутых склонах, при доминировании каменисто-щебнистых образованиий, распространены – (6) литозёмы; в долинах постоянных и временных водотоков – (7) аллювиально-луговые почвы [5]. В лаборатории, в 2020 г. в 28 образцах почв было определено: содержание гумуса и содержание нескольких тяжёлых металлов: Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Zn. Результаты исследования В ранее проводившихся исследованиях (1997–2002 гг.) было показано, что наибольшее содержание подвижных форм тяжёлых металлов для всех почв полигона отмечается в гумусовых горизонтах, что связано с наличием биогеохимического барьера. В условиях ландшафтов Ca класса, промывного режима и слабощелочной среды ведущим процессом почвообразования является гумусонакопление. Данный процесс 120 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) определяет радиальную дифференциацию тяжёлых металлов, слабоподвижных в данных условиях и легко адсорбируемых на поверхности гумусово-глинистых частиц. Новые исследования 2019 г показали, что наибольшее содержание всех исследованных элементов наблюдалось в дерново-карбонатных почвах и, частично, аллювиально-щебнистых почвах, как по средним, так и по максимальным значениям. Наименьшие значения элементов, от биофильных (Cu=9,02 мг/кг) до токсичных (Pb=4,73 мг/кг), наблюдались в верхних горизонтах бурозёмов (табл. 1). Исключения, выявленные в пределах распространения бурозёмов и аллювиальнощебнистых почв, объяснимы локальным загрязнением в районе точек пробоотбора (стихийные свалки, агроценозы, стометровая зона в районе трассы «Научный – Скалистое», отвалы карьеров по добыче строительного камня). Антропогенные факторы подобного негативного воздействия выявлены вблизи селитебных территорий и в районах развития горнодобывающих предприятий. Таблица 1. Содержание гумуса, рН и концентрации тяжёлых металлов в дерново-карбонатных почвах и бурозёмах долины р. Бодрак (2019 г) Типы почв: Дерновокарбонатные Горные бурозёмы Аллювиальнодерновые Стат. Гумус, Cd Co Cu Ni Pb Zn рН харак-ки % мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг Среднее 6,43 7,87 0,15 4,37 16,59 14,86 6,50 44,10 12 Максимум 8,8 8,5 0,26 8,2 34 39 14 71 Среднее 4,77 6,92 0,17 3,07 9,02 8,73 4,73 31,00 10 Максимум 8,6 7,9 0,22 5,1 17 18 8,2 56 Среднее 3,50 7,83 0,06 6,47 35,40 25,30 11,03 60,33 6 Максимум 4,4 8,5 0,07 8,6 62 43 16 86 N При этом в дерново-карбонатных почвах отмечено большее варьирование значений для большинства элементов (медь, никель, цинк, кадмий). Это отчасти противоречит, установленным ранее [3] закономерности: почвы Горного Крыма на породах осадочного происхождения в целом обеднены содержанием микроэлементов, в том числе Ni, Cu, Zn, Pb и др. Однако, как было выявлено ранее, вклад почвообразующих пород в распределении вышеуказанных элементов в почвах Горного Крыма составляет от R=0,35 (Pb) до R=0,5 (Ni) [10]. Это объясняется тем, что существуют другие факторы, влияющие на концентрацию данных элементов, например изменение pH, содержание гумуса, гранулометрический состав и т.д. Более высокое содержание гумуса в верхних горизонтах дерново-карбонатных по сравнению с горными бурозёмами, не подвергается сомнению (табл. 1) и не противоречит ранее проводившимся исследованиям. Заключение Таким образом, биогеохимический барьер (почвенная органика), в сочетании с щелочным барьером (тяжёлые металлы малоподвижны в щелочной среде) будут приводить к концентрации исследуемых микроэлементов (как поступающих из горных пород, так и поллютантов), в верхних горизонтах именно дерново-карбонатных почв, в сравнении с прочими. Окончательно решить этот вопрос можно было бы в ходе дальнейших исследований, отбирая контрольные пробы в слаборазвитых почвах (литозёмах), на тех же породах, что и полноразвитые зональные. Следует, также отметить, что содержание вышеупомянутых элементов в почвах не превышает существующие нормативы, за исключением районов интенсивного антропогенного воздействия (свалки). 121 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Авторы выражают благодарность доценту кафедры гидрогеологии СПбГУ, к. г. м. н. Е. П. Каюковой за помощь в организации летних полевых работ, а также студентам РУДН – Трушину В. А. и Бобину А. А. принимавшим участие в отборе проб. Литература 1. Атлас: Автономная Республика Крым / Под ред. Н. В. Багрова, Л. Г. Руденко. – Симферополь, 2003. 2. Барабошкина Т. А., Березкин В. Ю. Эколого-геологическое картографирование территории бассейна р. Бодрак (Крымско-Кавказская горная зона): Моногр. – Saarbrucken: LAP, 2011. 3. Барабошкина Т. А., Березкин В. Ю. Эколого-геологические особенности сельскохозяйственных территорий Крымско-Кавказской горной зоны // Юг России: экология, развитие. – 2007. – № 4. – С. 92–95. 4. Барабошкина Т. А., Березкин В. Ю., Ермаков В. В. и др. Комплексные полевые эколого-геологические исследования бассейна реки Бодрак // Полевые студенческие практики в системе естественнонаучного образования вузов России и зарубежья: Материалы междунар. конф. – СПб., 2002. – С. 13–15. 5. Березкин В. Ю., Барабошкина Т. А. Картографирование почвенного покрова территории междуречья рек Качи и Бодрака / III Съезд Докучаевского общества почвоведов. – Суздаль, 2000. – Т. 1. – С. 15–16. 6. Барабошкина Т. А. , Ермаков В. В. , Ершов А. Ю. и др. Биогеохимические исследования экогеосистемы бассейна р. Бодрак // Материалы IV Российской биогеохимической Школы. – М.: ГЕОХИ РАН, 2003. – С. 168–169. 7. Берёзкин М. Ю. Исторические типы природопользования на примере Крыма. – М.: ИД «ЭНЕРГИЯ», 2020. 8. Глебов В. В., Ерофеева В. В., Яблочников С. Л. Экология города и безопасность жизнедеятельности человека учебник для бакалавров. – Саратов, 2021. 9. Геологическое строение Качинского поднятия Горного Крыма / Под ред. Мазаровича О. А., Милеева В. С. – М.: Изд-во МГУ, 1989. 10. Ермаков В. В., Петрунина Н. С., Карпова Е.А. и др., 2001. Экологобиогеохимические исследования условно-фоновой территории // Новые идеи в науках о Земле. – М.: МГГА., 2001. – Т. 1. – С. 5–6. HEAVY METALS IN THE UPPER SOIL HORIZONS OF CONDITIONALLY BACKGROUND TERRITORIES OF THE MOUNTAINOUS CRIMEA (ON THE EXAMPLE OF THE BODRAK RIVER VALLEY) V. V. Glebov, V. Yu. Berezkin Geochemical endemias are caused by both anthropogenic and natural geochemical fields, which are one of the most urgent problems of our time. Of particular interest are mountain areas with a wide variety of rocks of different composition. The problem is also aggravated by the change in the types and intensity of economic use of the territory at the turn of the century. The aim of the work was to study the content of zinc, copper, lead, nickel, cobalt and cadmium in the soil cover of the river valley Bodrak (Mountainous Crimea), as part of the study of natural and anthropogenic geochemical fields, started in this territory in 1997. In the course of the 2019–2020 studies, it was confirmed that the main contribution to the content of the studied heavy metals in soils is made by migration processes and natural geochemical fields, with the exception of mining areas. Keywords: soil layer, heavy metals, natural geochemical fields, Mountain Crimea. 122 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 504+574+504.064+504.064.36 ОЦЕНКА ПОДВИЖНОСТИ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ УНАЛЬСКОЙ КОТЛОВИНЫ В. В. Ермаков, У. А. Гуляева, А. П. Дегтярёв, В. Н. Данилова, С. Ф. Тютиков Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

Проведена оценка подвижности металлов в почвенно-растительном комплексе геохимически экстремальных территорий, непосредственно прилегающих к Унальскому хвостохранилищу (УХ) (Северная Осетия). Использован метод последовательного фракционирования почв. Проведено сравнение содержания металлов в растительных укосах с их подвижностью в почвах. Ключевые слова: подвижность металлов, почвы, растения, хвостохранилище. Введение Горные территории являются наиболее сложными таксонами биосферы с геоморфологической и биогеохимической (БГХ) точек зрения. Потоки миграции химических элементов и в целом вещества в горах связаны как с гравитационной составляющей, так и с атмосферной и водной миграцией. Если в равнинных условиях миграция химических элементов относительно стабильна, то в горных биогеоценозах она осложняется геометрией ландшафта, гидрогеологическими и биоценотическими особенностями, связанными с высотной зональностью [4]. Статус химических элементов, в частности металлов, в абиотических компонентах биосферы и биоте сегодня становится одним из важнейших факторов, оказывающих как прямое, так и опосредованное влияние на популяции живых организмов. Геохимические факторы играют важную роль в функционировании биогеоценозов и в конечном итоге определяют антропогенную микроэволюцию [2]. Состояние металлов (Ме) в компонентах ландшафта в районах разработки рудных месторождений зависит как от наличия и характера природной геохимической аномалии, так и интенсивности и формы техногенной нагрузки. Следует заметить, что миграция Ме в горных таксонах биосферы изучена недостаточно. В данной статье особое внимание уделено связи подвижности Ме в почвах с их содержанием в растениях. Методы Исследования по геохимической экологии растений, обитающих в районах с различной степенью антропогенного воздействия, выполнены в 2019-2020 гг. Работы проводились по традиционной БГХ схеме, включающей комплексное исследование и отбор проб почв и растений на стационарных точках [4]. Вместе с тем, учитывая особенности техногенного загрязнения тяжелыми металлами (Pb, Cd, Cu, Zn) территории Унальской котловины (Республика Северная Осетия – Алания) и перенос тяжелых металлов в процессе дефляции пульпы, особое внимание было уделено экологической оценке горно-луговых экосистем. 123 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Рис. 1. Cхема пробоотбора в окрестностях Унальского хвосто-хранилища.  -– точки отбора почв, грунтов и растений Результаты исследований В табл. 1 представлены результаты определения общего содержания металлов и мышьяка в почвах. Анализ почв показал высокое содержание металлов в техноземах и пульпе вокруг УХ, что неоднократно обнаруживалось нами прежде [3]. Таблица 1. Содержание металлов и мышьяка в почвах Унальской котловины, отобранных для последовательного фракционирования № Место Тип почвы Содержание металлов, ∑Ме, As, точотбора мг/кг мг/кг мг/кг ки Cu Pb Zn Cd Пульпа и сильно загрязненные почвы (УХ) 5 ЮгоТехнозем пуль западная па),0-10 см 275 3780 4527 25,5 8609 66,3 часть УХ 6 Северо-вост. Технозем, 4427 35436 27297 48,7 7410 1,0 часть УХ, 0-10 см 6 Там же То же, > 15 см 306 3228 2997 21,3 6553 52,7 Почвы с различной степенью загрязнения 7 Правый берег Дерновор. Ардон, карбонатная, 68 745 747 5,0 565 8,8 напротив УХ Аd А 0-15 8 100 м выше То же, 54 456 441 3,3 954 5,1 точки 7 Аd А 0-10 124 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) № Место точотбора ки 9 База МГУ, горный луг 3 В 1,5 км западнее,Н=931 4 4 П. Унал, правый берег р. Уналдон Там же Тип почвы То же, Аd А 0-8 Горно-луговая, АВ 6-12 Аллювиальная, А 0-7 Тоже, В 8-12 Содержание металлов, мг/кг Cu Pb Zn Cd ∑Ме, мг/кг As, мг/кг 30 195 201 1,3 427 10,1 25 305 261 1,7 593 7,1 25 271 92 1,4 389 9,7 26 445 96 0,8 568 6,3 На 7 точках (рис. 1) отобрано 9 проб почв (из двух горизонтов на точках 6, 4), 7 укосов растений, 7 проб листьев березы, проведено описание видов луговых растений. Для оценки степени подвижности Ме в почвах применяли широко используемую методику последовательного фракционирования, в которой 1-я фракция (1 М МgCl2) соответствует обменным формам, 2-я фракция (0,1 М ацетат натрия, pH=5,0) - извлекаемым карбонатам, 3-я фракция – связанным с оксидами Fe и Mn, и 4-я фракция – Ме, связанные с органическим веществом [5]. Однако по сравнению с предыдущими данными концентрации металлов в точках 5 и 6 заметно возросли. При этом следует отметить, что практически на почвах всех участков металлы и мышьяк преобладают в верхних горизонтах. По-видимому, это явление связано с дефляцией пульпы хвостохранилища, эоловым рассеянием тонкодисперсной пыли и природными катастрофами (сели, оползни). По уровню содержания свинца, цинка и меди в пульпе рассматриваемое хвостохранилище можно отнести к техногенному месторождению. Так, согласно ИТС 13-26 (2016), промышленное содержание Pb, Cd и Zn в руде начинается с концентраций 1,12 %, 2 кг/т и 1,24 %. В нашем случае в трансформированной пульпе присутствует Pb, Cd и Zn 3,54 %, 248 г/т и 2,73 %, соответственно. Представляет опасность и высокое содержание мышьяка в пульпе, почвах и грунтах вокруг этого техногенного образования, что в 10-15 раз выше фоновых мировых данных для почв [1]. 1 М раствор MgCl2 экстрагирует малое количество Cu, Zn и Pb, то есть обмен катионами происходит слабо. Однако обменная фракция № 1 содержит Cd до 17 % (от валового) в сильно загрязненных объектах (5, 6-1 и 6-2) и 32,8–64,5 % в почвах Унальской котловины (3, 4-1, 4-2, 8, 9). По-видимому, это связано с длительной обработкой поверхности УХ раствором соды с целью создания «щелочного» барьера» и снижения дефляции тонкозернистой пульпы. В карбонатную фракцию № 2 переходит заметное количество всех Me. Это особенно характерно для объектов с высоким содержанием пульпы. Для слабо загрязненных почв во фракцию 2 экстрагируется незначительное количество металлов: 0,29-0,63 % (Cu), 0,03-4,19 % (Zn), 1,22-5,4 % (Pb). Тем не менее, из дерновокарбонатной почвы в районе геологической базы МГУ им. М.В. Ломоносова во фракции 2 извлекается 59 % Cd от общего содержания. Возможно, это связано с пылевым рассеянием пульпы. В 3-ю и 4-ю фракции экстрагируется заметное количество всех Me и As как в абсолютном, так и в относительном выражении. Полученные данные указывают, что Me в почвах Унальской котловины сравнительно прочно связаны как с органическим веществом, так и с оксидами (гидроксидами) Fe и Mn (фракция № 3). В этом случае, по125 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) видимому, существенную роль играют сульфиды, присутствующие, как в руде, так и в пульпе, поступающей в УХ с Мизурского ГОКа. В целом, подвижность Cu в техногенных и слабо загрязненных почвах оказывается сравнительно низкой, кроме Cd. Условия УХ способствуют его интенсивной миграции в результате обработки поверхности хвостохранилища раствором соды для снижения пылевой дефляции пульпы. Это приводит к формированию щелочной среды, образованию карбонатов Me и, как следствие, образованию растворимых соединений Cd и его миграции в составе сточных вод, сбрасываемых в р. Ардон. Таким образом, формируется один из техногенных источников поступления металлов (преимущественно Cd) в почвы нижележащих (по течению р. Ардон к устью) ландшафтов. Таким образом, основная доля тяжелых металлов в почвах техногенной зоны находится в относительно прочно связанном состоянии, кроме кадмия. В почвах, находящихся под воздействием УХ отмечается наибольшее количество подвижных соединений Cd, что обеспечивает миграцию этого элемента в сопредельные среды, особенно в пойменные почвы. Установлена существенная корреляционная связь (r = +892) между содержанием Zn цинка в листьях березы и в почвах (n=8, критическое значение для 1% доверительного уровня r = +0,76). Связи в парах укос – почва для Zn, и в парах Pb – Cu (как в березе, так и в укосах) – почва – довольно слабые, в диапазоне r = +0,65 до +0,78. Концентрации Cu и Pb в почвах и укосах связаны положительной корреляций с r=0,98-0,99. Связь между содержанием этих микроэлементов в почвах и листьях березы менее выражена (r=0, 69 и 0,73). По Zn корреляция еще меньше (r= 0,46-0,47). Специфичность аккумулирования Zn листьями березы нарушает эту взаимосвязь Флористическое обследование экспериментальных участков показало заметное снижение числа обитаемых видов растений на техногенных площадках (точки 5 и 6). Общее количество видов здесь не превышало 30, в то время как на точках 3, 4 и 9 оно достигало 47-56 видов на 100 м2. Снижалась также общая биомасса укоса с 1 м2. Заключение Основная доля тяжелых металлов в почвах техногенной зоны находится в относительно прочно связанном состоянии, кроме кадмия. В почвах, находящихся под воздействием УХ отмечается наибольшее количество подвижных соединений Cd, что обеспечивает миграцию этого элемента в сопредельные среды, особенно в пойменные почвы. Длительные процессы добычи и переработки полиметаллических руд в центральной части бассейна р. Ардон, складирование отходов и их дефляция, поступление металлов с природными водами рек, контактирующих с отвалами и рудными телами, привели к устойчивому формированию полиметаллических БГХ аномалий. Под влиянием природных и техногенных факторов происходит локальное увеличение содержания Pb, Cd, Cu, Zn и As в почвах и организмах в сравнении с условно фоновыми территориями. Литература 1. Безуглова О. С., Околепова А. А. О нормировании содержания мышьяка в почвах // Живые и биокосные системы. – 2012. – № 1. – URL http://www.jbks.ru/arc hive/issue-1/article-7). 2. Большаков В. Н., Моисеенко Т. И. Антропогенная эволюция животных: факты и их интерпретация // Экология. – 2009. – № 5. – С. 323–332. 3. Ермаков В. В., Тютиков С. Ф., Данилова В. Н. Экологический мониторинг Унальской котловины (Республика Северная Осетия – Алания) методами биогеохимической индикации // Геохимия. – 2020. – № 3. – С. 289–299. 126 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 4. Ермаков В. В., Тютиков С. Ф., Дегтярёв А. П., Сафонов В. А., Данилова В. Н., Хушвахтова С. Д., Гуляева У. А., Кречетова Е. В. Биогеохимическая дифференциация живого вещества и биоразнообразия в условиях Ардонского субрегиона биосферы // Геохимия. – 2018. – № 4. – С. 336-350. 5. Tessier A., Campbell P. G. C., and Bisson M. Sequental Extraction Procedure for the Speciation of Particulate Trace Metals // Anal. Chem. – 1979. – Vol. 51. – № 7. – P. 844–851. ASSESSMENT OF MOBILITY OF METALS IN THE SOIL AND VEGETABLE COMPLEX OF NATURAL-MAN-MADE ANOMALIES V. V. Ermakov, U. A. Gulyaeva, A. P. Degtyarev, V. N. Danilova, S. F. Tyutikov The mobility of metals in the soil and vegetation complex of geochemically extreme territories directly adjacent to the Unal tailing dump (North Ossetia) was assessed. The method of sequential soil fractionation was used. A comparison of the metal content in the cut of plants with their mobility in soils was made. Keywords: mobility of metals, soils, plants, tailing dump. УДК 631.416:550.424 ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВ ЛЕСОСТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В НИХ Co, Ni, Cu, Zn, Pb А. Д. Иовчева1, И. Н. Семенков2, Д. Л. Пинский3, Т. М. Минкина4 физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

2Географический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

3Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

4Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

1Институт Дана оценка влияния свойств лесостепных почв Новосибирской области на радиальную дифференциацию Co, Ni, Cu, Zn, Pb. Проанализировано распределение их форм, экстрагируемых 1 н. HNO3 и NH4Ac, определены физико-химические характеристики почв (pH, ЕС, показатели засоления, содержание органического вещества и др.). Корреляционный анализ показал, что распространение обменных форм металлов в почвах связано, прежде всего, с засолением и солонцеватостью почв. Установлены корреляции с органическим веществом, Fe и Mn для специфически сорбированных форм. Ключевые слова: тяжелые металлы, почвы, гранулометрический состав, органическое вещество, солонцеватость, засоление. Введение Анализ поведения тяжелых металлов (ТМ) в почвах, не перестает быть актуальным в условиях роста техногенной нагрузки на ландшафты. Они составляют значительную долю техногенных выбросов. Некоторые из них (Fe, Mo, Zn и др.) активно поглощаются растениями, так как необходимы для их развития. Однако в повышенных концентрациях ТМ токсичны для живых организмов [2]. Содержание и поведение ТМ 127 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) в почвах зависит не только от химических свойств самих элементов, но также от условий среды, и, прежде всего, от состава и свойств почв: гранулометрическим и минералогическим, значением рН, содержание органического вещества и прочими [1]. Для почвенного покрова лесостепной зоны Барабинской равнины, расположенной в пределах Новосибирской области, характерна высокая неоднородность и комплексность: широко распространены засоленные, солонцеватые и олуговелые (гидроморфные) почвы [2]. Происходит резкая смена типов, а, следовательно, и свойств почв на небольшой площади, что делает территорию интересным объектом исследования. Цель данной работы – оценить влияние основных свойств почв лесостепных ландшафтов Новосибирской области на внутрипрофильную дифференциацию в них подвижных форм Co, Ni, Cu, Zn, Pb. Методы Объектами исследования являются почвы ключевых участков Чаны и Барабушка, расположенных в Новосибирской области в пределах южной части лесостепной зоны Барабинской равнины. На данной территории преобладает лугово-разнотравная степная растительность. На каждом участке закладывались катены от позиции на междуречье до поймы озера. В разрезах центральной катены образцы отбирались из середины генетических горизонтов. Параллельно основным разрезам для отбора дополнительных образцов гумусовых горизонтов и почвообразующих пород были осуществлены поверхностное опробование и бурение. Присутствие в почве карбонатов определяли по вскипанию образцов при их обработке 10 % HCl. На обоих участках в автономной позиции междуречья были вскрыты солонцы тёмные и чернозёмы разной степени олуговелости (квазиглеевые и квазиглееватые). В транзитной позиции пологих склонов были вскрыты: черноземы квазиглееватые с признаками солонцеватости (верхняя часть склона участка Барабушка), гумусовоквазиглеевые солончаковатые почвы (оба участка). В нижней части склонов и в пойменных условиях сформировались солончаки вторичные, гумусово- и перегнойноквазиглеевые солончаковатые почвы. Подвижные формы ТМ определяли согласно [4]: обменные - в NH4Ac вытяжке (pH=4,8), специфически сорбированные - по разнице между содержанием в вытяжках 1 н HNO3 и NH4Ac. Анализ вытяжек был проведен в ИПТМ РАН методом ICP-AES на приборе «iCAP-6500» фирмы «Thermo Scientific» (США). Также были определены общие характеристики почв: рН в суспензии — потенциометрически, содержание общего углерода — по Тюрину, гранулометрический состав — методом лазерной дифрактометрии на приборе «Analysette-22 MicroTec plus» (Fritsch, Германия). Для определения щелочности, типа и степени засоления почв была приготовлена водная вытяжка. Ее катионно-анионный состав определялся методом ионной хроматографии с кондуктометрическим детектированием (хроматограф «Стайер-М»; Россия) в Эколого-геохимическом центре географического факультета МГУ. Электропроводность (EC) определялась методом кондуктометрии, общая и карбонатная щелочность — титриметрически. Расчет степени (Sтокс) и типа засоления почв проводили по [5]. Для выявления связей между содержанием подвижных форм ТМ и основными свойствами почв был проведен непараметрический корреляционный анализ (корреляция Спирмена) с уровнем значимости p < 0,05 в программе «Statistica 10». Распределение форм было оценено с помощью коэффициента радиальной дифференциации (R), который представляет собой отношение содержания элемента в горизонте почвы к его содержанию в почвообразующей породе или в переходном к ней горизонте. Учитывая тот факт, что погрешность определения содержания металлов могла достигать 20 %, накопление считалось значимым при R ≥ 1,5, вынос – при R < 0,5. 128 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Результаты исследований Солонцы темные квазиглеевые подвержены сульфатно-содовому засолению, максимумы приурочены горизонту ASN. Гумусово-квазиглеевые почвы и солончаки засолены преимущественно сульфатами и хлоридами натрия, с участием нитратов (оба участка) и соды (Чаны). Чернозёмы квазиглеевые (Барабушка) – не засолены. Содержание обменных форм ТМ в общем не превышает нормативы [3, 7]. Содержание обменного Co ниже предела обнаружения в >50 % проб. Следовательно, его распределение не достоверно и рассматриваться не будет. Распределение обменных форм Ni, Cu, Pb в черноземах квазиглееватых близко к равномерному (участок Барабушка), в гумусово-квазиглеевых солончаковатых почвах и солончаках – регрессивное (содержание увеличивается с глубиной), однако на участке Чаны максимумы содержания обменных форм ТМ зачастую приурочены к верхней части переходного к породе горизонта Q. В солонцах темных квазиглеевых обменные формы Ni, Pb (участок Барабушка) и Ni, Cu (Чаны) накапливаются в горизонтах BSN, BCA. Распределение обменного Zn равномерное или поверхностно-аккумулятивное в почвах обоих участков; корреляции распределения с типом почв не наблюдается. Подобный характер радиальной дифференциации демонстрируют специфически сорбированные формы Co, Ni, Cu, Zn, Pb (в отличие от обменных). Их распределение поверхностно-аккумулятивное, реже равномерное (в чернозёмах квазиглеевых) в почвах обоих участков. Корреляционный анализ общих выборок почв участков Барабушка и Чаны показал наличие прямых связей между содержанием обменных Ni, Cu, Pb со щелочностью и рН, а также между содержанием обменных Ni, Cu, Pb с количеством физической глины и ила. В выборках почв (для обоих участков), засоленных нейтральными солями, были обнаружены обратные связи между содержанием обменных Ni, Cu, Pb и показателями засоления (EC, количество хлоридов, сульфатов и нитратов натрия). Для обменного Zn в почвах участка Чаны обнаружена прямая связь с содержанием органического вещества. Для специфически сорбированных форм ТМ как участка Чаны, так и Барабушка корреляционный анализ показал наличие прямых связей между их содержанием и накоплением органического вещества (для общих выборок). Также достоверные прямые связи обнаружены между специфически сорбированными формами ТМ, Fe, Mn. Для участка Барабушка установлена связь между всеми ТМ и специфически сорбированным Mn, а также между Zn, Pb и специфически сорбированным Fe. Для участка Чаны корреляционный анализ показал связь Mn с Co, Ni, Pb, а Fe – Ni, Cu, Zn, Pb. Стоит также отметить, что специфически сорбированные Ni, Co, Cu, Zn, Pb коррелируют друг с другом. Обсуждение На основе анализа распределения металлов и полученных корреляционных зависимостей предполагается, что накопление обменных Ni, Pb, Cu в средней части профиля солонцов может быть связано с выпадением их солей в щелочной среде, их соосаждением с карбонатами кальция и натрия, сорбцией илистыми частицами. Обеднение обменными формами Ni, Cu, Pb поверхностных сильно засоленных горизонтов гумусово-квазиглеевых солончаковатых почв и солончаков предположительно связано с их вытеснением ионами солей почвенного раствора (чья активность высока в засоленных горизонтах) и последующим удалением за пределы почвенного профиля за счет радиальных и латеральных потоков влаги. Распределение обменного Zn, по-видимому, объясняется его накоплением на биогеохимическом барьере в гумусовых и органических горизонтах почв. Характер распределения специфически сорбированных форм объясняется как особенностями расчета (NH4Ac вытяжка, по-видимому, экстрагирует значительную долю связанных с карбонатами форм, и после ее вычитания на долю специфически сор129 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) бированных форм практически не остается соединений ТМ с карбонатами), так и влиянием таких почвенных компонентов как органическое вещество и гидроксиды железа и марганца. Большинство почв участков квазиглеевые или квазиглееватые, то есть подвержены гидроморфизму, который обусловлен близким залеганием грунтовых вод. Предполагается, что за счет переменного увлажнения в верхних горизонтах почв возможно выпадение гидроксидов (или карбонатов) железа и марганца на кислородном барьере [6]. Корреляционный анализ показал прямые связи содержания Ni, Co, Cu, Zn, Pb с органическим веществом и специфически сорбированными Fe и Mn. Следовательно, можно предположить, что в поверхностных горизонтах AU, HAU и T(H) металлы сорбируются гумусовыми веществами (торфом) и солями Fe и Mn (могут представлять собой гидроксиды, карбонаты и металлорганические соединения). Заключение Проведенное исследование показало влияние основных свойств почв на радиальное распределение обменных и специфически сорбированных форм Ni, Co, Cu, Zn, Pb в почвах лесостепных ландшафтов Новосибирской области. Характер распределения обменных форм, по-видимому, в большей степени обусловлен засолением (содовым и нейтральными солями) и осолонцеванием почв. Преимущественно поверхностноаккумулятивное распределение специфически сорбированных форм ТМ, по-видимому, связано с их сорбцией органическим веществом почв и металлорганическими или простыми (карбонаты, гидроксиды) соединениями Fe, Mn. Исследование выполнено в рамках проекта РФФИ № 19-29-05265. Литература 1. Путилина В. С., Галицкая И. В., Юганова Т. И. Адсорбция тяжелых металлов почвами и горными породами. Характеристики сорбента, условия, параметры и механизмы адсорбции (Heavy metals adsorption by soils and rocks). Аналит. обзор. – Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2009. – (Сер. Экология. Вып. 90). 2. Ильин В. Б. Сысо А. И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 3. Иовчева А. Д., Енчилик П. Р., Семенков И. Н. Элементный состав почв Барабинской степи и Ишимской равнины // Материалы Междунар. науч. конф. XXII Докучаевские молодежные чтения «Почва как система функциональных связей в природе» / Под ред. Б. Ф. Апарина. – СПб., 2019. – С. 22–23. 4. Минкина Т. М., Мотузова Г. В., Назаренко О. Г. и др. Комбинированный прием фракционирования соединений металлов в почвах // Почвоведение. – 2008. – № 11. – С. 40–49. 5. Научные основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий России и формирования систем воспроизводства их плодородия в адаптивно-ландшафтном земледелии: Т. 1. Теоретические и методические основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий: Коллективная моногр. – М.: Почв. ин-т им. В. В. Докучаева Россельхозакадемии, 2013. 6. Перельман А. И., Касимов Н. С. Геохимия ландшафта: Учеб. пособие. – Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Астрея-2000, 1999. 7. Нормативы – сайт лаборатории Аналитической экотоксикологии ИПЭЭ РАН. – URL: http://www.dioxin.ru/doc/gn2.1.7.2041-06.htm 130 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) INFLUENCE OF SOILS PROPERTIES ON THE DISTRIBUTION OF CO, NI, CU, ZN, PB IN THEM IN THE FOREST–STEPPE LANDSCAPES OF THE NOVOSIBIRSK REGION А. D. Iovcheva, I. N. Semenkov, D. L. Pinskii, T. M. Minkina An assessment of the properties influences of forest-steppe soils in the Novosibirsk region on the radial differentiation of Co, Ni, Cu, Zn, Pb is given. The distribution of their forms, extracted with 1 N HNO3 and NH4Ac, have been analyzed, and the physicochemical characteristics of soils (pH, EC, salinity parameters, organic matter content, etc.) have been determined. Correlation analysis revealed that the distribution of exchangeable forms of metals in soils is associated, first of all, with salinization and alkalinization of soils. Correlations with organic matter, Fe and Mn were found for specifically sorbed forms. Keywords: heavy metals, soils, granulometric composition, organic matter, salinization, alkalinization. УДК 631.416:417.2:423.3 ПЕДОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Fe, K, Na И Bа М. Т. Исагалиев, Х. А. Абдухакимова, Г. Ю. Юлдашев Ферганский государственный университет (г. Фергана, Узбекистан) e-mail:

Аккумуляция и распределение Fe, K, Na, Bа в изученных сероземных почвах обусловлены биогеохимическими особенностями подтипов сероземов региона. Целью работы было исследование аккумуляции и миграции макроэлементов Fe, K, Na, Bа в почвах и почвообразующих породах орошаемых сероземов, где в пахотных горизонтах темных сероземов наблюдается небольшая аккумуляция железа, которое превалирует над остальными элементами как в типичных, так и в светлых сероземах. Ключевые слова: горизонты, кларк концентрация, поглощение, корреляция. Введение Железо входит в кристаллические решетки многих первичных и глинистых минералов. Оно образует самостоятельные минералы групп оксидов, гидроксидов, сульфатов, фосфатов, карбонатов. Благодаря широкой распространенности, менять валентность, комплексообразоваться с органическим веществом железо играет особую роль в формировании почвенного профиля. Проведены глубокие исследования роли железо в генезисе и географии почв. Эти исследования выполнялись с применением как химических, так и физических методов [2]. Традиционно агрохимические исследование ограничиваются анализом участия железо в питании растений. Что касается, лито и педогеохимия Fe, K, Na и Ba, типы концентрации их на геохимических барьерах зоны гипергенеза в почвах орошаемой зоны недостаточно изучены. Методы Анализ Fe, K, Na и Bа проведен нейтронно-активационным методом в институте Ядерной Физики АН Узбекистана. 131 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Результаты исследований Дифференциация химических элементов в почвах разного типа идёт по-разному. На перераспределение элементов (Fe, K, Na, Bа) значительное влияние оказывает гумус и карбонатно-иллювиальные, глеевые горизонты почв. Характерная особенность почв сероземного пояса их низкая гумусированность, следовательно, их образование ведет к дифференциации металлов в гумусо-аккумулятивном, карбонатно-иллювиальном и в других горизонтах. Новообразования типа пятна, примазки, конкреции и др. характерные для исследованных нами почв, этому способствуют переменность водного – ирригационного режима, чередование сухих и влажных периодов года, особенно при недостаточном дренаже, наличие почвенно-геохимических барьеров, смена механического состава, засоления и др. свойства почв и почвообразующих пород, грунтовых, поверхностных вод. Железо важный биоэлемент, однако, в связи с высокими кларковыми содержаниями в почвах и земной коре не накапливается в растениях, следовательно, в почвах не аккумулируется биогенным путем. В почвах сероземного ряда, где слабощелочная среда железо мигрирует слабо. Эти почвы формируются в аридных условиях, причем их аридность растет вниз, начиная с орошаемых темных сероземов. Так анализ распределения железа и других металлов (табл. 1.) показывает, что в верхних горизонтах его содержатся во всех (кроме светлых сероземов) почвах больше, чем в подпахотных, но ниже чем в карбонатных горизонтах. В целом наблюдается почти равномерное его распределение в почвенных горизонтах и профиле почв. Такое положение очевидно связано с регулярным увлажнением (поливами) почвенной толщи. Таблица 1. Изменение содержание макроэлементов в почвах сероземного пояса, % Название почв Глубина, см Fe K Na 0-22 3,51 2,31 1,26 22-38 2,61 2,29 1,31 Темные сероземы 38-68 3,69 2,29 2,29 68-101 2,31 2,10 0,86 0-25 2,64 2,10 1,11 25-38 2,31 2,20 1,17 Типичные сероземы 38-72 3,01 2,37 1,34 72-120 2,41 1,85 0,81 0-28 2,01 2,01 0,95 28-39 2,27 1,87 0,97 Светлые сероземы 39-86 3,03 1,95 1,21 86-110 2,43 1,80 0,91 Ba 0,201 0,203 0,324 0,401 0,227 0,231 0,301 0,431 0,229 0,241 0,417 0,420 Обсуждение Одной из характерных особенностей педогеохимии железа является его неравномерное распределение в некоторых почвенных горизонтах почв пустынь и сероземного пояса. Это проявляется в форме, которых можно наблюдать в природе такие как выцветы, примазки, конкреции, желтые, желто-бурые окраски и др. В пахотных горизонтах орошаемых сероземов железо варьирует в интервале 2,01–3,51 %, причем наибольше его содержание приходится темным сероземам, в этом плане типичные сероземы занимают промежуточное положение. Более высокое содержание его в пахотном слое темных сероземов связано с более высоким содержанием в них гумуса, где Fe может образовать железо-гумусовые или железо-гуматные органно-минеральные соединения. 132 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Что касается литопедогеохимии калия и натрия они в первую очередь связаны с их распределением в почвах и их ними свойствами. Они энергично почти одинаково мигрируют в блоках ландшафта, в частности, в почвах. На миграционную способность натрия большое влияние оказывает процессы растворения, нежели чем биологический круговорот. Натрий менее биофильнее, чем калий. Многие минеральные соли калия легко растворимы, однако вследствие большей биофильностью он мигрирует слабее натрия. Калий вследствие большего ионного размера быстро захватываются глинами и тем самым обеспечивают низкую миграционную способность в почвах и породах. Следует напомнить, что сравнительно слабая миграция калия обусловлена не слабой растворимостью его солей, а его активным участием в биологическом круговороте и сорбцией глинами. Поэтому хотя по химическим свойствам калий почти аналог натрия в биосфере его геохимия ближе к магнию и барию. Согласно Н. И. Горбунову [1] валовые их содержание являются общим резервом, который включает непосредственный, ближний, потенциальные резервы. Валовое содержание калия и натрия зависит от механического состава и минералогического состава почв и почвообразующих пород, а также положение элементарного ландшафта в ландшафтно-геохимическом профиле. Натрий входит в состав альбита и других плагиоклазов. Сродство калия к слюдам удерживает его в составе почв и рыхлых пород более прочно, чем натрий, этим очевидно на ряду с другими причинами и объясняется довольно высокое его (К+) содержание в сероземах. Где его содержание в целом по геохимическому профилю колеблется в пахотных горизонтах в интервале 1,80–2,37 %, тогда как натрия составляет 0,81– 2,29 %. Содержание калия в сероземах очевидно связано с минералогическим составом этих почв, где слюды больше в автоморфных почвах. Более высокое содержание калия характерно верхним горизонтам почв, что связано с биологическими поглощениями растений и более высокими содержаниями гумуса. В целом распределение калия в почвах автоморфного ряда в меньших количествах. Легкорастворимые соли натрия и калия в значительных количествах могут аккумулироваться в почвах аридной зоны преимущественно в бессточных впадинах и в супераквальных ландшафтах. Но даже и в таких ситуациях в результате геохимических особенностей почвы аккумулятивных ландшафтов накапливаются натрий, а не калий. Обменный калий считается доступным растениям, и он быстро поглощаются растениями в результате которого ограничивается его физико-химическая миграционная способность. Наряду с железом, калием и натрием в почвах определенную конституционную роль играют барий. Содержание бария в сероземах относительно низкое и в почвенных горизонтах его содержатся 0,20–0,42 %, почвообразующих породах 0,40–0,43 %. Высокие показатели его совпадают с гипсо-карбонатными горизонтами. Содержание и распределение кларк концентрации (КК) и рассеяние железо в изученных почвах равномерное. Кларки концентрации калия почти повторяет железо и более высокими показателями, а кларки концентрации натрия во всех изученных почвах ниже, чем у кларков концентрации железо и калия. Что касается кларков концентрации бария здесь наблюдается интересная картина, т. е. его КК в сероземах варьирует в пределах 3,1–6,6. Такие своеобразные почвы и ландшафты образуется не везде. Бариевые ландшафты (КК равно и более 10) описаны по данным Перельмана в Миссури, Вирджини, Тенесси и других штатах США [3]. Это положение нас обязывает о выделении особой группы бариевой педогеохимической провинции с повышенным содержанием бария. Также следует отметить, что по данным КК Ba в пахотных и подпахотных горизонтах почвы сероземного ряда можно отнести к слабой степени педогеохимической провинции. 133 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Распределение и дифференциация кларков рассеяние Fe, K, Na, Ba повторяет обратную закономерность кларков их концентрации. Радиальные миграции элементов характерны для систем растительного покрова – почва – почвообразующие породы – грунтовые воды, а латеральные миграции характерны и формируется в сопряженных элементарных ландшафтах при миграции элементов в субгоризонтальном направлении в системах автономных ландшафт, подчиненный ландшафт в каскадных системах. Миграция элементов в этих системах характеризуется специальными коэффициентами. Таблица 2. Кларки концентрация Fe, K, Na, Ba в орошаемых почвах сероземного пояса Название почв Глубина, см Fe K Na 0-22 0,75 0,92 0,50 22-38 0,56 0,92 0,52 Темные сероземы 38-68 0,79 0,92 0,92 68-101 0,50 0,84 0,34 0-25 0,57 0,84 0,44 25-38 0,50 0,88 0,47 Типичные сероземы 38-72 0,65 0,95 0,54 72-120 0,52 0,74 0,32 0-28 0,43 0,80 0,38 28-39 0,49 0,75 0,39 Светлые сероземы 39-86 0,65 0,78 0,48 86-110 0,52 0,72 0,36 Ba 3,09 3,12 4,98 6,17 3,49 3,55 4,63 6,63 3,52 3,71 6,42 6,46 Коэффициент радиальной миграции Fe, K, Na, Ba, которые отражают дифференциацию элементов в почвенном профиле, показывая их аккумуляция или вынос в генетических горизонтах относительно почвообразующей горной породы. По степени связи генетических горизонтов почв и почвообразующих пород изученные почвы близки между собой. Элювиально-аккумулятивные коэффициенты или коэффициенты радиальной миграции варьировали в почвах в пределах по Fe 0,74–1,52; по калию 1,0–1,3; по натрию 0,50–2,7; по Ba 0,5–1,4. При этом наибольшая связь генетических горизонтов почвы и почвообразующих пород по железу и натрия характерно для темных сероземов. По связи генетических горизонтов с почвообразующими породами изученные элементы располагаются в убывающем ряду Fe>Na>K>Ba, эта закономерность характерна как для сероземов. Характер связи генетических горизонтов почв и почвообразующих пород по Fe начиная от темных сероземов к светлым ослабевает, а по другим элементам за редким исключением практически остается на одном уровне. В разных почвенно-геохимических условиях региона исследований в результате латеральной миграции происходит перераспределение Fe, K, Na, Ba в почвах автономных и подчиненных элементарных ландшафтов. Во всех случаях коэффициент латеральной миграции в пахотных и подпахотных, а также карбонатно-иллювиальных и карбонатно-гипсированных горизонтах больше, чем в почвообразующих породах. Если сопоставить коэффициент латеральной миграции изученных элементов в материнских породах, то они очень близки между собой независимо от различных элементарных ландшафтов. Заключение Что касается корреляционная связь между Fe и K, Fe и Na в пахотных и подпахотных горизонтах положительная, в связь между Fe и Ba в этих горизонтах отсутствует. Железо, 134 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) калий, натрий в изученных почвах имеют довольно высокие кларки и их содержание колеблется в пределах 2-2,5%. Несмотря на различие в размерах атомов натрий и калий энергично мигрирует почвенных блоках геохимических ландшафтов. В почвах сероземного пояса имеет место бариевая педогеохимическая провинция обогащения. Литература 1. Горбунов Н. И. Минералогический состав и свойства взвесей рек Амударьи и Куры // Тр. Почвенного института им. Докучаева. – М., 1958. – Т. 53. – С. 51–63. 2. Зон С. В. Железо в почвах. – М., 1982. 3. Перельман А. И. Геохимия. – М.: Высш. школа, 1989. PEDOGEOCHEMICAL CHARACTERISTICS of Fe, K, Na, Ba M. T. Isagaliev, Kh. A. Abdukhakimova, G. Yu. Yuldashev Accumulation and distribution of Fe, K, Na and Ba in the studied serozems are due to the biogeochemical characteristics of the subtypes serozems of the region's. The aim of this work was to study the accumulation and migration of macroelements: Fe, K, Na, Ba in soils and parent rocks of irrigated serozems, where a small accumulation of iron is observed in the arable horizons of dark serozems, which prevails over other elements in both typical and light serozems. Keywords: horizons, Clark`s values, adsorption, correlation. УДК 631.481 ЭВОЛЮЦИЯ ЛАНДШАФТОВ ПРЕДГОРИЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА В СВЯЗИ С ДИНАМИКОЙ КЛИМАТА В ПОЗДНЕМ ГОЛОЦЕНЕ П. И. Калинин1, В. А. Трифонов2, Н. И. Шишлина3 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

2 Институт истории материальной культуры РАН (г. Санкт-Петербург, Россия) e-mail:

3 Государственный исторический музей (г. Москва, Россия) e-mail:

1 Объектом исследования были голоценовые палеопочвы, погребенные под насыпями курганов, расположенные на территории Западного Кавказа (Респ. Адыгея, ст. Новосвободная). Наличие полнопрофильных черноземов, погребенных под курганными насыпями майкопской культуры, датированных возрастом 3300–2900 гг. до н. э., указывает на черноземную стадию развития современных серых лесных почв. Полученные данные показывают, что в это время на исследуемой территории существовали более аридные условия, чем в современный период. Средняя годовая температура составляла 9–9,5 оС. Среднее годовое количество осадков было ниже современного и составляло порядка 650 мм/год. Доминирующим типом ландшафта были лесостепи, представлявшие собой сочетание лугово-степной растительности и смешанных лесов, характерные для лесостепной зоны. В почвенном покрове преобладали черноземы разной степени выщелоченности. Ключевые слова: голоцен, второй гумусовый горизонт, климат, майкопская культура. 135 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Введение Естественно-научное изучение почв Кавказа имеет вековую историю и связано с именами многих известных исследователей [1, 5, 6]. По Яковлеву эволюция почв Северо-Западного Кавказа определялась увеличением влажности климата и наступлением леса на степь и проходила в три стадии: черноземную, слитизации черноземов и их деградации [5]. Несмотря на сравнительно большое число проведенных исследований, достаточно ясных представлений о развитии почвенного покрова и динамики климата региона еще не имеется. Для большинства исследованных объектов нет надежных датировок, подтвержденных инструментальными методами, из-за чего достаточно сложно провести палеоклиматические корреляции между предгорными и горными районами Кавказа, а также сопредельной степью. Это вкупе с недостатком разновозрастных репрезентативных объектов исследований в зоне миграции границы леса и степи, попрежнему оставляет дискуссионным вопрос о временных рамках, скорости и ареале распространения лесов в различные климатические эпохи голоцена. Отсутствует четкое представление о влиянии глобальных климатических изменений на почвенный покров и ландшафтную структуру предгорий Кавказа, формирование вертикальной природной зональности. Данная работа посвящена исследованию эволюции почвенного покрова и климата предгорий Западного Кавказа в голоцене на примере изучения курганов майкопской культуры, расположенных в республике Адыгея (станица Новосвободная). Методы Объектом исследования были голоценовые палеопочвы (К-10, К-11), погребенные под насыпями курганов 1, 2 (по нумерации Н. И. Веселовского, 1898 г.) [3], расположенные на территории Западного Кавказа (респ. Адыгея, ст. Новосвободная) и фоновая серая лесная почва (К-12). Объекты располагались на склоне восточной экспозиции на высоте 500–600 м над уровнем моря. Среднее годовое количество осадков составляет около 800 мм/год, среднегодовая температура +9 оС [6]. Зональным типом почв являются серые лесные. Современная растительность представлена дубово-буковыми лесами. Памятники представляют собой массивные до 10 м в высоту и 70 м в диаметре насыпи над мегалитическими погребальными сооружениями (дольменами). В 1898 г. на обоих курганах вел раскопки Н. И. Веселовский, в 1979 г. на кургане 2 раскопки проводил А. Д. Резепкин [4], а с 2013 г. эти курганы исследует совместная экспедиция Института Истории Материальной Культуры (ИИМК РАН) (Санкт-Петербург) и Государственного Исторического Музея (ГИМ) (Москва). По результатам радиоуглеродного анализа обе больших насыпи курганов были сооружены в эпоху ранней бронзы, приблизительно, в период между 3300 и 2900 гг. до н. э. [10]. В погребенной почве изучены гранулометрический состав методом Н.А. Качинского, содержание органического углерода по Тюрину, водородный показатель (pH), окислительно-восстановительный потенциал (Eh), химический состав валовых образцов методом рентгенофлуоресцентного анализа (ГОСТ № 309/242), геохимия стабильных изотопов углерода и азота из гуминовых кислот, содержания CO2 карбонатов и SO4 гипса. Образцы палеопочв были отобраны с шагом 5 см, фоновой почвы – через 10 см. Всего изучено 84 образца. Для реконструкции изменения климата и растительности, организации курганов и возможного использовании территории в прошлом, были проведены палеоботанические исследования верхних горизонтов современной и погребённых почв. Измерение концентраций макро- и микроэлементов в почвах осуществлялось на рентгеновском аппарате «СПЕКТРОСКАН МАКС – GV» методом рентгенфлуоресцентного анализа. 136 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) На основании выполненных измерений были рассчитаны следующие климатические показателели: – MAT1 = -(2,74 ln(PWI) + 21,39)+К – определяет среднюю годовую температуру воздуха, где PWI = 100ꞏ(4,2ꞏNa+1,66ꞏMg+5,54ꞏK+2,05ꞏCa), К – разница между современной средней годовой температурой воздуха и полученным значением MAT в современной почве [8]. – MAT2 = (-18,5[(K + Na)/Al] + 17,3)+К – определяет среднюю годовую температуру воздуха (Sheldon, 2002), где К – разница между современной средней годовой температурой и полученным значением MAT в современной почве [9]. – MAP = (91,305x+302,86)ꞏК – определяет среднегодовое количество атмосферных осадков (Калинин, 2009), где х – изменение концентраций Rb в горизонте А почвы относительно его содержания в почвообразующей породе, нормированное по кларку концентрации (конц. в гор. А– конц. в гор. С)/(конц. в гор. С /КК)ꞏ100; К – разница между современным средним годовым количеством атмосферных осадков и полученным значением MAP в современной почве [2]. Результаты Изученные почвы характеризуются рядом общих специфических свойств. Они имеют преимущественно средне-тяжелосуглинистый состав и развиваются на схожих по своему химическому и гранулометрическому составу карбонатных лессовидных суглинках. Палеопочвы можно отнести к черноземам разной степени выщелоченности. Они имеют близкий возраст и небольшое различие в строении профиля: А–АВ–В–Вk– Сk. Гумусовые горизонты сформировались в умеренном климате, когда на изученной территории были распространены покрытосеменные растения С3 типа, о чем говорит содержание изотопа углерода С13 (-25 – -26 промилле). Современная почва (К-12) характеризуется значительной элювиально-иллювиальной дифференциацией профиля, который имеет строение А–AE–Bth–BCt–Ck. Верхние 60 см характеризуются более легким, по сравнению с нижележащими горизонтами составом. Горизонты A и AE обеднены большинством породообразующих элементов, за исключением кремния. Из почвенного профиля полностью вынесены карбонаты и гипс. Это говорит об активном развитии в темно-серой лесной почве процессов лессиважа, выщелачивания и оподзаливания. Для темно-серой лесной почвы характерен плотный иллювиальный второй гумусовый горизонт Bth, который залегает под более светлым горизонтом AE на глубине около 80 см. Горизонт Bth представляет собой остатки нижней части гумусового горизонта черноземов. Он характеризуется большим по сравнению в горизонтом А и AЕ содержанием физической глины и илистой фракции, но более низким содержанием органического углерода. Обсуждение Данные анализа фитолитов показывают, что на момент погребения почв на исследуемой территории существовали условия достаточные для формирования крупных мезофитных злаков. Доминирующим локальным типом растительности на момент строительства курганов были луговые ассоциации. Участие древесной растительности в покрове локального местообитания не выявлено. Спорово-пыльцевые спектры изученных палеопочв характеризуются небольшой долей пыльцы древесных пород по сравнению с современной. Доля пыльцы деревьев и кустарников не превышает 22 %, причем наибольший вклад вносят породы с высокой пыльцевой продуктивностью и большой летучестью пыльцы. Количественные реконструкции климатических параметров говорят о том, что рубеж 3300 и 2900 гг. до н.э. характеризовался более аридным по сравнению с совре137 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) менным, но все же достаточно влажным климатом. Средняя годовая температура была ниже современной и составляла 9–9,5 оС. Среднее годовое количество осадков составляло порядка 650 мм/год. Индекс аридности показывает значения 34, что соответствует недостаточно влажному климату. Сейчас природная зона с такими индексами аридности простирается в 50–100 км севернее, на границе предгорий Кавказа и равнинных районов. Для почвенного покрова этих территории характерно распространение черноземов разной степени выщелоченности, развивающихся под лугово–степной растительностью. Выводы 3300–2900 гг до н.э. в предгорьях Северо-Западного Кавказа существовали более сухие и холодные условия, чем в современный период. Доминирующим типом ландшафта были лесостепи, представлявшие собой сочетание луговой, лугово-степной растительности на склонах и водоразделах и смешанных лесов по низким долинам рек и оврагов. В почвенном покрове преобладали черноземы разной степени выщелоченности. Средняя годовая температура составляла 9–9,5 оС. Среднее годовое количество осадков составляло порядка 650 мм/год. Индекс аридности показывает значения 34, что в климатической классификации соответствует недостаточно влажному климату. Сейчас природная зона с такими характеристиками простирается в 50–100 км севернее, на границе предгорий Кавказа и равнинных районов. Во второй половине голоцена, в результате увеличения количества атмосферных осадков на 100–200 мм/год, широколиственные дубово-буковые леса распространились на предгорья Кавказа, а черноземная зона опустилась ниже 400 м. Черноземы верхней части предгорий при этом эволюционировали в серые лесные почвы со вторым гумусовым горизонтом, а нижней – в слитые черноземы. Работа выполнена по материалам исследований по гранту РФФИ 18-09-40058 Древности. Литература 1. Зонн С. В. Горно-лесные почвы Северо-Западного Кавказа. – М.: Изд-во АН СССР, 1950. 2. Калинин П. И., Алексеев А. О. Геохимическая характеристика лессовопочвенных комплексов Терско-Кумской равнины и Азово-кубанской низменности // Почвоведение. – 2011. – № 12. – С. 1436–1453. 3. ОАК за 1898 г. – СПб., 1901. 4. Резепкин А. Д., Новосвободненская культура (на основе материалов могильника «Клады»). –СПб.: Нестор-История, 2012. 5. Яковлев С. А. О деградации черноземов в Западной части Северного Кавказа // Почвоведение. – 1914. – № 4; 1915. – № 1. 6. Alexandrovskiy A. L., Sedov S. N., Shishkov V. A. The development of deep soil processes in ancient kurgans of the North Caucasus // Catena. – 2014. – 112. – P. 65–71. 7. De Martonne E. Une nouvelle fonction climatologique: L’indice d’aridité // La Meteorologie. – 1926. – P. 449–458. 8. Gallagher T. M., & Sheldon N. D. A new paleothermometer for forest paleosols and its implications for Cenozoic climate // Geology. – 2013. – Vol. 41(6). – P. 647–650. 9. Sheldon N. D. Geochemical climofunctions from North American soils and application to paleosols across the Eocene–Oligocene boundary in Oregon /N. D. Sheldon, G. J. Retallack, S. Tanaka // Journal of Geology. – 2002. – Vol. 110. – P. 687–696. 10. Trifonov V. A., Zaytseva G. I., van der Plicht J. et al. Shepsi, the oldest dolmen with the port-hole slab in the Western Caucasus // Radiocarbon. – 2014. – Vol. 56. – № 2. – P. 743–752. 138 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) THE LANDSCAPES EVOLUTION OF THE FOOTHERNS OF THE NORTH WESTERN CAUCASUS IN CONNECTION WITH CLIMATE DYNAMICS IN THE LATE HOLOCENE P. I. Kalinin, V. A. Trifonov, N. I. Shishlina The modern forest soils and buried Holocene paleosoils in the vicinity of Novosvobodnaya (former Tsarskay), republic of Adygea, Russia, N-W Caucasus, have been studied. It was found that the buried soil under the Early Bronze Age mounds (ca. 3300-2900 BC) represents the black soil (Voronic Chernozem Pachic). Keywords: Holocene, second humus horizon, climate, Maikop culture. УДК 631.114.2 БИОГЕОХИМИЯ ЛИГНИНА В ПОЧВАХ РАЗНЫХ ПРИРОДНЫХ ЗОН И. В. Ковалев, Н. О. Ковалева Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

,

Разработана системная методология исследования трансформации лигнина в ряду «ткани растений – опад – подстилка – почва – гуминовая кислота»; предложена типизация процессов биохимических превращений лигниновых фенолов в почвах зонального ряда: лесной, степной, луговой, тропический, агро-антропогенный типы; доказано, что структура молекулы гуминовой кислоты во многом определяется филогенетическим происхождением лигнина; показаны вероятные пути трансформации лигнина в почвах в зависимости от термодинамических условий среды. Ключевые слова: лигниновые фенолы, зональные почвы, гуминовые кислоты. Введение Комплексная ароматическая структура и гидрофобные свойства лигнина, а также его высокая биохимическая стабильность предопределяют уникальную роль этого биополимера в процессах гумификации и планетарном круговороте углерода. При этом недостаточная изученность лигнина как одного из самого распространенного в биосфере биополимера, поступающего в почву с надземной и подземной биомассой растений, была обусловлена трудностью его биохимической диагностики в почвах. Объекты исследования Объектами исследования являлись евразийские леса из сосны, лиственницы, кедра, ели, пихты; южнотаежные березо-осиновые леса и агроэкосистемы, в том числе и осушенные, Коломенского ополья Московской области; дубово-липовые широколиственные леса («Тульские засеки») на серых почвах; березовые колки лесостепи и агроэкосистемы Брянской области на агросерых почвах; типичный чернозем (Курский биосферный заповедник, Кисловодская котловина); тропический лес Амазонии на красноземах (Бразилия); аридные экосистемы вертикальных природных зон ТяньШаня; гумидные экосистемы Северного Кавказа. Методы Поскольку результаты, получаемые общепринятыми методами выделения лигнина (класон-лигнин, «остаточный лигнин»), слишком грубы даже для растительных ма139 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) териалов и чрезвычайно завышены для образцов подстилки и почвы, мы пользовались методикой И. Хеджеса и И. Ертеля [4] в приведенной ниже модификации [1, 2, 3]. Определение лигнина в почвах включало щелочное окисление образца оксидом меди при 1700 под давлением в азотной среде; осаждение гуминовых кислот; концентрацию фенольных продуктов под давлением на компактных одноразовых колонках С18. Колонки, после того как через них пропустили образец, высушивались, а лигнин растворялся в этилацетате. Процедура эвапорирования этилацетата на ротаторном испарителе позволила выделить собственно препараты лигнина. Составляющие лигнин фенолы после предварительной дериватизации и превращения их в триметилсилиловые эфиры, на газовом хроматографе с масс-спектрометром Heweled-Packard Palo Alto CA USA они разделялись на пламенно-ионизационном детекторе, оборудованном капиллярной колонкой. Щелочное окисление исследуемых образцов оксидом меди дало 11 фенолов, которые сгруппированы по их химической природе в 4 структурных семейства: ванилиновые или гваяциловые (V), сирингиловые или сиреневые (S), п-кумаровые (С) и феруловые фенолы (F). Сумма продуктов окисления (VSC) отражает общее содержание лигнина в образце. Важно подчеркнуть, что продукты мягкого окисления лигнина – это лишь метелированные лигниновые структуры без каких-либо изменений в кольцевых фрагментах. Апробированная методика является наиболее перспективной для анализа содержания и состава лигнина в объектах наземных экосистем: не только в тканях растений, но и в дневных и погребенных почвах, включая минеральные малогумусные горизонты, в конкреционных новообразованиях, препаратах гуминовых кислот, гранулометрических фракциях почв [1, 2, 3]. Результаты исследований На основании большого объема экспериментальных данных, полученных в результате многолетних исследований и их сопоставления с данными отечественных и зарубежных ученых по проблеме биохимии лигнина, разработана и апробирована системная методология изучения биохимического круговорота продуктов окисления лигнина в различных биомах и в основных типах почв (серых лесных, черноземах, красноземах и др.), в том числе и почв сельскохозяйственного использования. Трансформация биополимера впервые изучена практически во всех звеньях цепи, начиная от растительных тканей и опада и заканчивая гумусовыми веществами. Предложена научная гипотеза, объясняющая генезис продуктов окисления лигнина в составе гумуса отдельных типов почв в различных природных зонах и позициях ландшафта с учетом биохимического состава растений. Изучены факторы и установлены причинно-следственные связи состава органического вещества почв (гумуса) и биохимического состава различных частей растений, выявлена особая роль лигниновых фенолов подземных органов растений в процессе гумификации. Показаны закономерности трансформации лигнина в почвах в зависимости от термодинамических условий среды и агро-антропогенного использования. Раскрыты пути и механизмы стабилизации продуктов окисления лигнина на всех уровнях структурной организации почв [1, 2, 3]. Обсуждение Превращения лигнина в почвах определяются гидротермическими условиями среды и физико-химическими свойствами почв, активностью микробиоты. Установлено, что наибольшее суммарное (VSC) количество продуктов окисления лигнина в рассматриваемых горизонтальных рядах почв приурочено к почвам естественных биогеоценозов с наивысшей биопродуктивностью: серая лесная почва Тульских засек, черноземы Курского заповедника, красноземы тропического леса Амазонии. В почвах вертикального ряда наблюдается параболический характер распределения лигнина в ряду: от 140 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) подножия к вершинам с максимумом содержания лигнина в субальпийских черноземовидных почвах (например, субальпийский луг Тебердинского заповедника Кавказа и заказника Чон-Курчак Тянь-Шаня) [2]. В условиях антропогенного использовании (пашня Русской равнины, плантация производственной древесины Бразилии, вторичные леса Красноярска, горные пастбища) количество лигнина в почвах уменьшается по сравнению с естественными аналогами. В почвах с господством восстановительных условияй и с контрастным ОВП – режимом (субальпийская луговая, светло-серая оглеенная) наблюдается накопление и консервация лигнина, а почвы с абсолютным господством окислительных процессов (красноземы Бразилии, горные черноземы Тянь-Шаня) демонстрирует его быстрое разложение [1]. В условиях мезо- и микрорельефа стабилизация и консервация лигниновых полимеров в виде высококонденсированных многоядерных ароматических структур всегда приурочена к аккумулятивным позициям ландшафта. Так, в пределах изучаемых катен во всех районах исследования максимум накопления фенольных соединений приходится на почвы мезопонижений с длительным господством восстановительных условий во всем профиле, а в опольях – на почвы микрозападин (рис. 1). Наиболее дренированные разности почв, приуроченные к водораздельным повышениям и склонам, обладают наименьшими количествами лигниновых фенолов. Рис. 1. Содержание продуктов окисления лигнина (VSC), мг/г Сорг. в почвах катен «Тульские засеки», Коломенского и Брянского ополий Среди продуктов окисления лигнина в рассматриваемом ряду почв с усилением степени гидроморфизма увеличивается количество фенольных кислот, достигая максимальных значений в глеевых (до 79 % суммы фенолов) и элювиальных горизонтах (до 89 % суммы фенолов) [1]. В пределах почвенного профиля наибольшее суммарное (VSC) количество продуктов окисления лигнина в рассматриваемых рядах почв приурочено к верхним гумусово-аккумулятивным горизонтам – до 12–14 мг/г Сорг., наименьшее (1–4 мг/г Сорг.) – к нижним частям профилей. В гумусовых горизонтах количественно преобладают альдегиды, а в иллювиальных – кислоты. Вероятно, именно ванилиновая кислота обладает наибольшей миграционной способностью в профилях таежных почв. Таким образом, в почвах гумидных ландшафтов лигнин вносит свою долю в пул органических кислот, формирующих подзолистые и глеевые горизонты. Для характеристики интенсивности разложения и трансформации лигнина в почвах используется отношение кислоты/к альдегидам в единицах ванилина или сиригнила 141 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) как меры степени окисленности молекулы. Это отношение используется в расчете степени измененности боковых цепочек лигнина по отношению к растительным тканям (параметр Т, %) [1]. Т = 74 – (100 – К)(1 + (Ас/Аl)v)-1 ; где (Ас/Аl)v - отношение ванилиновых кислот к ванилиновым альдегидам, К - содержание кетонов в исходных растительных тканях в %. Установлено, что высокая цифра выхода продуктов окисления (VSC) лигнина и низкие величины отношения кислоты/альдегиды в горизонтах подстилки и в гумусовых горизонтах почв гумидных ландшафтов являются закономерным результатом еще слабо измененных растительных остатков, а значит, слабого изменения боковых цепочек ароматических структур лигнина в органическом веществе почв. На основании многочисленных данных о содержании лигнина и его трансформации в почвах широтной зональности показана линейная зависимость увеличения степени измененности боковых цепочек лигниновых структур в ряду от светло-серых почв к черноземам и красноземам. Так, в почвах южной тайги она составляет 5-8%, в лесостепи – 9-10 %, в черноземах – 10-12% и, достигая максимальных значений в красноземах – до 30-50 %, то есть фактически следует за величиной периода биологической активности, рассчитанной Д.С.Орловым. Линейная зависимость величины степени трансформации лигнина от гидротермических параметров среды также хорошо проявляется и в горных экосистемах. В гумидных условиях Северного Кавказа степень трансформации боковых цепочек лигнина составляет 5% для чернозема и 1,5 % для субальпийских почв. В аридных условиях Средней Азии – 20 % в горных черноземах 3 % в альпийских луговых почвах. Полученные результаты не противоречат нашим данным о гуматном характере гумуса в почвах Тянь-Шаня, по сравнению с преимущественно фульватным – в почвах Северного Кавказа. Величина степени минерализации биополимера лигнина в почвах геохимически сопряженных катен ополий и «Тульских засек» уменьшается от водоразделов к плаккатам. На молекулярном уровне. Оригинальные результаты о количестве и степени трансформации молекул биополимера в ряду: «ткани растений – подстилка – почва – дневные гуминовые кислоты – погребенные гуминовые кислоты» позволяют оценить решающую роль ароматических структур лигнина в гумификации почв. В обозначенном ряду увеличивается количество ароматических кислот по отношению к альдегидам во всех типах объектов независимо от общего количества лигнина в них и достигает максимума в препаратах гуминовых кислот из погребенных почв [1, 2, 3]. Тем самым, наши результаты подтверждают положение о нарастающем карбоксилировании лигниновых остатков как о главном процессе их трансформации в гумус. Лигнин высших растений принимает участие в формировании молекул специфических соединений гумуса почв, причем, как алифатических, так и ароматических их частей. Высокая корреляция содержания продуктов окисления лигнина в почве с площадью пиков лигниновых структур на 13С ЯМР-спектрах гуминовых кислот при 147 ppm и 56 ррm является доказательством участия последних в формировании гумуса почв [3]. Заключение Таким образом, интенсивная минерализация лигнина и быстрый распад сложных структур до мономеров и олигомеров наблюдается в почвах с высокой биологической активностью – в черноземах, красноземах, а механизм встраивания неизменных пространственно вытянутых лигниновых структур в молекулу гуминовых кислот должен преобладать в почвах гумидных ландшафтов. Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РНФ № 17-1401120п, в рамках госзаданий МГУ: №121040800146-3 и №117031410017-4 142 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Литература 1. Ковалев И. В., Ковалева Н. О. Биохимия лигнина в почвах периодического переувлажнения (на примере агросерых почв ополий Русской равнины) // Почвоведение. – 2008. – № 10. – С. 1205–1216. 2. Ковалева Н. О., Ковалев И. В. Биотрансформация лигнина в дневных и погребенных почвах разных экосистем // Почвоведение. – 2009. – № 11. –С. 84–96. 3. Кovaleva N., Kovalev I., Kozlova O. Lignin transformation in soils of arable lands, russian plain // International Journal of Agricultural Resources, Governance and Ecology. – 2020. – Vol. 16. – № 3. – P. 289–300. 4. Ertel J. R., Hedges J. I. The lignin component of humic substances: Distributuion among the soil and sedimentary humic, fulvic and base-insoluble fractions // Geochim. Cosmochim. Acta. – 1984. – V. 48. BIOGEOCHEMISTRY OF LIGNIN IN SOILS OF DIFFERENT NATURAL ZONES I. V. Kovalev, N. O. Kovaleva A systematic methodology has been developed for studying the transformation of lignin in the series: plant tissue – litter – litter – soil – humic acid; the typification of the processes of biochemical transformations of lignin phenols in the soils of the zonal series is proposed: forest, steppe, meadow, tropical, agro-anthropogenic types; it has been proven that the structure of the humic acid molecule is largely determined by the phylogenetic origin of lignin; the probable pathways of lignin transformation in soils are shown depending on the thermodynamic conditions of the environment. Keywords: lignin phenols, zonal soils, humic acids. УДК 631.416.9 СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ Mn И Cu В ЧЕРНОЗЁМЕ ЮЖНОМ ПРИ РАЗЛИЧНОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ А. В. Кучеренко, О. А. Бирюкова, А. М. Медведева, А. К. Шерстнев Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

Изучено содержание валовых и подвижных Mn и Cu при различном сельскохозяйственном использовании в черноземе южном Ростовской области, рассмотрены особенности их профильного распределения. Превышения гигиенических нормативов не установлено. Степень обеспеченности растений Mn и Cu – высокая. Выявлена биогенная аккумуляция микроэлементов в гумусовом горизонте чернозема южного. Ключевые слова: чернозём, микроэлементы, озимая пшеница, виноградник, сельскохозяйственное использование. Введение Интенсивное земледелие способствует значительному изменению химического состава почв. За счет вывоза большей части сельскохозяйственной продукции за пределы агроценоза из биологического круговорота выключается заметная масса химических элементов[1]. Важную роль в получении высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур играют микроэлементы. Изучение их содержания, распределения 143 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) и подвижности необходимо для агроэкологической оценки состояния плодородия почв и оптимизации минерального питания растений [3]. Методы Полевые исследования проведены в ОАО «Янтарное» Мартыновского района Ростовской области. Почва – чернозем южный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый. Согласно «Классификации и диагностике почв России» (2004) [5], это агрочернозёмы текстурно-карбонатные. По Международной реферативной базе почвенных ресурсов (World Research Base) исследованная почва относятся к Calcic Chernozems [9]. На территории хозяйства были заложены полнопрофильные разрезы в агроценозах озимой пшеницы и виноградника. Для определения подвижных соединений Mn, Zn, Сu в почве использовали ацетатно-аммонийный буферный раствор (pH 4,8), с последующим применением атомно – абсорбционной спектрометрии (отношение почвы к раствору 1:10) [6]. Общее содержание данных элементов определяли с помощью рентгенофлуоресцентного анализа на приборе «Спектроскан МАКС-GV». Оценку степени загрязнения чернозема южного исследуемыми элементами проводили с учетом ПДК (Mn) и ОДК (Cu) [8]. Анализы выполнены в трехкратной повторности, статистическая обработка проведена в программе Microsoft Excel. Результаты исследований Для озимой пшеницы среднее содержание валового Mn в гумусовом горизонте находится в пределах 863,0 – 892,0 мг/кг, уменьшается вниз по профилю до 737,0 мг/кг и 671,0 мг/кг в горизонтах В и С соответственно. В корнеобитаемом слое виноградное растение активно участвует в перераспределении микроэлементов, одним их которых является марганец [4]. Содержание валового Mn под виноградником уменьшается вниз по профилю с 805,0 мг/кг (Ап) до 590,0 мг/кг (С), резкое увеличение наблюдается в горизонте Вса (753,4 мг/кг). Резкое падение количества подвижного марганца происходит в карбонатных горизонтах под озимой пшеницей, что связано с наличием здесь щелочной реакции и высоким окислительно-восстановительным потенциалом почвы, в результате чего марганец закрепляется в виде нерастворимого MnO2 [7]. Напротив, в почвах под виноградным растением в горизонте Вса происходит накопление подвижного марганца (19,2 мг/кг). Для озимой пшеницы доля подвижных соединений Mn составляет 1,6–5,0 % от его валового количества, для виноградника – 2,3–4,1 %. Степень обеспеченности сельскохозяйственных культур Mn находится на высоком уровне (>20,0 мг/кг). Валовое содержание Cu под озимой пшеницей более равномерно распределено по почвенной толще, чем Mn. Ее количество изменяется от 59,0 мг/кг в горизонте Ап до 47,0 мг/кг в горизонте С. Геохимической особенностью почв под виноградниками является высокое накопление Cu в поверхностном слое. Если в гумусовом горизонте Cu находится в пределах 59,4 – 64,0 мг/кг, то уже в горизонте С её содержится 47,0 мг/кг. Максимальная аккумуляция подвижных соединений Cu под озимой пшеницей отмечается в верхнем горизонте (Ап - 1,7 мг/кг). Вниз по профилю c увеличением количества карбонатов происходит существенное снижение ее содержания до 0,21 мг/кг в горизонте С. Корреляционный анализ выявил сильную отрицательную зависимость между этими показателями (r = - 0,85). В почве под виноградным растением вниз по профилю происходит увеличение подвижной Cu с 0,24 мг/кг до 0,57 мг/кг. Для озимой пшеницы доля подвижной Cu от ее валового количества составляет 0,3–2,9 %, для виноградника – 0,3–1,3 %. Степень обеспеченности Cu – высокая (> 0,5 мг/кг). 144 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания в сфере научной деятельности (№ 0852-2020-0029) и государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации (грант Президента РФ НШ-2511.2020.11). Заключение Содержание валовых и подвижных форм Mn и Cu в чернозёмах южных соответствует их региональному уровню. Доля подвижных соединений от их общего содержания находится на низком уровне, что является одним из негативных факторов, отрицательно влияющих на величину и качество урожая сельскохозяйственных культур центральной орошаемой зоны Ростовской области. Превышения гигиенических нормативов по содержанию как валовых, так и подвижных форм Mn и Cu не обнаружено. Литература 1. Алексеенко В. А. Экологическая геохимия. – М.: Логос, 2000. 2. Зональные системы земледелия Ростовской области (на период 2013–2020 гг.): В 3 ч. – Ростов н/Д: Мин-во сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области, 2012. – Ч. 2. 3. Кирилюк В. П. Микроэлементы в системе почва-виноградное растение в условиях Центральной Молдавии: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – М., 1981. 4. Шишов Л. Л., Тонконогов В. Д., Лебедева И. И., Герасимова М. И. Классификация и диагностика почв России. – Смоленск: Изд-во Ойкумена, 2004. 5. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. – М.: ЦИНАО, 1992. 6. Протасова Н. А., Щербаков А. П., Беляев А. Б. Геохимия макро- и микроэлементов в зональных почвах Центрального Черноземья России // Антропогенная эволюция черноземов. – Воронеж: Воронеж. гос. ун-т, 2000. – С. 175–203. 7. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания», 2021. 8. World reference base for soil resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. – World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome. 181 (2014). CONTENT AND DISTRIBUTION OF MN AND CU IN SOUTHERN CHERNOZEM UNDER VARIOUS AGRICULTURAL USES A. V. Kucherenko, O. A. Biryukova, A. M. Medvedeva, A. K. Sherstnev The content of total and mobile Mn and Cu under various agricultural uses in the Southern Chernozem of the Rostov region was studied, and the features of their profile distribution was considered. Excess of hygienic standards was not established. The availability of Mn and Cu content for plants nutrition was high. The biogenic accumulation of trace elements in the humus horizon of the Southern Chernozem was revealed. Keywords: Chernozem, trace elements, winter wheat, vineyard, agricultural use. 145 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 504.75:539.16.04 ИЗОТОПНОЕ СООТНОШЕНИЕ ЦЕЗИЙ-137/ЦЕЗИЙ-133 И ЕГО ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ В ПОДСТИЛКЕ ЕЛЬНИКА Д. Н. Липатов, Д. В. Манахов, А. И. Щеглов Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

,

,

Целью работы был сопряженный анализ пространственного распределения чернобыльского Cs-137 и стабильного Cs-133 в подстилке лесного биогеоценоза. Исследовано пространственное варьирование удельной активности Сs-137 и содержания кислоторастворимых форм Cs-133 в подстилке ельника в дальней зоне чернобыльских выпадений. Изотопное соотношение Cs-137/Cs-133 в подстилке варьирует от 1,0*10-8 до 14,6*10-8. Рассмотрены закономерности пространственного распределения изотопов, связанные с парцеллярным строением леса. Выявлено, что через 15 лет после чернобыльских выпадений биогеохимические циклы чернобыльского Cs-137 и стабильного Cs-133 в подстилке ельника не достигли равновесия. Ключевые слова: изотопы цезия, чернобыльские выпадения, лесные экосистемы, дерново-подзолистые почвы, радиоэкологический мониторинг. Введение В лесных экосистемах основные миграционные потоки пересекаются в самом верхнем почвенном горизонте – подстилке. Поведение Cs-137 определяется типом лесных подстилок, интенсивностью разложения органических веществ, корневым и мицелиальным поглощением, иммобилизацией радионуклида почвенной микрофлорой и микрофауной, а также связана с биотурбационными явлениями. Сопряженный анализ распределения техногенного Cs-137 и стабильного Cs-137 проводился для почв, грибов, лишайников, мхов и других растений в различных лесных экосистемах [2–5], загрязненных в результате чернобыльских и глобальных выпадений. Описанное в ряде работ равновесие в биогеохимических циклах Cs-137 и стабильного Cs-133 зафиксировано на примере отдельных видов грибов и мхов через 10-20 лет после чернобыльских выпадений [5]. При этом в исследованиях отмечается, что отношение Cs-137/Cs-133 может существенно изменяться в разнообразных лесных экотопах. Поэтому сопряженный анализ пространственного распределения чернобыльского Cs137 и стабильного Cs-133 в почвах лесных экосистем является актуальной задачей биогеохимических и радиоэкологических исследований. Методы Исследования проводились в 2000 году в еловом лесу на территории Рославльского района Смоленской области. Лес на исследованном участке разновозрастной: 35–60 лет. На контрольном участке состав древостоя можно выразить формулой 8Е2Б. В исследованном ельнике эдификатором парцелл в большинстве случаев являлась ель европейская (Picea abies), но на некоторых микроучастках эту роль выполняла береза повислая (Betula pendula), а кроме того, отдельные парцеллы фиксировались в протяженных окнах между деревьями. Почва контрольного участка дерново-подзолистая легкосуглинистая, в ее профиле выделены горизонты: O(0–3)–А1(3–16)–АЕ(16–29)–ЕВ(29–41)–В1(41–82)–В2(82–118)– С(118–170 см). На контрольном участке 30 × 30 м проведено площадное опробование почвы по квадратной равномерной сетке с шагом 5 м в 36 точках. Пробы лесной под146 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) стилки отбирались с помощью рамки площадью 25 × 25 см и измерения мощности этого горизонта. Отобранный материал подстилки высушивали и весовым методом определяли ее запас и удельный вес. Измерение удельной активности Cs-137 в отобранных пробах подстилки выполняли на сцинтилляционном гамма-спектрометре с детектором NaI(Tl) 63 × 63 (“Прогресс”, НТЦ Амплитуда, Россия). В этих же пробах подстилки определяли содержание кислоторастворимых форм стабильного Cs-133 в вытяжке 1н. HCl при соотношении почва–раствор 1:10 с последующим измерением на атомно-абсорбционном спектрофотометре С-115-М1. Для вычисления соотношения изотопов Cs-137/Cs-133 проводился пересчет удельной активности Cs-137 в его массу, а затем переход к изотопному соотношению на основе следующего выражения: Cs-137/Cs-133=3,1*10-10*A(Cs-137)/C(Cs-133), где A(Cs-137) – удельная активность Cs-137 (Бк/кг), C(Cs-133) – содержание Cs-133(мг/кг). В ходе статистической обработки данных выполнялась проверка нормального закона распределения с помощью критерия Уилка-Шапиро. Сравнение средних проводилось с помощью t-критерия Стьюдента, корреляционный анализ – с помощью коэффициента корреляции Спирмена. Нулевую гипотезу отвергали при P < 0,05. Результаты исследований Плотность загрязнения Cs-137 в почве ельника на исследованном участке варьирует от 8,5 до 37,2 кБк/м2, составляя в среднем 24,1 кБк/м2 (0,65 Ки/км2), что сформировано чернобыльскими радиоактивными выпадениями в дальней зоне в 1986 г. Полученные результаты показывают широкий размах варьирования удельной активности Cs-137 в лесной подстилке ельника: от 303,4 до 2173,1 Бк/кг (Таблица). Распределение удельной активности Cs-137 в подстилке ельника удовлетворяло нормальному закону. Сравнение удельной активности Cs-137 между лесными парцеллами показывает статистически значимое (P < 0,05) уменьшение этого показателя в подстилке окон между деревьями. Содержание стабильного Cs-133 в подстилке составляет в среднем 5,9 мг/кг (Таблица), что близко к кларку этого элемента в почвах – 5 мг/кг [1]. Распределение стабильного Cs-133 в подстилке на исследованном участке удовлетворяет нормальному закону. Содержание Cs-133 в подстилке для папоротниково-кисличных парцелл в окнах значимо (Р < 0,05) больше, чем для остальных парцелл. Минимальные значения зафиксированы в елово-мертвопокровных парцеллах. Рассчитанные значения изотопного соотношения Cs-137/Cs-133 в подстилке характеризуются широким размахом варьирования: от 1,0∙10-8 до 14,6∙10-8 (таблица). В ближней зоне чернобыльских выпадений это изотопное соотношение в лесных подстилках характеризовалось более высокими значениями [5], а в условиях глобальных выпадений – более низкими [2]. Распределение показателя изотопного соотношения Cs137/Cs-133 удовлетворяет нормальному закону (Р < 0,05). Среднее значение изотопного соотношения Cs-137/Cs-133 в подстилке статистически значимо меньше для папоротниково-кисличных парцелл в окнах, чем для остальных парцелл. Максимальные значения соотношения отмечены в мертвопокровных парцеллах. На основе корреляционного анализа выявлена пространственная сопряженность между свойствами подстилки и содержанием в ней исследованных элементов. Показатель запаса подстилки статистически значимо положительно коррелирует с удельной активностью Cs-137 (r = 0,52, P < 0,05) и изотопным соотношением Cs-137/Cs-133 (r = 0,50, P < 0,05), но отрицательно коррелирует с содержанием стабильного Cs-133 (r = 0,43, P < 0,05). Удельный вес подстилки статистически значимо отрицательно коррелирует с содержанием кислоторастворимых форм Cs-133 (r = -0,42, P < 0,05). 147 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Таблица. Статистические показатели пространственного варьирования удельной активности Cs-137, содержания кислоторастворимых форм Cs-133 и соотношения Cs-137/Cs-133 в подстилке ельника (n=36) Показатели Среднее Минимум Максимум Коэффициент вариации, % Удельная активность Cs-137, 1265,4 303,4 2173,1 36,5 Бк/кг Содержание Cs-133, мг/кг 5,9 2,8 8,0 20,4 Соотношение Cs-137/Cs-133 7,1×10-8 1,0×10-8 14,6×10-8 47,5 Между удельной активностью Cs-137 и содержанием кислоторастворимых форм Cs-133 в подстилке зафиксирован значимый отрицательный коэффициент корреляции (r = -0,55, P < 0,05). Такой характер взаимосвязи между изотопами указывает на различные миграционные потоки элементов в исследованном ельнике. Обсуждение В дальней зоне чернобыльских выпадений распределение Cs-137 в подстилке удовлетворяет нормальному закону, но зафиксирован достаточно высокий коэффициент вариации – 36,5% (Таблица). Широкий размах варьирования удельной активности Сs-137 в подстилке обусловлен пространственной неоднородностью процессов миграции радионуклида в древесном и травянистом ярусах и неравномерностью разложения загрязненного опада в различных парцеллах исследованного ельника. В подстилке папоротниково-кисличных парцелл в окнах средняя удельная активность Cs-137 в 2 раза ниже, чем в древостойных парцеллах, что, в первую очередь, связано с меньшим экспонированием сухих радиоактивных аэрозолей на открытые участки по сравнению с кронами деревьев. Радиоактивные выпадения поступали в окнах на поверхность почвы, и в течение последующих 15 лет при интенсивном разложении подстилки радионуклид почти полностью переместился в минеральные слои почвы. Повышенный уровень Сs-137 в подстилке елово-мертвопокровных парцелл обусловлен ее большей массой и высокой удерживающей способностью вследствие замедленности процессов разложения опада, что ведет к длительному депонированию радионуклида. Изотопное соотношение Cs-137/Cs-133 в подстилке исследованного ельника составляет в среднем 7,1∙10-8 и характеризует баланс этих элементов в дальней зоне радиоактивных выпадений в постчернобыльский период. Широкий размах варьирования этого соотношения обусловлен особенностями пространственного распределения обоих изотопов в подстилке. В наибольшей степени на изотопное соотношение влияет варьирование удельной активности Cs-137 в подстилке экотопов ельника. Соотношение Cs-137/Cs-133 снижено в папоротниково-кисличных парцеллах в окнах и повышено в мертвопокровных парцеллах. Это изотопное соотношение применяется для оценки параметров биологического круговорота [3, 5]. Снижение среднего значения Cs-137/Cs133 в подстилке окон между деревьями свидетельствует о большей скорости круговорота Cs в этих экотопах, что, по-видимому, связано с отсутствием этапа депонирования радионуклида деревьями и более интенсивным разложением опада. Увеличение изотопного соотношения Cs-137/Cs-133 в подстилке елово-мертвопокровных и березовомертвопокровных парцелл указывает на замедленность биологического круговорота Cs в них, обусловленную низкой интенсивностью разложения опада. Обратная корреляционная связь, обнаруженная между удельной активностью Cs137 и содержанием кислоторастворимых форм Cs-133 показывает, что в подстилке ельника равновесие биогеохимических циклов этих изотопов через 15 лет после чернобыльских выпадений не достигнуто. Подстилка состоит из органических остатков раз148 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ного возраста, в постчернобыльский период включает наружные части древесной растительности, радиоактивно загрязненные в 1986 году, что кардинально изменяет характер корреляции между изотопами. По-видимому, положительную корреляцию, указывающую на равновесие между биогеохимическими циклами Cs-137 и Cs-133, в подстилке можно ожидать только в отдаленный период после чернобыльских выпадений, когда в материале опада будет превалировать радионуклид, поступивший в результате корневого поглощения лесной растительностью. Заключение Полученные результаты показывают, что применять соотношение Cs-137/Cs-137 для оценки различных параметров биологического круговорота в экосистемах необходимо с учетом пространственного варьирования обоих элементов. Изотопное соотношение Cs-137/Cs-133 в подстилке различных экотопов исследованного ельника варьирует от 1.0∙10-8 до 14.6∙10-8. Через 15 лет после чернобыльских выпадений биогеохимические циклы этих изотопов в подстилке ельника не достигли равновесия. Исследование проводилось при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ им. М. В. Ломоносова «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды». Литература 1. Алексеенко В. А. Экологическая геохимия. – М.: Логос, 2000. 2. Chao J. H., Chiu C. Y., Lee H. P. Distribution and uptake of 137Cs in relation to alkali metals in a perhumid montane forest ecosystem // Applied Radiation and Isotopes. – 2008. – Vol. 66. – P. 1287–1294. 3. Rühm W., Yoshida S., Muramatsu Y., Steiner M., Wirth E. Distribution patterns for stable 133Cs and their implications with respect to the long-term fate of radioactive 134Cs and 137 Cs in a semi-natural ecosystem // Journal of Environmental Radioactivity. – 1999. – Vol. 45. – P. 253–270. 4. Vinichuk M., Taylor A. F. S., Rosén K., Johanson K. J. Accumulation of potassium, rubidium and caesium (133Cs and 137Cs) in various fractions of soil and fungi in a Swedish forest // Science of the Total Environment. – 2010. – Vol. 408. – P. 2543–2548. 5. Yoshida S., Muramatsu Y., Dvornik A. M., Zhuchenko T. A., Linkov I. Equilibrium of radiocesium with stable cesium within the biological cycle of contaminated forest ecosystems // Journal of Environmental Radioactivity. – 2004. – Vol. 75. – P. 301–313. THE ISOTOPIC RATIO OF CAESIUM-137/CAESIUM-133 AND ITS SPATIAL VARIATION IN LITTER OF SPRUCE FOREST D. N. Lipatov, D. V. Manakhov, A. I. Shcheglov The aim of the work was to perform a conjugate analysis of the spatial distribution of Chernobyl Cs-137 and stable Cs-133 in the forest litter of the biogeocenosis. The spatial variation of activity concentrations of Cs-137 and the content of acid-soluble forms of Cs-133 in the spruce litter in the far zone of the Chernobyl fallout was studied. The isotopic ratio of Cs137/Cs-133 in the litter varies from 1,0*10-8 to 14,6*10-8. The patterns of the spatial distribution of the elements due to the parcel structure of the forest. It was revealed that 15 years after the Chernobyl fallout, the biogeochemical cycles of Chernobyl Cs-137 and stable Cs-133 in the spruce forest litter did not reach equilibrium. Keywords: caesium isotopes, Chernobyl fallout, forest ecosystems, sod-podzolic soils, radioecological monitoring. 149 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 550.4:546.49 НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОДЕРЖАНИЯ РТУТИ В ПОВЕРХНОСТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОЧВ Е. Е. Ляпина Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН (г. Томск, Россия) e-mail:

В статье приводятся оригинальные данные о валовой концентрации Hg в типичных почвах арктических тундровых заболоченных ландшафтов, степных, лесостепных ландшафтов, озерно-аккумулятивных равнин, а также систем межгорных понижений Южной Сибири. Получены количественные оценки ртутной нагрузки на поверхностную составляющую разных типов почв. Выявлены особенности накопления Hg в почвах в зависимости от гранулометрического состава, водородного показателя, электропроводности и магнитной восприимчивости. Определены формы нахождения Hg в гумусовом горизонте разных типов почв. Ключевые слова: ртуть, Hg, почва, физико-химические свойства, формы нахождения ртути, геоэкология. Введение Исследование почвенного покрова и особенно поверхностной ее части как важнейшего компонента биосферы, долговременной депонирующей среды является актуальным и важным с позиции экологии, геоэкологии, экономики и сельского хозяйства [1, 4, 5, 7]. Благодаря уникальным геохимическим и токсикологическим свойствам Hg, обуславливающим особенности ее накопления и перераспределения в различных компонентах окружающей среды, разнообразие форм миграции и специфику их трансформации в результате природного и техногенного воздействия, интерес к ее изучению не снижается. А широкий и разносторонний спектр негативного воздействия на человека и другие живые организмы, их популяции и экосистемы в целом обуславливает изучение Hg в компонентах окружающей среды. В почвах Hg аккумулируется органическим веществом, глинистыми частицами, может поглощаться растительностью, в том числе сельскохозяйственной, а также выделяться в виде паров и в составе пыли в атмосферу, мигрировать вниз по почвенному профилю и поступать в грунтовые воды [1, 5, 7]. Объекты и методы Объектом исследования являются поверхностная составляющая (0-10 см) типичных почв Ненецкого (НАО), Ямало-Ненецкого автономных округов (ЯНАО), Республик Карелия (РК) и Бурятия (РБ), Томской области (ТО) и Алтайского края (АК). Пробы отбирались методом конверта [3], в общей сложности было отобрано 45 проб. Северные почвы представлены в основном торфяными почвами: подзолистые и торфяные почвы участка Немецкий Кузов (РК), торфяно-глееземами участков Белый (ЯНАО) и Большой Цинковый (РК), болотные торфяные участка Колгуев (ЯНАО) [4, 6]. Почвы Томской области представлены светло-серыми и серыми лесными почвами, а также дерново-глеевыми почвами террас р. Томь и Обь (далее Потаповы лужки и Киреевск) [6]. Почвы Северо-запада Алтайского края относятся к южным черноземам и темно-кашатановым южным черноземам Кулундинской степи (далее Добровольщина и Песчаное) [2]. Почвы Республики Бурятия (далее Жемчуг) являются долинными березовыми разнотравными с дерновыми лесными глееватыми почвами с участками осоково-разнотравных лугов с луговыми черноземовидными почвами [9]. 150 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Изучение проб осуществляли в учебно-научной лаборатории Международного инновационного научно-образовательного центра «Урановая геология» НИ ТПУ на анализаторе ртути РА-915+, методом атомной абсорбции с помощью приставки ПИРО915 (метод пиролиза; предел обнаружения ртути - 5 нг/г). Определение форм нахождения Hg в пробах проводился методом термодесорбции. Точность определения анализа – 5 нг/г, содержание Hg в пробах рассчитывали на 1 г сухого вещества. Определены pH и электропроводность водной вытяжки почв, а также магнитная восприимчивость. Гранулометрический анализ почв проводился при помощи лабораторных сит диаметром 1; 0,5; 0,25; 0,125; 0,1; 0,04 мм. Результаты и обсуждение Среднее содержание Hg в пробах типичных почв исследованных территорий являются фоновыми и не достигают значения n*100 нг/г (табл. 1). Исключение составляют только пробы участка Колгуев, но даже они не превышают ПДК (2100 нг/г). Наименьшими средними концентрациями Hg характеризуются почвы АК, наибольшими НАО. Таблица 1. Эколого-геохимические особенности содержания Hg в поверхностной составляющей почв Показатель Участок С, нг/г СКО, нг/г Кс Кпдк Кк Кпз Республика Карелия Большой Цинковый Немецкий Кузов 88 1,7 1,54 0,04 17,11 7,7 22 0,9 0,44 0,01 4,89 2,2 Ненецкий автономный округ Колгуев 326 2,5 5,66 0,13 62,89 28,3 Ямало-Ненецкий автономный округ Белый 61 0,7 1,06 0,03 11,78 5,3 Томская область Потаповы Лужки 18 0,7 1,00 0,01 0,39 1,76 Киреевск 24 1,9 1,00 0,01 0,53 2,39 Алтайский край Песчаное 11 0,7 1,00 0,01 0,24 1,06 Добровольщина 10 0,5 1,00 0,005 0,21 0,96 Республика Бурятия Жемчуг 41 1,5 1,00 0,02 0,90 4,06 Примечание: C – среднее содержание Hg; СКО – средне квадратичное отклонение; Кс и Кпдк – коэффициент концентрации Hg относительно среднего по выборке и ПДКHg в почвах, соответсвенно; Кк и Кпз – Кларк концентрации Hg относительно Земной коры и почв Земли, соответственно [7]. В зависимости от гранулометрического состава содержание Hg в исследованных образцах варьирует в широком диапазоне. Четкой зависимости концентрирования Hg на частицах определенного размера выявлено не было. На территории АК наибольшее содержание Hg отмечается в самой мелкой фракции ˃0,04 мм, что соответствует крупной пыли по [8]. На территории ТО 50% max Hg отмечается в частицах почвы ˃1; ˃0,5 (средний и мелкий песок) и 50% в частицах >0,1; 0,04 мм. В остальных случаях максимальные концентрации ртути приходятся на частицы почвы >1; ˃0,5 мм. 151 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Водородный показатель почвенной вытяжки из всех отобранных проб меняется от 6,2 до 8,6 единиц рН, что соответствует слабокислой и слабощелочной реакции по существующей градации. Более кислая реакция характерна для северных почв, почв ТО и участка Добровольщина (АК). Почвы, где велика доля песчаных частиц, отличаются смещением реакции вытяжки в сторону подщелачивания. Полученные значения электропроводности изменяются от 4 до 94 μS/см, причем наименьшее значение отмечается в почвах АК, РБ и участка Киреевск (ТО), что свидетельствует о низком содержании глинистых частиц. Северные почвы и почвы участка Потаповы Лужки (ТО) на участке «Киреевск» характеризуются значениями электропроводности >40, а также более высокой долей содержания частиц размером >0,125 и >0,04 мм, что говорит о значительном присутствии глин в структуре почвы. Магнитная восприимчивость примерно одинакова у почв юга Западной Сибири (АК, ТО, РБ) и составляет 0,n*10-3ед. Значения данного показателя для северных почв (ЯНАО, НАО, РК) на порядок меньше. Расчёты эколого-геохимических особенностей накопления Hg типичными почвами Южной Сибири и Северными почвами показали отсутствие превышения среднего содержания Hg над фоном для почв всех исследованных регионов (табл. 1), за исключением участков Немецкий Кузов (РК), Белый (ЯНАО). Максимум отмечается в почвах участка Колгуев (НАО). Все полученные концентрации Hg ниже ПДК (2100 нг/г) и Кларка Земной коры (45 нг/г) за исключением северных почв. Однако превышают значения относительно почв Земли (10 нг/г) [7], за исключением участка Добровольщина (АК). В результате исследования распределения форм Hg в типичных почвах исследованных территорий выяснили, что наибольшая доля Hg приходится на свободно связанную форму (рис. 1). Рис. 1. Формы нахождения Hg в поверхностной составляющей почв Такая особенность характерна для северных почв, а также почв ТО. Также значительная доля Hg характеризуется как физически связанная (участки Немецкий Кузов, Жемчуг, Песчаное, Добровольщина и Потаповы Лужки). Данные формы являются наиболее доступными для живых организмов и более токсичными. Кроме того, Hg присутствует в виде органокомплексов и сульфидов (химически связанная и сульфидная). Наименьшая доля отмечается в кристаллической решетке минералов (изоморфная), т. е. недоступные и инертные формы 152 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Заключение Концентрации Hg в типичных почвах исследованных территорий соответствуют данным ранее проведенных исследований [1, 4, 5] и являются фоновыми. Концентрации Hg в почвах связаны с наличием глинистых частиц и увеличиваются со смещением реакции почвенной вытяжки в кислую сторону. При увеличении магнитной восприимчивости и электропроводности концентрации элемента снижаются. В результате исследования распределения форм Hg в типичных почвах исследованных территорий выяснили, что наибольшая доля Hg приходится на свободно связанную и физически связанную формы – наиболее доступные для живых организмов и более токсичные. В меньшей степени Hg присутствует в виде органокомплексов и сульфидов. Меньше всего Hg связано в кристаллической решетке минералов, т. е. недоступные и инертные формы. Исследования выполнены за счет средств госбюджетной темы РК 121031300154-1 ИК ИМКЭС СО РАН. Литература 1. Аношин Г. Н., Маликова И. Н., Ковалев С. И. и др. Ртуть в окружающей среде юга Западной Сибири // Химия в интересах устойчивого развития. – 1995. – Т. 3. – № 1-2. – С. 69–111. 2. Важов В. М. Гречиха на полях Алтая: Моногр. – М.: Изд. дом Академии Естествознания, 2013. 3. ГОСТ 17.4.02-84 «Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». – М., Гидрометеоиздат, 1983. 4. Демешкин А. С. Геоэкологическая оценка состояния природной среды в районе расположения российского угледобывающего рудника Баренцбург на архипелаге Шпицберген: Автореф. дис. … канд. географ. наук. – СПб., 2015. 5. Дорожукова С. Л, Янин Е. П., Волох А. А. Природные уровни ртути в некоторых типах почв нефтегазоносных районов Тюменской области // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. – Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2000. – Вып. 1. – С. 157–161. 6. Дюкарев А. Г., Пологова Н. Н. Почвы Обь-Томского междуречья // Вестник Томского государственного университета. Биология. – 2011. – № 3 (15). – С. 16–37. 7. Касимов Н. С., Власов Д. В. Кларки химических элементов как эталоны сравнения в экогеохимии // Вестник Московского университета – Сер. 5 География. – 2015. – № 2. – С. 7–17 8. Качинский Н. А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. – М.: Изд-во АН СССР, 1958. 9. Черкашина А. А., Голубцов В. А. Структура почвенного покрова Тункинской котловины // География и природные ресурсы. – 2016. – № 3. – С. 130–140. SOME FEATURES OF THE CONTENT OF MERCURY IN THE SURFACE COMPONENT OF SOILS E. E. Lyapina The article presents original data on the gross concentration of Hg in typical soils of arctic tundra boggy, steppe, forest-steppe landscapes, lacustrine-accumulative plains, as well as systems of intermontane depressions in southern Siberia. Quantitative estimates of the mercury load on the surface component of different types of soils have been obtained. The features of Hg accumulation in soils were revealed depending on the particle size distribution, pH, 153 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) electrical conductivity and magnetic susceptibility. The forms of occurrence of Hg in the humus horizon of different types of soils have been determined. Keywords: mercury, soil, physical and chemical properties, forms of occurrence of mercury, geoecology. УДК 631.465 ВЛИЯНИЕ БИОЧАРА НА ДЕГИДРОГЕНАЗНУЮ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО КАРБОНАТНОГО ПРИ СОЧЕТАННОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛЬНОГО ОПЫТА Д. С. Лысенко, В. В. Зинченко, Е. С. Федоренко, С. А. Антоненко, А. В. Горовцов, А. В. Барахов, Т. М. Минкина, С. Н. Сушкова Южный федеральный университет, Академия биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

Результаты модельного эксперимента показали высокий токсический эффект бенз[а]пирена и сочетания бенз[а]пирена и CuO. Оксид меди обладает более низким уровнем токсичности по отношению к дегидрогеназной активности. Внесение биочара повышает дегидрогеназную активность, снижая уровень токсичности поллютантов. Однако наблюдается снижение ферментативной активности при сочетании CuO с биочаром. Ключевые слова: ферментативная активность, сорбенты, загрязнение почвы. Введение Многолетнее антропогенное воздействие влечет за собой образование локальных очагов загрязнения. Тяжелые металлы и ПАУ способны оказать негативное воздействие на человека, попадая в организм по трофическим цепям. Ферментативная активность характеризует интенсивность биохимических процессов в почве. В почве ферменты участвуют в различных биохимических процессах, являющихся основными звеньями почвообразовательного процесса: синтезе и распаде гумуса, гидролизе органических соединений и т.д. [1]. Почвенные ферменты, такие как дегидрогеназы, наиболее чувствительны к воздействию различных загрязнителей. Целью данной работы было изучение влияние биочара на активность дегидрогеназ чернозема обыкновенного карбонатного при загрязнении Cu и бенз[а]пиреном в условиях модельного опыта. Методы Для закладки модельного эксперимента был использован верхний слой (0–20 см) чернозема обыкновенного карбонатного, отобранного с особо охраняемой природной территории «Персиановская заповедная степь». Вносили CuО в форме водной суспензии в количестве 300 мг/кг, БаП – в форме водного раствора ацетонитрила в концентрации 20 ПДК и биочар, после инкубации, составляющий 5% по массе от почвы. Биочар был произведен из шелухи подсолнечника при конечной температуре пиролиза 500 ⁰С. Поллютанты и биочар вносились по следующей схеме (табл. 1) 154 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Таблица 1. Схема внесения поллютантов и биочара Варианты опыта 20 ПДК БаП CuO 300 мг/кг 20 ПДК БаП + CuO 300 мг/кг 20 ПДК БаП + биочар 5% CuO 300 мг/кг + биочар 5% 20 ПДК БаП + CuO 300 мг/кг + биочар 5% Концентрация 300 мг/кг Cu соответствует встречающемуся уровню загрязнению почв Ростовской области [3]. Для определения активности дегидрогеназ фотометрически измерялось количество трифенилформазана, образовавшегося в ходе восстановления трифенилтетразолий хлорида, после его экстракции этанолом [2]. Результаты Установлено, что после внесения бенз[а]пирена дегидрогеназная активность снизилась в 8,6 раз по отношению к контролю (рис. 1). Это связано с тем, что данная концентрация бенз[а]пирена является токсичной для микроорганизмов, что нарушает клеточный метаболизм. В образце с внесением оксида меди ферментативная активность незначительно выше, чем на фоне внесения бенз[а]пирена. Однако, данный показатель в 1,7 раз ниже по сравнению с контролем. Рис. 1. Дегидрогеназная активность в условиях сочетанного загрязнения полютантами и внесении биочара В варианте с совместным загрязнением бенз[а]пирена и оксидом меди, установлено, что активность фермента снизилась по сравнению с контролем в 11,8 раз. Данный показатель является самым низким из всех вариантов в представленном опыте. Статистически достоверных отличий у образцов с сочетанным загрязнением и загрязнением только БаП обнаружено не было. 155 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Внесение биочара оказало значительное стимулирующее влияние на дегидрогеназную активность почвы. При внесении биочара в вариант с бенз[а]пиреном можно наблюдать повышение дегидрогеназной активности по и отсутствие статистически достоверных отличий от контроля. В варианте CuO 300 мг/кг + биочар 5% активность дегидрогеназ понизилась по сравнению с контролем и внесением меди в 4,4 раза и в 2,5 раза, соответственно. При совместном внесении биочара, БаП и CuO в почву активность дегидрогеназ повысилась по сравнению с вариантом без внесения биочара, но при этом показатель не превышает контрольных значений. Такое возрастание активности вероятно вызвано сорбирующими свойствами биочара. Заключение Медь в исследуемой концентрации оказала менее выраженное токсичное влияние на ферментативную активность почвы, чем 20 ПДК бенз[а]пирена. Комплексное внесение ТМ и ПАУ снижает дегидрогеназную активность сходно с 20 ПДК БаП. При внесении биочара дегидрогеназная активность повышается на загрязненных почвах, за исключением варианта с внесением CuO. Возможно, использование углеродного сорбента при загрязнении БаП способно снижать токсический эффект поллютанта в отношении почвенной микробиоты. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ 19-74-10046. Литература 1. Хазиев Ф. Х. Методы почвенной энзимологии. – М.: Наука, 2005. 2. Kızılkaya R. et al. Microbiological characteristics of soils contaminated with heavy metals // European Journal of Soil Biology. – 2004. – Т. 40. – №. 2. – С. 95–102. 3. Minkina T. M., Mandzhieva S. S., Chaplygin V. A. et al. Content and distribution of heavy metals in herbaceous plants under the effect of industrial aerosol emissions // Journal of Geochemical Exploration. – 2017. – Vol. 50(6). – P. 746–755. EFFECT OF BIOCHAR ON THE DEHYDROGENASE ACTIVITY OF HAPLIC CHERNOZEM UNDER COMBINED CONTAMINATION IN THE CONDITIONS OF THE MODEL EXPERIMENT D. S. Lysenko, V. V. Zinchenko, E. S. Fedorenko, S. A. Antonenko, A. V. Gorovtsov, A. V. Barakhov, T. M. Minkina, S. N. Sushkova The results of the model experiment showed a high toxic effect of benzo[a]pyrene and a combination of benzo[a]pyrene and CuO. Copper oxide has a lower level of toxicity in relation to dehydrogenase activity. The introduction of biochar increases the dehydrogenase activity, probably reducing the level of toxicity of pollutants. However, there is a decrease in enzymatic activity when CuO is combined with biochar. Keywords: enzymatic activity, sorbents, soil restoration. 156 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 550.47:54.027:631.416.1 ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ АЗОТА КАК ИНДИКАТОР ПРОЦЕССОВ АЗОТНОГО ЦИКЛА, СБАЛАНСИРОВАННОСТИ УГЛЕРОДНОГО И АЗОТНОГО ПИТАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ И ДОСТУПНОСТИ АЗОТА ДЛЯ РАСТЕНИЙ М. И. Макаров Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

Изотопный состав азота почв в альпийских и тундровых экосистемах является хорошим индикатором активности процессов азотного цикла – минерализации органических азотсодержащих соединений и нитрификации. Формирование изотопного состава азота в растениях также отражает доступность минеральных форм элемента и контролируется фракционированием изотопов между микоризой и растением-хозяином. Такая закономерность характерна как для кустарничков/кустарников с эрикоидной микоризой и эктомикоризой, типичных для тундровых фитоценозов, так и для трав альпийских лугов, образующих арбускулярную микоризу. Микробная биомасса почв в большинстве случаев обогащена изотопом 15N относительно других пулов азота в экосистеме. Степень обогащения связана с активностью диссимиляции азота микроорганизмами, зависящей от доступности ресурса. Показателями такой доступности являются концентрация экстрагируемого азота, активность N-минерализации и эффективность использования азота микроорганизмами. Ключевые слова: фракционирование изотопов, δ15N, N-минерализация, нитрификация, микориза, эффективность использования азота. Введение Фракционирование изотопов азота в биосфере происходит в результате дискриминации тяжелого изотопа 15N в большинстве процессов трансформации азотсодержащих соединений [2]. Теоретически это позволяет использовать изотопный состав азота почв и растений для интегральной характеристики азотного цикла и характеристики его отдельных процессов в экосистемах [1, 4]. Однако изотопный состав азота в почвах и растениях определяется комплексом взаимосвязанных факторов, что часто создает проблемы с интерпретацией экспериментальных данных [3]. К тому же результаты определений δ15N лабильных азотсодержащих соединений в почвах немногочисленны, поэтому в исследованиях азотного цикла с использованием изотопных методов, как правило, используется характеристика изотопного состава ограниченного числа азотных пулов. Это не дает возможности получить ясное представление об особенностях функционирования азотного цикла в системе «почва – микроорганизмы – растения». Методы Методом изотопной масс-спектрометрии изучен изотопный состав азота почв (включая его минеральные и органические соединения, микробную биомассу) и растений (надземные и подземные части) в альпийских экосистемах Кавказа и горнотундровых экосистемах Хибин. Объекты исследования представлены типичными для альпийского и тундрового поясов высокогорий биогеоценозами, занимающими разные позиции на геохимических катенах. В этих условиях мезорельеф является основным фактором перераспределения снежного покрова, формирования разных фитоценозов и разной активности основных процессов азотного цикла. 157 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Результаты исследований и обсуждение Трансформация соединений азота в литоземах альпийских лугов и горной тундры приводит к формированию хорошо выраженных различий в изотопном составе азота разных азотсодержащих соединений. Диапазон изменения δ15N в ряду «экстрагируемые органические соединения и микробная биомасса > Nобщ > N-NH4+ > N-NO3-» превышает 20‰. Различия δ15N в пределах одного пула азота в почвах разных экосистем выражены в несколько меньшей степени (диапазон изменения δ15N достигает 12‰). Величины δ15Nобщ и δ15N-NH4+ положительно коррелируют с активностями N-минерализации и нитрификации, свидетельствуя об аккумуляции тяжелого изотопа N в почвах экосистем с более активными процессами трансформации азотсодержащих соединений. При этом нитрификация является ключевым процессом, контролирующим изотопный состав N-NH4+. В альпийском поясе Кавказа такие экосистемы занимают срединное положение в геохимическом профиле и представлены типичными альпийскими лугами. В тундре Хибин – это злаковые луга аккумулятивных местообитаний. Фракционирование изотопов азота в системе «микориза ‒ растение» проявляет индикаторные свойства в отношении разной обеспеченности растений доступным азотом. В случае низкой доступности элемента происходит выраженное фракционирование с большей аккумуляцией 15N в корнях и преимущественным транспортом 14N в надземные части растений. При повышении доступности азота роль микоризы во фракционировании изотопов уменьшается, и изотопный состав азота растений в большей степени соответствует изотопному составу N преимущественных источников азотного питания в почве. Схожие закономерности формирования изотопного состава азота в листьях и корнях характерны, как для кустарничков горный тундры, образующих эрикоидную микоризу и эктомикоризу, так и для большинства травяных растений альпийских лугов, что может свидетельствовать о фракционировании изотопов азота грибами арбускулярной микоризы так же, как это хорошо известно для грибов в эрикоидном и эктосимбиозе. Вместе с тем, среди травяных растений встречаются виды с большим разнообразием особенностей изотопного состава азота, включая аккумуляцию более тяжелого азота в листьях в сравнении с корнями. Это свидетельствует о большем разнообразии механизмов, контролирующих наличие, отсутствие и направление фракционирования изотопов азота в симбиозе арбускулярного типа. В тех случаях, когда из-за небольшого фракционирования изотопов концентрация 15 N в растениях хорошо отражает различия в изотопном составе источников их азотного питания, предоставляется возможность идентифицировать эти источники. Частным примером использования такой возможности является индикация и количественная оценка «биологического» азота, полученного растениями в результате симбиотической азотфиксации. Так, по данным изотопного состава растений показано, что разные виды бобовых альпийских экосистем Кавказа за счет симбиотической азотфиксации получают от 30 до 90% азота. Но и в этом случае следует принимать во внимание фракционирование изотопов между симбиотическими бактериями (клубеньками) и растениемхозяином, без учета которого доля фиксированного азота в питании растений может быть занижена, если при расчете принимать во внимание результаты анализа только надземной части растений. Для более корректной оценки вклада азотфиксации в азотное питание растений по изотопным данным следует ориентироваться на средневзвешенное для всего растения (включая клубеньки) значение δ15N. Формирование изотопного состава азота микробной биомассы почв связано с процессами трансформации соединений азота, определяющими изотопный состав элемента в разных азотсодержащих соединениях, с одной стороны, и с балансом доступности углерода и азота для микроорганизмов, с другой. Изучение зависимости δ15N микробной биомассы почв от изотопного состава азота в субстрате (δ15N общего и экс158 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) трагируемого азота), а также зависимость 15N-обогащения микробной биомассы относительно субстрата от показателей доступности азота (соотношение C/N в почве, активность N-минерализации, концентрация экстрагируемого азота, эффективность использования азота) показало, что микробная биомасса, как правило, характеризуется 15N-обогащением относительно общего и экстрагируемого азота почвы. 15N-обогащение составляет 1.5‒3.1 ‰ относительно общего азота и 0.6‒4.8 ‰ относительно экстрагируемого азота. Однако в наиболее N-дефицитных условиях в почвах горнотундровых лишайниковых и кустарничковых пустошей микробная биомасса не накапливает повышенное количество изотопа 15N. Величины δ15N и 15N-обогащения не показали тесной связи с соотношением C/N в почве. Гораздо лучше аккумуляция тяжелого изотопа азота в микробной биомассе связана с N-минерализацией (положительно) и эффективностью использования азота (отрицательно). Это свидетельствует о роли микробной диссимиляции азота в контролировании изотопного состава азота микробной биомассы почв. Заключение Формирование в почвах альпийских и тундровых экосистем хорошо выраженных различий в изотопном составе азота разных азотсодержащих соединений открывает возможности для более глубокого «не деструктивного» изучения азотного цикла, включая особенности азотного питания растений и баланса доступности углерода и азота при питании почвенных микроорганизмов. Литература 1. Dawson T. E., Mambelli S., Plamboeck A. H., Templer P. H., Tu K. P. Stable isotopes in plant ecology // Annual Review of Ecology and Systematics. – 2002. – Vol. 33. – P. 507–559. 2. Hoefs J. Stable isotope geochemistry. – Berlin etc.: Springer, 2004. 3. Högberg P. 15N natural abundance in soil-plant systems // New Phytologist. – 1997. – Vol. 137. – P. 179–203. 4. Robinson D. δ15N as an integrator of the nitrogen cycle // Trends in Ecology and Evolution. – 2001. – Vol. 16. – P. 153–162. NITROGEN ISOTOPES AS INDICATORS OF NITROGEN CYCLE PROCESSES, BALANCED CARBON AND NITROGEN NUTRITION OF MICROORGANISMS, AND NITROGEN AVAILABILITY FOR PLANTS M. I. Makarov The isotopic composition of soil nitrogen in alpine and tundra ecosystems is a good indicator of the activity of nitrogen cycle processes – N-mineralization and nitrification. The formation of nitrogen isotopic composition in plants also reflects the availability of mineral forms of the element and is controlled by the fractionation of isotopes between mycorrhiza and the host plant. This pattern is characteristic of both shrubs with ericoid mycorrhiza and ectomycorrhiza, typical of tundra phytocenoses, and for grasses of alpine meadows that form arbuscular mycorrhiza. Soil microbial biomass is enriched with 15N relative to other nitrogen pools in the ecosystem. The enrichment is related to activity of nitrogen dissimilation by microorganisms depending on resource availability. Indicators of such availability are concentration of extractable nitrogen, activity of N-mineralization and nitrogen use efficiency by microorganisms. 159 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Keywords: isotope fractionation, δ15N, N-mineralization, nitrification, mycorrhiza, nitrogen use efficiency. УДК 631.4 ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕНСИМЕТРИЧЕСКИХ ФРАКЦИЙ ПОКРОВНОГО СУГЛИНКА А. Н. Мальцева, Д. Л. Пинский Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

В лабораторном эксперименте исследованы закономерности формирования органо-минеральных продуктов трансформации растительных остатков кукурузы и клевера в покровном суглинке. Органо-минеральные соединения выделены методом денсиметрического фракционирования с использованием тяжелой жидкости поливольфрамата натрия. Выявлена абиотическая роль минеральной среды в формировании и стабилизации органического вещества почв в зависимости от его источника. По данным 13С-ЯМР спектроскопии органо-минеральные соединения различной плотности характеризуются разным содержанием азот- и кислородсодержащих органических групп. Разный минералогический состав денсиметрических фракций обусловливает сепарацию стабилизирующихся органических соединений в почвах и влияет на молекулярный состав формирующихся органо-минеральных комплексов. Ключевые слова: органическое вещество, органо-минеральные взаимодействия, стабилизация, денсиметрическое фракционирование. Введение Главным источником органического вещества (ОВ) в почве является мертвая растительная биомасса. В почве в ходе трансформации растительных остатков (РО) протекают процессы биодеградации ОВ и одновременно процессы стабилизации с участием почвенных минеральных компонентов. Процессы формирования органо-минеральных соединений составляют существенный компонент глобальных биогеохимических циклов. Химическое и физическое взаимодействие продуктов трансформации РО с неорганической матрицей защищает их от микроорганизмов-деструкторов. Особенно важным представляется изучение закономерностей превращения исходных органических компонентов РО в пул защищенного ОВ в составе стабильных органо-минеральных комплексов. От прочности связи ОВ с минеральными частицами зависит его доступность микроорганизмам и, следовательно, скорость вовлечения углерода и азота в биологический круговорот веществ [1, 2]. Одним из перспективных методов исследования биогеохимической трансформации ОВ почв является денсиметрическое фракционирование. Фракционирование почвенного ОВ по плотности, в отличие от химических экстракций, позволяет выделить фракции органических и органо-минеральных веществ в наиболее неповрежденной форме, оценить их связь с определенными группами минералов и, таким образом, лучше понять механизмы взаимодействия органических и минеральных компонентов почвы [3, 4]. Метод основан на разделении ОВ свободного и связанного с минеральными частицами почвы, которое достигается флотацией и осаждением почвенных частиц в тяжелой жидкости. Цель исследования – изучение закономерностей формирования органо-минеральных соединений в процессе разложении РО контрастных по биохимическому составу в контак160 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) те с минеральными компонентами покровного суглинка методом денсиметрического фракционирования. Методы В инкубационных экспериментах использован бескарбонатный покровный суглинок, представляющей собой почвообразующую породу серой лесной почвы (отобран на территории опытно-полевой станции ИФХиБПП РАН). Суглинок смешивали с РО в соотношении 1:10 по массе и инокулировали микроорганизмами. Для опыта выбраны листья и стебли двух сельскохозяйственных культур – кукурузы (C/N 62) и клевера (C/N 12). РО предварительно высушивали на воздухе до постоянной массы и измельчали до размеров частиц 3-5 мм. Органо-минеральные смеси инкубировали в оптимальных условиях (при температуре 20º С и влажности 60% полной влагоемкости). Для определения содержания и состава сформированных органо-минеральных соединений модельные субстраты разделяли на денсиметрические фракции (ДФ) по их плотности. Денсиметрическое фракционирование проводили с помощью водных растворов поливольфрамата натрия плотностью 1.4 и 2.2 г/см3. Минералогический состав ДФ определяли методом рентгеновской дифрактометрии на установке ДРОН-3 (Cu-излучение, Ni-фильтр). Элементный состав (содержание С и N) ДФ суглинка определяли на CHNS-анализаторе Vario EL III (Elementar, Германия). Молекулярный состав ОВ фракций исследовали методом твердофазной 13С-ЯМР спектроскопии на спектрометре Avance-II NMR 400 (Bruker, Германия). Морфологические особенности образцов исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа VEGA III LSU (Tescan, Чехия). Результаты исследований В ходе денсиметрического фракционирования в каждом варианте выделены три фракции: легкая с плотностью < 1,4 г/см3 (ЛФ-1), промежуточная фракция с плотностью 1,4-2,2 г/см3 (ЛФ-2) и тяжелая с плотностью более 2,2 г/см3 (ТФ). Фракция ЛФ-1 представляет собой свободное ОВ, незащищенное минералами от биодеградации. ОВ фракций ЛФ-2 и ТФ является связанным с минеральными частицами и находится в составе органо-минеральных комплексов. Для каждого варианта инкубационного эксперимента определены содержание выделенных ДФ, их морфологические особенности, элементный состав, структурный и минералогический составы органо-минеральных соединений. В обоих вариантах опыта по массе существенно преобладала ТФ (80–91 %). Общее содержание фракций ЛФ-1 и ЛФ-2 составило 6-10 %. Анализ элементного состава ДФ выявил, что максимальное содержание углерода (около 40 %) и азота (1–4 %), отношение C/N характерно для ЛФ-1, а минимальное для тяжелых фракций обоих вариантов (в среднем Сорг 0.4 %; N 0.06-0.7 %; C/N 5-7). Проведена оценка вклада каждой ДФ в общий углеродный пул. При разложении РО кукурузы в состав ЛФ-1 входит 52 % общего углерода суглинистого субстрата, а в ЛФ-2 – 15 %. При трансформации РО клевера в состав ЛФ-1 входит всего 10 %, а во фракцию ЛФ-2 – 43 % общего углерода. Методом рентгеновской дифрактометрии определен минералогический состав органо-минеральных соединений фракций ЛФ-2 и ТФ. В составе выделенных фракций диагностируются следующие минералы: кварц, полевые шпаты, каолинит, гидрослюда (иллит), смектит. В минералогическом составе ТФ доминируют кварц и полевые шпаты, а в ЛФ-2 – преобладают глинистые минералы. Морфологический анализ ДФ показал, что в состав ЛФ-1 входят остатки не полностью разложившегося растительного материала. Фракция ЛФ-2 состоит из гетеро161 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) генных агрегатов органо-минеральных соединений, минералогическую основу которых составляют высокодисперсные глинистые минералы. ТФ включает, главным образом, ОВ дискретно сорбированное на поверхности крупных зерен кварца и полевых шпатов. Для анализа структурного состава ОВ связанного с минералами применяли метод твердофазной 13C-ЯМР спектроскопии. Обнаружено, что спектр ТФ характеризуется появлением пика в области 40–50 ppm, который отсутствует в легких фракциях. Данный сигнал может быть обусловлен аминокислотами, аминосахарами, аминоспиртами. Сигнал при 63–65 ppm, соответствующий ядрам первичных атомов углерода (СН2–O, СН2–N), интенсивнее проявился в спектрах легких фракций. В ТФ пик при 56 ppm более отчетливо выражен и немного уширен, что может указывать на присутствие замещенных алифатических аминов. Фракция ЛФ-2 отличается существенно большим по интенсивности сигналом около 170 ppm, принадлежащим в основном карбоксильным и эфирным группам, по сравнению с ТФ. Сигнал, обусловленный карбонильными группами при 197 ppm, слабо выражен в легких фракциях, в то время как в ТФ имеет значительную интенсивность. Сигнал при 190–220 ppm может быть обусловлен, главным образом, С=О группами амидов, полипептидов. Обсуждение В процессе разложения биомассы клевера и кукурузы формируются органоминеральные соединения различной плотности, вследствие разного молекулярного и минералогического состава. Установлено, что с увеличением плотности денсиметрических фракций их выход (по массе) увеличивается, а содержание С, N и отношение C/N уменьшаются. Показатель C/N уменьшается в результате увеличения доли ОВ микробного происхождения в составе фракций и более прочной стабилизации азотсодержащих соединений минеральными компонентами суглинка по мере их утяжеления. Оценены размеры пулов свободного ОВ и связанного с минеральными частицами суглинка. Выявлено, что в состав органо-минеральных соединений (фракции ЛФ-2 и ТФ) входит 32–64 % от общего содержания углерода. По результатам эксперимента выявлено влияние минералогии на химический структурный состав стабилизированного ОВ. Установлена роль отдельных функциональных групп в органо-минеральных взаимодействиях. В органо-минеральные взаимодействия широко вовлечены амидные, карбоксильные и алкильные группы. Анализ 13 С-ЯМР спектров органо-минеральных фракций показал, что отчетливо выраженные сигналы при 45, 56 и 197 ppm в ТФ указывают на более высокое содержание в ее составе азотсодержащих компонентов белковой природы. Тогда как в ЛФ-2 во взаимодействие с поверхностью вторичных минералов в большей степени вовлечены кислородсодержащие группы. Вероятно, преимущественно отрицательно заряженная поверхность кварца, являющегося основным минеральным компонентом ТФ, способствует избирательному закреплению положительно заряженных азотсодержащих продуктов трансформации РО. Таким образом, минералогический состав ДФ, также как биохимический состав РО оказывают существенное влияние на выход, элементный и структурный состав ОВ и вклад каждой фракции в общий углеродный пул. Заключение ДФ представляют собой пулы ОВ, защищенного и незащищенного минералами, с различной стабильностью и функциональной ролью в динамике Сорг и других элементов. В лабораторном эксперименте изучены закономерности формирования органо162 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) минеральных продуктов трансформации РО и физико-химической стабилизации ОВ на минеральных матрицах покровного суглинка. Оценены размеры пулов свободного и ассоциированного с минеральными частицами ОВ. Установлена взаимосвязь процессов аккумуляции продуктов разложения РО различного биохимического качества с минералогическим составом минеральных почвенных частиц. Минералогия почвы важна для определения количества сохраняющихся в почве Сорг и N, времени оборота и размеров потоков элементов между почвой и атмосферой. Работа поддержана грантом РФФИ № 19-29-05265. Литература 1. Blankinship J., Berhe A., Crow S., Druhan J., Heckman K., …, Wieder W. Improving understanding of soil organic matter dynamics by triangulating theories, measurements, and models // Biogeochemistry. – 2018. – Vol. 140. – P. 1–13. 2. Chenu C., Angers D. A., Barré P., Derrien D., Arrouays D., Balesdent J. Increasing organic stocks in agricultural soils: Knowledge gaps and potential innovations // Soil and Tillage Research. – 2019. – Vol. 188. – P. 41–52. 3. Poeplau C., Don A., Six J., Kaiser M., Benbi D., Chenu C., …, Nieder R. Isolating organic carbon fractions with varying turnover rates in temperate agricultural soils – A comprehensive method comparison // Soil Biology and Biochemistry. – 2018. – Vol. 125. – P. 10–26. 4. Yeasmin S. Organic carbon characteristics in density fractions of soils with contrasting mineralogies // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2017. – Vol. 218. – P. 215–236. ORGANO-MINERAL ASSOCIATIONS OF DENSITY FRACTIONS OF MANTLE LOAM A. N. Maltseva, D. L. Pinskiy The regularities of the formation of organo-mineral transformation products of plant residues of corn and clover in mantle loam was investigated in a laboratory experiment. Organo-mineral compounds were isolated by density fractionation using a heavy liquid sodium polytungstate. The abiotic role of the mineral environment in the formation and stabilization of soil organic matter was revealed, depending on its source. According to 13C-NMR spectroscopy data, organo-mineral compounds of various densities are characterized by different contents of nitrogen- and oxygen-containing organic groups. The different mineralogical composition of density fractions determines the separation of stabilizing organic compounds in soils and affects the molecular composition of the forming organo-mineral complexes. Keywords: organic matter, organo-mineral interactions, stabilization, density fractionation. УДК 631.4 ИЗМЕНЕНИЕ УРЕАЗНОЙ АКТИВНОСТИ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПОЧВЫ И ВНЕСЕНИИ БИОЧАРА А. А. Пахота, Е. С. Федоренко, М. Р. Крепакова, Е. С. Лацынник, В. В. Зинченко, Г. О. Коркин, А. В. Горовцов, Т. М. Минкина Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

Вследствие антропогенного влияния на природные экосистемы возможно загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) и полициклическими ароматическими углеводо163 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) родами (ПАУ), ухудшение экологического состояния земель. Индикатором стрессового состояния часто является ферментативная активность почв. Один из перспективных методов ремедиации почв – использование углеродных сорбентов, например биочара. Для изучения влияния биочара на уреазную активность был заложен модельный вегетационный опыт с внесением бензапирена и оксида меди. Внесение биочара оказало положительный эффект, демонстрируя значения превышающие показания контрольного образца. Ключевые слова: ферментативная активность, загрязнение почвы, сорбенты, восстановление почв. Введение В наше время антропогенные процессы пагубно влияют на окружающую среду. Существует вероятность попадания высоких доз поллютантов в круговороты веществ, что приводит к разрушению множества природных систем. В число самых опасных загрязнителей входят ТМ и ПАУ. Тяжелыми металлами называют элементы атомной массой больше 50, например: хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий и т. д. ПАУ также имеют большое разнообразие. Опасность данных поллютантов заключается в наличии множества источников, бесконтрольном попадании в окружающую среду и легком закреплением в ней, все вышеперечисленное вызывает сложности с очисткой загрязненных почв. В связи с этим, разработаны различные меры по сохранению почв, осуществляется экологический мониторинг окружающей среды. Один из методов ремедиации – внесение сорбентов, способных устранить пагубное действие поллютантов, например, биочара (сорбент с высоким содержанием углерода, который образуется при нагревании биомассы). Индикаторами загрязнения почвы являются ферменты чувствительные к поллютантам. Одним из наиболее часто используемых в биоиндикации ферментов является уреаза, катализирующая гидролиз мочевины, ее распад на аммиак и углекислоту [2, 3]. Она содержит в активном центре никель, в связи с чем загрязнение многими тяжелыми металлами подавляет ее синтез микроорганизмами по механизму конкурентного ингибирования [6]. Изменение уреазной активности почвы может служить начальным показателем негативного воздействия поллютанта на почву поскольку данный фермент быстро реагирует на катионы тяжелых металлов и на поступление органических поллютантов. Целью данной работы было изучение влияния биочара на уреазную активность чернозема обыкновенного карбонатного Ростовской области при загрязнении Cu и бенз[а]пиреном в условиях модельного опыта. Методы Для достижения поставленной цели был заложен модельный вегетационный опыт с посадкой семян томата (Solánum lycopérsicum) раннеспелого сорта «Белый налив 241». Использовался верхний слой (0-20 см) чернозема обыкновенного, отобранный на территории ООПТ «Персиановская заповедная степь». Загрязнение почвы осуществлялось внесением CuO в количестве 10000 мг/кг и 60 ПДК бенз[а]пирена (БаП), а также биочар, составляющий 5 % от всей массы. Активность уреазы определялась по скорости образования аммония, который определялся модифицированным индофенольным методом [4]. Результаты и обсуждение По результатам исследования минимальная активность фермента отмечена в вариантах опыта с внесением бенз[а]пирена и оксида меди, показатели снизились на 164 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 33,3 % и 58,9 % соответственно по сравнению с контролем. Анализируя полученные результаты, можно предположить, что при данных дозах поллютанта, микроорганизмы, вырабатывающие фермент, оказываются подавлены и выработка фермента снижается. Рис. 1. Уреазная активность при внесении 5% биочара в условиях загрязнения оксидом меди в дозе 10000 мг/кг и 60 ПДК БаП В варианте с совместным загрязнением БаП и оксидом меди, мы видим, что активность фермента при загрязнении равна нулю. Уреаза является экзоферментом, т. е. активно адсорбируется почвенными коллоидами и имеет высокое сродство к ним. Связь с почвенными коллоидами предохраняет фермент от разложения микроорганизмами и способствует ее аккумуляции в почве. В данном случае, когда показатели активности равны нулю, можем сказать, что за счет загрязнения тяжёлыми металлами и бенз[а]пиреном, происходит полная деградация фермента. Следовательно, наиболее сильно активность данного фермента снижается именно при совместном воздействии тяжелых металлов и полиароматических углеводородов. Внесение биочара оказало существенное влияние на активность в рамках проведенного модельного опыта. Если рассматривать следующие два варианта: контроль и 60 ПДК БаП и биочар, ферментативная активность превышает контрольные значения на 47 %. В варианте CuO 10000 мг/кг + биочар 5 % значение на 28 % больше контроля, а в 60 ПДК БаП + CuO 10000 мг/кг + биочар 5 % показатель уменьшился на 21 %. Заключение Исходя из полученных нами данных, можно сделать вывод, что на почвах, загрязненных бенз[а]пиреном и оксидом меди происходит достоверное снижение активности фермента. Однако потенциальная возможность очистки почвы от токсикантов доказывается повышением уреазной активности после внесения биочара. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 19-74-10046 Литература 1. Алиева И. В. и др. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д. Г. Звягинцева. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. – С. 132–140. 2. Хазиев Ф. Х. Методы почвенной энзимологии. – Наука, 1990. – С. 252. 4. Kandeler E., Gerber H. Short-term assay of soil urease activity using colorimetric determination of ammonium // Biology and fertility of Soils. – 1988. – Vol. 6. – № 1. – P. 68–72. 165 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 5. Tuyiringire D., Yifan W. Adverse effects associated with the application of biochar in aqueous and terrestrial ecosystems // Инновационные тенденции развития российской науки. – 2020. – С. 132–140. 6. Швакова Э. В. Изменение активности уреазы при повышенных содержаниях тяжелых металлов (Pb, Zn, Cu) в почве // Arctic Environmental Research. – 2013. – № 2. – P. 66. CHANGES IN UREASE ACTIVITY DURING ARTIFICIAL SOIL CONTAMINATION AND BIOCHAR APPLICATION A. A. Pahota, E. S. Fedorenko, M. R. Krepakova, E. S. Latsynnik, V. V. Zinchenko, A. V. Gorovtsov, T. M. Minkina Due to anthropogenic influence on natural ecosystems, soil pollution with heavy metals (HM) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), deterioration of the ecological state of lands is possible. An indicator of a stress state is often the enzymatic activity of soils. One of the promising methods of soil remediation is the use of carbon sorbents, for example, biochar. To study the effect of biochar on urease activity, a model vegetation experiment with the introduction of benzopyrene and copper oxide was laid. The introduction of biochar had a positive effect, showing values exceeding the readings of the control sample. Keywords: enzymatic activity; soil pollution; sorbents; soil restoration. УДК 631.41 ОСОБЕННОСТИ ФОРМ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ НА ПЛАНИРУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА «ТУЛЬСКИЕ ЗАСЕКИ» Л. В. Переломов1, Д. Л. Пинский2, Ю. М. Атрощенко1 1 Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого (г. Тула, Россия) e-mail:

2 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

Изучено общее содержание и содержание подвижных форм ряда тяжёлых металлов в серых лесных почвах естественного сложения под широколиственным лесом и прилегающих к ним почв агроэкосистем. Обнаружены различия в содержании валовых и подвижных форм тяжелых металлов в естественных и пахотных почвах. Методом последовательных экстракций установлено, что максимальное количество марганца в исследованных почвах естественного сложения находится во фракции гидроксидов железа и марганца, цинка – в остаточной фракции первичных и глинистых минералов, свинца – во фракции гидроксидов железа и марганца; также значительное количество свинца находится в остаточной фракции. Выявлена особая роль марганца в круговороте элементов широколиственного леса. Ключевые слова: микроэлементы, почвы, формы соединений элементов, последовательные экстракции, Mn, Pb, Zn. 166 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Введение По мнению Г. В. Мотузовой [1] сложившийся биологический круговорот элементов находит своё отражение в системе термодинамически устойчивых в данных условиях соединений этих элементов в почвах. Устойчивость системы соединений химических элементов приобретается в процессе длительной эволюции почв путём последовательной смены этапов мобилизации, перемещения, аккумуляции химических веществ, разрушения неустойчивых в данных условиях соединений и накопления наиболее стабильных из них. С химической точки зрения существует относительно небольшое количество принципиально различающихся форм соединений тяжёлых металлов (ТМ) в почвах: формы, образованные в результате изоморфного замещения и фиксации элементов в дефектах кристаллических структур почвенных минералов, осадки малорастворимых солей, сформировавшиеся в результате процессов осаждения или соосаждения совместно с другими малорастворимыми осадками, собственные минералы элементов и ионы, адсорбированные на поверхности почвенных частиц и аккумулированные на поверхности или внутри клеток почвенной биоты [2, 3]. Однако, реальная картина распределения тяжёлых металлов по формам нахождения значительно сложнее, чем представляется на основе чисто теоретического рассмотрения, вследствие того, что механизмы процессов трансформации соединений элементов в почвах весьма сложны и разнообразны. К тому же многие из этих механизмов в почвах реализуются одновременно, а образующиеся в результате перераспределения формы по устойчивости к внешним воздействиям образуют непрерывный спектр соединений, что чрезвычайно затрудняет их экспериментальное определение. Одним из распространённых подходов к изучению форм соединений элементов в почвах является использование методов последовательных химических экстракций, которые позволяют классифицировать микроэлементы по их подвижности (прочности связи с почвенными частицами) и взаимосвязи с теми или иными компонентами почв. Нами были изучены формы соединений ряда тяжелых металлов (Mn, Zn, Pb) в серых лесных почвах под широколиственными лесами бывшего заповедника «Тульские засеки» в условиях естественного биологического круговорота элементов с использованием метода последовательных экстракций. Объекты и методы В настоящий момент изученная территория планируется к включению в создаваемый национальный парк «Тульские засеки». Растительность представлена в первом ярусе дубом, липой, кленом и ясенем; в подлеске – клен, лещина, жимолость, бересклет; травянистый ярус – купена, копытень европейский, сныть обыкновенная, сочевичник весенний, медуница неясная, осока, звездчатка ланцетная. Из всех водораздельных широколиственных лесов области только почвы Тульских засек в силу исторических причин на протяжении длительного времени (некоторые – никогда) не использовались под пашню. Химические и физические свойства верхнего горизонта изученных серых лесных почв, изученные принятыми в отечественном почвоведении методами, приведены в таблице 1. Для изучения форм соединений ТМ использовалась схема последовательных экстракций [4], которая позволяет выделить следующие фракции металлов (таблица 2). Таблица 1. Свойства изученных серых лесных почв (горизонт А) Гумус, % рНсол Р2О5, мг/100 г К2О, мг/100 г Са, мгэкв/100 г Мg, мгэкв/100 г K, мгэкв/100 г Na, мгэкв/100 г Физ. песок, % Физ. глина, % 2,9 5,4 5 18,7 7,0 1,45 0,34 0,08 76,0 24,0 167 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Таблица 2. Схема последовательных селективных экстракций Tessier et al. (1979) [4] Название фракции Экстрагент, условия экстракции 1.Обменная (Ex) 1M MgCl2 (pH 7) 2.Связанная с карбонатами (специфически 1 M CH3COONa (pH 5) сорбированная для некарбонатных почв)) (AcNa) 3.Связанная с оксидами/гидроксидами Fe 0,04 NH2OHHCl + 25 % (V) CH3COOH и Mn (Ox) (96±3) 4.Связанная в прочные комплексы с орга- HNO3 + H2O2 (t=85±2) ническим веществом (Or) 5.Остаточная (Res) HClO4 + HF Результаты и их обсуждение Распределению ТМ по профилю серых лесных почв бывшего заповедника «Тульские засеки» посвящены работы Н. Г. Зырина и Н. А. Чеботарёвой [5], И. Г. Побединцевой с соавт. [6], И. С. Урусевской [7] и др. Согласно ранее проведенным исследованиям железо в серых лесных почвах «Тульских засек» распределяется по элювиальноилювиальному типу и достигает максимальных концентраций в горизонте В1. Распределение марганца по профилю носит гумусово-аккумулятивный характер [7]. Марганец не обнаруживает связи с иллювиированием глин и не накапливается в горизонте В1. Характер распределения валового цинка по вертикальному профилю серых лесных почв различен и обуславливается соотношением процессов биологической аккумуляции и элювиирования, которые определяются конкретными эколого-почвенными условиями [8]. Сведения о закономерностях распределения свинца в серых лесных почвах «Тульских засек» противоречивы. Одни авторы [7] указывают, что валовый свинец имеет элювиально-иллювиальное распределение в профиле с обеднением верхних горизонтов, другие [5] обнаружили аккумуляцию свинца илистой фракцией гумусового горизонта. Полученные нами данные о содержании валовых и подвижных форм ряда тяжелых металлов в горизонте А серых лесных почв под широколиственным лесом приведены в таблице 3. Коэффициент подвижности, который численно равен отношению концентрации подвижной формы элемента к его общей концентрации для почв под дубравой изменяется следующим образом: Fe (0,14 %) < Pb (2,6 %) < Ni (2,9 %) < Zn (3,6 %) < Mn (9,0 %) < Cd (35,7 %). В изученных нами пахотных серых лесных почвах этого района по сравнению с почвами естественного сложения происходит уменьшение общего содержания марганца и кадмия, что может свидетельствовать об их преимущественном выносе из почв агроэкосистем. Концентрации валовых железа и никеля в пахотных почвах увеличиваются, что с уменьшением их подвижности может быть обусловлено их иммобилизацией. Для изученных нами пахотных серых лесных почв этого района коэффициент подвижности возрастает в ряду: Fe (0,06 %) < Pb (2,5 %) < Ni (1,9 %) < Zn (7,3 %)< Mn (7,3 %) < Cd (25,0 %). В верхнем горизонте пахотных почв по сравнению с почвами под дубравой уменьшаются концентрации подвижных форм Fe, Mn, Cd, остаётся без изменений – Pb, увеличивается – Zn. Формы соединений ТМ в почвах определяется минералогическим составом почвообразующих пород, участием элемента в биогеохимическом круговороте, физикохимическими свойствами почвы, химическими свойствами элементов. 168 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Таблица 3. Содержание ТМ в серых лесных почвах естественного сложения (мг/кг) Валовые формы Подвижные формы (экстрагируемые ацетатно аммонийным буферным раствором с рН 4,8) n Х Sx 7 20,4 1,2 7 138,6 1,9 7 2,4 0,2 7 0,7 0,04 7 0,47 0,03 7 0,15 0,01 Элемент Fe Mn Zn Ni Pb Cd N 7 7 7 7 7 7 Х 14500 1544 66 24 18 0,42 Sx 750 85 3 1,0 0,8 0,03 Рис. 1. Фракционный состав тяжелых металлов, извлекаемый методом последовательных экстракций из серых лесных почв под широколиственным лесом Максимальное количество марганца в исследованных почвах находится во фракции гидроксидов железа и марганца, цинка – в остаточной фракции первичных и глинистых минералов, свинца – во фракции гидроксидов железа и марганца; также значительное количество свинца находится остаточной фракции (рис. 1). Несмотря на то, что в ландшафтах цинк принято считать более активным мигрантом чем марганец [9], абсолютное и процентное его содержание в наиболее подвижных фракциях (обменной и экстрагируемой ацетатом натрия) в почвах под дубравой меньше содержания марганца в этих фракциях. Во фракции гидроксидов железа и марганца аккумулируется 78,5 % марганца, 48,3 % свинца, 16,8 % цинка. Роль органического вещества в иммобилизации металлов невелика и изменяется от 5,1 % для марганца до 7,4 % для свинца и 9,9 % для цинка (рис. 1). Значительное общее содержание и содержание мобильных форм марганца в почвах под климаксовым сообществом широколиственного леса свидетельствует об активном участии элемента в биологическом круговороте. И. Г. Побединцева [6] отмечает, что в условиях Среднерусской лесостепи основные виды-эдификаторы «Тульских засек» – дуб черешчатый, липа мелколистная и клён остролистый являются манганофитами. Дуб и клён 169 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) характеризуются наиболее высоким содержанием в листьях марганца, превышающим в 1,5–2 раза их среднее содержание в листьях широколиственных пород. Опад и дубравное широкотравье содержат в своём составе марганца значительно больше, чем травянистая растительность луговых ценозов – 530 мг/кг сухого вещества в опаде и 156 мг/кг сухого вещества в биомассе травянистого яруса леса по сравнению с 80,5 мг/кг в луговой растительности. По мнению Г. В. Мотузовой [1] участие растительного покрова в накоплении марганца сводится к тому, что корни растений переносят элемент в верхнюю часть почвенного профиля. При гумификации органических остатков металл, не связанный с ним прочно, быстро освобождается и фиксируется в форме диоксида. Заключение Формы соединений элементов могут стать индикаторными показателями для обнаружения экосистем с биологическим круговоротом элементов, близким к естественному. Таким образом могут быть определены малонарушенные экосистемы, требующие сохранения как эталонные с приданием статуса особо охраняемой природной территории. Работы планируется продолжить в лаборатории биогеохимии, создаваемой в рамках НОЦ «Тулатех». Литература 1. Мотузова Г. В. Соединения химических элементов в почвах как природная система // Вестник Московского университета. Сер. Почвоведение. – 1994. – № 3. – С. 55–63. 2. Пинский Д. Л. Ионообменные процессы в почвах. – Пущино, 1997. 3. Переломов Л. В., Переломова И. В., Пинский Д. Л. Молекулярные механизмы взаимодействия между микроэлементами и микроорганизмами в биокосных системах (биосорбция и биоаккумуляция) // Агрохимия. – 2013. – № 3. – С. 80–94. 4. Tessier A., Campbell P. G. C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Analytical chemistry. – 1979. – Vol. 51. – № 7. – P. 844–851. 5. Зырин Н. Г., Чеботарёва Н. А. К вопросу о формах соединений меди, цинка и свинца в почвах и доступность их для растений // Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах. – М., 1973. – С. 350–386. 6. Побединцева И. Г., Гаврилова И. П., Дианова Т. М. Геохимические особенности лесостепного ландшафта (на примере заповедника «Тульские засеки») // Методология и методика почвенных и ландшафтно-геохимических исследований. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. – С. 73–95. 7. Урусевская И. С. Микроэлементы в серых лесных почвах Среднерусской возвышенности // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. – 1997. – № 4. – С. 41–52. 8. Протасова Н. А., Щербаков А. П., Копаева М. Т. Редкие и рассеянные элементы в почвах Центрального Черноземья. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1992. 9. Перельман А. И. Геохимия ландшафта. – М.: Высш. школа, 1975. FEATURES OF THE FRACTIONAL COMPOSITION OF HEAVY METALS IN GRAY FOREST SOILS OF THE PLANNED TERRITORY OF THE NATIONAL PARK "TULSKIE ZASEKY" L. V. Perelomov, D. L. Pinskiy, Yu. M. Atroshchenko The content of total and mobile forms of a number of microelements in natural gray forest soils has been studied. The method of sequential extractions to determine the forms of trace element compounds and the role of soil components in their accumulation was used. 170 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Significant differences in the content of total and mobile forms of microelements in natural and arable soils were found. The maximum amount of manganese in the studied soils is found in the fraction of iron and manganese hydroxides, zinc - in the residual fraction of primary and clay minerals, lead - in the fraction of iron and manganese hydroxides; also a significant amount of lead is found in the residual fraction. The special role of manganese in the circulation of elements of oak forest was revealed. Keywords: microelements, soils, speciation of microelements, sequential extractions, manganese. УДК 631.41 ОСОБЕННОСТИ СТАБИЛИЗАЦИИ Cu2+ и Zn2+ КОНТРАСТНЫМИ ПО СОСТАВУ И СВОЙСТВАМ ПОЧВАМИ Д. Л. Пинский1, Т. В. Алексеева1, C. Forano2, P. Besse-Hoggan2, А. Д. Иовчева1, Т. М. Минкина3 1 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

2 Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, Université Blaise Pascal (Aubière Cedex, France) e-mail:

3 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

Изучена сорбция катионов Cu2+ и Zn2+ почвами контрастными по составу и свойствам. Показано, что форма изотерм и их положение относительно осей координат зависят как от состава и свойств исследуемых почв, так и от свойств катионов тяжелых металлов (ТМ). Формы нахождения сорбированной меди в черноземе и красноземе изучены методом последовательных селективных экстракций. Рассмотрена возможность поглощения ТМ за счет механизмов необменного характера, таких как осаждение, комплексообразование с гуминовыми кислотами почв и изоморфного замещения Al3+ в октаэдрических позициях глинистых минералов. Ключевые слова: тяжелые металлы, сорбция, осадкообразование, механизмы взаимодействия. Введение Поглотительная способность почв играет исключительно важную роль в почвообразовании и функционировании почв в биосфере, в том числе в обеспечении плодородия почв и их протекторных функций в условиях загрязнения. Взаимодействие органических и минеральных компонентов почвы является мощным регулятором эмиссии парниковых газов из почв в атмосферу [3]. Важность этих свойств почвы с каждым годом увеличивается в связи с ростом населения Земли и повышением требований к качеству жизни. Вместе с тем, протекторные функции почв в биосфере, связанные с иммобилизацией ТМ и органических поллютантов в малоподвижные труднодоступные для почвенной биоты соединения, требуют более глубокого исследования механизмов поглотительной способности почв по отношению к этим соединениям. Понимание механизмов поглотительной способности почв по отношению к различным химическим веществам является ключом к решению многих теоретических и практических проблем современного почвоведения и охраны окружающей среды. Целью настоящей работы 171 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) является сравнительный анализ экспериментальных данных, полученных при изучении поглощения катионов Cu2+ и Zn2+ контрастными по составу и свойствам почвами. Объекты и методы Исследования сорбционных процессов проводили на почвах, существенно различающихся по химическому составу и свойствам: красноземе (Абхазия), серой лесной почве (Московская область), черноземе обыкновенном (Ростовская область) и вертисоли (Франция, Клермонд-Ферран). Основные характеристики исследуемых почв, полученные общепринятыми методами, представлены в табл. 1. Таблица 1. Основные физико-химические свойства изучаемых почв (слой 0–20 см) Почва Краснозем Серая лесная Чернозем Вертисоль рНводн. Сорг, % СаСО3, % Удельная поверхность, м2/г ЕКО, мМ(+)∙ кг‾1 Гранулометрический состав, % песок Пыль глина Fe2O3, % вал 5.83 6.70 0.56 1.50 1.93 0.66 50.63 8.57 42.5 17.8 28.7 27.8 47.0 54.2 24.3 18.0 9.31 3.12 7.78 7.94 2.91 1.71 2.72 11.10 43.59 80.67 49.4 50.2 7.5 29.0 59.9 51.0 32.6 20.0 5.13 4.94 Изотермы адсорбции ТМ почвами строили по методике, изложенной в работах [2, 3]. Для расчета параметров адсорбции использовали уравнения Ленгмюра (1), Фрейдлиха (2) и статистическую программу SigmaPlot 12,5: , (1) 1 1 где – - константа Ленгмюра (l∙мМ‾ ), - максимальная адсорбция (мМ∙кг‾ ); 1 количество адсорбированного вещества (мМ∙кг‾ ), Ср – концентрация вещества в равновесном растворе (мМ∙л‾1). Формы нахождения адсорбированных ТМ производили методом последовательных селективных экстракций (ПСЭ) в авторской модификации. Результаты и обсуждение На рис. 1. представлены изотермы сорбции катионов Cu2+ и Zn2+ почвами из растворов азотнокислых солей в широком диапазоне концентраций. Из графиков видно, что изотермы адсорбции Cu2+ по степени близости к оси ординат образуют ряд: серая лесная почва < краснозем << чернозем ≈ вертисоль, а Zn2+: серая лесная почва ≈ краснозем < чернозем << вертисоль. Причем изотермы адсорбции Cu2+ черноземом и вертисолью, а также Zn2+ вертисолью образуют почти прямые линии параллельные оси ординат. Следует отметить, что положение изотерм на графиках, их близость к оси ординат характеризует сродство сорбента к сорбату. Следовательно, сродство чернозема и, особенно, вертисоли к исследуемым катионам намного выше, чем серой лесной почвы и краснозема. Таким образом, при взаимодействии Cu2+ c черноземом и вертисолью, а Zn2+ с вертисолью сорбция может происходить значительных количествах. Такой характер поглотительной способности возможен, в частности, при образовании осадков малорастворимых соединений, например, карбонатов, оксигидроксидов ТМ и тройных катион-анионных комплексов на поверхности оксигидроксидов Fe и Al [5]. Изотермы адсорбции Cu2+ и Zn2+ серой лесной почвой и красноземом имеют форму типичную для ограниченной адсорбции Ленгмюра – это выпуклые кривые стремящиеся к предельным значениям при увеличении Ср. Причем, изотермы адсорбции Zn2+ серой лесной почвой и красноземом практически совпадают. 172 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Параметры адсорбции Cu2+ и Zn2+, рассчитанные по уравнению Ленгмюра, представлены в табл. 2. Для сорбции Zn2+ значения kL возрастают в ряду: краснозем < серая лесная почва << чернозем << вертисоль, что соответствует увеличению прочность связи Zn с ППК. Значения kL для сорбции Cu красноземом и серой лесной почвой выше, чем для сорбции Zn, а для чернозема и вертисоли значительно ниже. При этом величины максимальных адсорбций Cu в 5-6 раз больше, чем Zn. Это возможно, если в процессе поглощения существенную роль начинают играть необменные механизмы, например, поверхностное осадкообразование. Вероятность таких процессов ранее была показана в работах [2, 6]. Важно отметить, что сам процесс осадкообразования описывается уравнением идентичным уравнению Ленгмюра и, потому, в экспериментальных опытах он неотличим от поверхностной адсорбции [6]. Рис. 1. Изотермы адсорбции ТМ почвами: 1 – серая лесная, 2 – краснозем, 3 – чернозем обыкновенный, 4 – вертисоль Таблица 2. Параметры адсорбции Cu и Zn почвами, рассчитанные по уравнению Ленгмюра KL, л∙мM –1 C∞, мM∙кг–1 Почва Zn Краснозем 1.25 ± 0.28 33.66 ± 2.84 Серая лесная 2.07 ± 0.55 29.23 ± 2.38 Чернозем 10.87 ± 1.62 32.24 ± 1.88 обыкновенный Вертисоль 39.51 ± 9.14 43.28 ± 2.77 Cu Краснозем 1.99 ± 0.60 35.29 ± 3.00 Серая лесная 8.49 ± 1.31 36.35 ± 1.43 Чернозем 3.86 ± 2.44 203.09 ± 105.57 обыкновенный Вертисоль 7.12 ± 4.13 209.52 ± 101.94 R R2 0.987 0.979 0.993 0.973 0.959 0.985 0.981 0.963 0.973 0.990 0.983 0.950 0.975 0.962 0,990 0,979 Изучение распределения поглощенной меди исследуемыми почвами методом ПСЭ показало, что наибольшее количество ее в красноземе находится в обменной форме, а в вертисоли – в водорастворимой (рис. 2). Кроме того, количество Cu в остаточной форме вертисоли практически в 2 раза больше, чем в остаточной форме краснозема, что свидетельствует о более прочной связи этой части внесенной меди с вертисолью. Анализ тонкой структуры рентгеновского спектра поглощения (XANES) чернозема обыкновенного, загрязненного медью, показал, что при взаимодействии Cu2+ с гу173 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) миновыми кислотами чернозема возможно образование прочных октаэдрических внутрисферных комплексов хелатного типа. Поглощенные почвой катионы Cu2+ могут замещать часть ионов Al3+ в октаэдрических позициях глинистых минералов. Возможна также адсорбция меди в форме димера (Cu-Cu) силикатными и/или алюминиевыми группами, имеющими неполную координацию или дефекты структуры [1]. 50 % от внесенного ТМ 40 К В 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 Номера фракций Рис. 2. Распределение внесенной меди по фракциям методом последовательных селективных экстракций в красноземе (К) и вертисоли (В): 1 – водорастворимая, 2 – обменная, 3 – связанная с карбонатами, 4 – связанная с оксидами Fe и Mn, 5 – связанная с органическим веществом, 6 – остаточная Заключение Исследование сорбции катионов Cu2+ и Zn2+ контрастными по составу и свойствам почвами показало, что форма изотерм и их расположение относительно осей координат зависит как от состава и свойств исследуемых почв, так и от свойств катионов ТМ. Катионы Cu2+ имеют исключительно высокое сродство к чернозему и, особенно, к вертисоли, а ионы Zn2+ – к вертисоли. Их изотермы представляют собой почти прямые линии, расположенные вблизи оси ординат. Изотермы адсорбции Cu2+ и Zn2+ красноземом и серой лесной почвой имеют типичную ленгмюровскую форму. Форма изотерм сорбции ТМ черноземом и вертисолью, а также данные ПСЭ и XANES указывают на участие в процессе механизмов необменного характера – образования поверхностных осадков, прочных комплексов хелатного типа с органическим веществом почв и изоморфным замещением Al3+ в октаэдрических позициях глинистых минералов. Работа выполнена по теме Государственного задания № АААА-А18-118013190180-9 (50 %) и при финансовой поддержке РФФИ, проект № 19-29-05265 (50 %). Литература 1. Пинский Д. Л., Минкина Т. М., Бауэр Т. В., Невидомская Д. Г., Манджиева С. С., Бурачевская М. В. Поглощение меди черноземными почвами и почвообразующими породами юга России // Геохимия. – 2018. – № 3. – С. 280–289. 2. Пинский Д. Л., Фиала К. Химия тяжелых металлов в окружающей среде // Загрязняющие вещества в окружающей среде. – Пущино; Братислава, 1991. – С. 75–115. 3. Bauer T. V. Pinskii D. L. Minkina T. M. et al. Application of XAFS and XRD methods for describing the copper and zinc adsorption characteristics in hydromorphic soils // Environmental Geochemistry and Health. – 2020. – URL: https://doi.org/10.1007/s10653-020-00773-2 4. Haddix M. L., Gregorich E. G., Helgason B. L. et al. Climate, carbon content, and soil texture control the independent formation and persistence of particulate and mineralassociated organic matter in soil // Geoderma. – 2020. – Vol. 363. – P. 114–160. 174 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 5. Kumpiene Ju., Lagerkvist A., Maurice Ch. Stabilization of As, Cr, Cu, Pb and Zn in soil using amendments – A review // Waste Management. – 2008. – Vol. 28. – P. 215–225. 6. Sposito G. The surface chemistry of soils. – Oxford; N. Y.: Oxford University Press; Clarendon Press, 1984. THE FEATURES OF CU2+ AND ZN2+ STABILIZATION BY CONTRAST SOILS WITH DIFFERENT COMPOSITION AND PROPERTIES D. L. Pinskii, T. V. Alekseeva, C. Forano, P. Besse-Hoggan, A. D. Iovcheva, T. M. Minkina The sorption of Cu2+ and Zn2+ cations by soils with contrasting composition and properties has been studied. It is shown that the shape of the isotherms and their location relative to the coordinate axes depend on the composition and properties of the studied soils and on the properties of heavy metals (HM) cations. The forms existence of sorbed copper in chernozem and red soil were studied by the method of successive selective extractions. The possibility of HM sorption due to mechanisms of non-exchange nature such as precipitation, complexation with humic acids of soils and isomorphic substitution of Al3+ in octahedral positions of clay minerals is considered. Keywords: heavy metals, sorption, precipitation, interaction mechanisms. УДК 631.416.8 НАКОПЛЕНИЕ ЦЕЗИЯ-137 ИЛЛЮВИАЛЬНО-ЖЕЛЕЗИСТЫМИ ПОДЗОЛАМИ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА М. Б. Попова Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) Плотность загрязнения (запас) 137Cs корнеобитаемой толщи (0-30 см) в подзолах илювиально-железистых карликовых и мелкоподзолистых (Albic Podzol), сформированных под сосняками чернично-лишайниковыми и зеленомошно-лишайниковочерничными в районе расположения Кольской атомной электростанции, существенно ниже установленного уровня относительно удовлетворительной экологической обстановки в 37 кБк/м2 и составляет 0,53–2,46 кБк/м2. Значительная доля 137Cs (от 60 до 90%) сосредоточена в минеральных горизонтах. Показано, что плотность загрязнения 137Cs в зоне наблюдения атомной электростанции обусловлена преимущественно глобальными выпадениями. Наибольшее влияние на накопление 137Cs оказывает запас органического вещества в исследованных почвах. Ключевые слова: радиоцезий, плотность загрязнения, подзол, глобальные радиоактивные выпадения, профильное распределение. Введение В последние годы изучение северотаежных экосистем [1] стало одним из наиболее актуальных направлений научных исследований в нашей стране в связи со слабой устойчивостью этих сообществ к различным типам антропогенного воздействия, вклю175 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) чая радиационное загрязнение. Кольская атомная электростанция (КоАЭС) расположена за Полярным кругом на берегу озера Имандра. В настоящий момент в литературе имеются немногочисленные сведения о содержании техногенного 137Cs в отдельно взятых объектах окружающей среды в районе расположения атомной станции [2,3]. Подробное изучение поведения 137Cs в почвах зоны влияния КоАЭС, включая его профильное распределение, ранее не проводилось. Между тем, некоторые исследования, опубликованные отечественными специалистами, указывают на более высокую подвижность 137Cs в подзолах по сравнению с почвами других типов [4]. Высокой подвижности данного радионуклида способствует низкая емкость катионного обмена, малое содержание глинистых минералов и растворимого органического вещества, а также кислая реакция среды [5]. Методы Почвы вокруг КоАЭС исследованы по сети мониторинговых площадок в виде радиально-концентрической системы, состоящей из 12 стационарных площадок: одна площадка расположена в пределах санитарно-защитной зоны (СЗЗ) атомной станции, 6 – в зоне наблюдения на расстоянии до 10 км от станции, 4 – на границе зоны наблюдения на расстоянии 15 км и одна фоновая площадка на расстоянии 30 км от станции. Для площадок были выбраны автоморфные участки с однородной растительностью. На каждой из выбранных площадок исследовано по одному почвенному разрезу. Пробы органогенных горизонтов отбирали с использованием рамки площадью от 400 до 1600 см2 (в зависимости от мощности горизонтов подстилки). Образцы минеральных горизонтов отбирали из их толщи. Результаты исследований Плотность загрязнения (запас) 137Cs в корнеобитаемой толще (0-30 см) исследованных почв составляет 0.53-2.46 кБк/м2, что существенно ниже установленного уровня относительно удовлетворительной экологической обстановки в 37 кБк/м2 (1 Ки/км2) и позволяет отнести исследованные участки к незагрязненным территориям []. Плотность загрязнения почвы глобальными выпадениями 137Cs для широтного пояса 60-70º с.ш. с учетом радиоактивного распада должна составлять в настоящее время около 1.0-1.5 кБк/м2 []. В западной Швеции плотности загрязнения почвы от глобальных выпадений между 1962 и 1966 гг. составляли 1.42-2.70 кБк/м2, а от глобальных выпадений в 1987 г. (на территориях, не подвергнувшихся сильному загрязнению в первые дни после Чернобыльской аварии) 0,82-2,61 кБк/м2. В 2003 г эти показатели снизились до 0.57-1.90 кБк/м2 []. Зафиксированные в нашей работе значения плотности загрязнения 137Cs вокруг КоАЭС близки к этому уровню, и, по-видимому, обусловлены преимущественно глобальными выпадениями. При анализе корреляционных связей с почвенными свойствами установлено, что наибольшее влияние на накопление 137Cs оказывает запас органического вещества. Для подзолистого горизонта выявлена связь 137Cs с содержанием физической глин. Обсуждение При анализе всей верхней тридцатисантиметровой почвенной толщи не выявлено статистически значимого (р<0.05) увеличения средней плотности загрязнения 137Cs в зоне наблюдения КоАЭС по сравнению с фоновым уровнем. Следовательно, плотность загрязнения 137Cs в зоне наблюдения обусловлена преимущественно глобальными выпадениями, а воздействие КоАЭС на распределение этого радионуклида не подтверждается. Плотность загрязнения 137Cs в СЗЗ АЭС значимо снижена по сравнению со средним уровнем этого показателя в зоне наблюдения. При опробовании в пределах 176 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) поверхностных органогенных горизонтов отмечено увеличение плотности загрязнения 137 Cs в зоне наблюдения КоАЭС по сравнению с фоновой площадкой, которое обусловлено меньшим запасом подстилки на ней. Заключение Проведенное нами исследование показало, что плотность загрязнения 137Cs в зоне наблюдения обусловлена преимущественно глобальными выпадениями, а воздействие КоАЭС на распределение этого радионуклида не выявлено. Распределение удельной активности 137Cs в профилях исследованных подзолов имеет регрессивноаккумулятивный, а запасов - элювиально-иллювиальный характер. При анализе корреляционных связей с почвенными свойствами установлено, что наибольшее влияние на накопление 137Cs оказывает запас органического вещества. В подзолах района расположения Кольской атомной электростанции 137Cs гораздо более подвижен, чем в ранее изученных подзолах России. Создавшиеся физико-химические условия приводят к проникновению этого радионуклида вглубь профиля, и в лесной подстилке остаётся не более 30% его запаса в тридцатисантиметровой толще. Литература 1. Филонова А. А., Серёгин В. А. Миграция техногенных радионуклидов в почвах и донных отложениях прибрежной полосы пункта временного хранения СевРАО и её влияние на возможное загрязнение морской акватории // Гигиена и санитария. – 2014. – № 2. – С. 18–22. 2. Линник В. Г., Шкинев В. М., Рощина И. А. и др. Распределение химических элементов в почвенных микрочастицах северной тайги в зоне влияния Кольской АЭС // Вестник Тюменского государственного университета. – 2011. – № 12. – С. 47–55. 3. Семенихина М. Б., Семенихина М. Е. Некоторые аспекты радиоэкологического мониторинга объектов окружающей природной среды в районе размещения КоАЭС // Вестник МГТУ. – 2006. – Т. 9. – № 5. – С. 843–846. 4. Семенков И. Н., Усачева А. А., Мирошников А. Ю. Распределение цезия-137 глобальных выпадений в таёжных и тундровых катенах бассейна реки Обь // Геология рудных месторождений. – 2015. – Т. 57. – № 2. – С. 154–173. 5. Титаева Н. А. Ядерная геохимия. – М.: МГУ, 2000. ACCUMULATION OF 137CS IN THE ALBIC PODZOLS OF THE KOLA PENINSULA M. B. Popova The contamination density of of 137Cs in the root layer (0-30 cm) in Albic Podzols formed under blueberry-lichen and green moss-lichen-blueberry pine forests in the area of the Kola nuclear power plant, is significantly lower than the established level relatively satisfactory ecological situation in 37 kBq / m2 and is 0.53–2.46 kBq / m2. A significant proportion of 137Cs (60 to 90%) is concentrated in the mineral horizons. It is shown that the density of 137Cs contamination in the observation area of a nuclear power plant is mainly due to global fallouts. The greatest influence on the accumulation of 137Cs is exerted by the stock of organic matter in the studied soils. Keywords: radiocesium, contamination density, podzol, global radioactive fallout, profile distribution. 177 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.41 МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ПОЧВАХ СТЕПНЫХ КОТЛОВИН АЛТАЕ-САЯНСКОЙ ГОРНОЙ СТРАНЫ А. В. Пузанов, О. А. Ельчининова, Т. А. Рождественская Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН (г. Барнаул, Россия) e-mail:

Выявлены закономерности пространственного и внутрипрофильного распределения микроэлементов в почвах горно-котловинного почвообразования. Оценена степень обеспеченности растений подвижной формой марганца, кобальта, меди и цинка. Установлено, что современные процессы опустынивания в сухостепных котловинах обусловливают низкий уровень концентрации микроэлементов в пахотных вариантах чернозёмных и каштановых почв. Обнаружены дефицит йода в почвах, растениях, кормах и связанная с ним широко распространенная зобная эндемия у животных и человека. Ключевые слова: межгорные котловины, микроэлементы, биогеохимические провинции. Введение Глобальные масштабы круговорота химических элементов в природе являются причиной того, что растительные и животные организмы неразрывно связаны с геохимической средой их обитания, получают из нее все доступные элементы, и химический состав их изменяется соответственно составу среды. В Алтае-Саянской горной стране почвенный и растительный покровы формируются в условиях высотной поясности и разнообразных рудопроявлений, к которым могут быть приурочены биогеохимические провинции с повышенным или пониженным содержанием микроэлементов в компонентах экосистем. В структуре экономики субъектов, расположенных на исследуемой территории, в основном преобладает сельское хозяйство, эффективность которого во многом зависит от содержания в почвах биофильных микроэлементов – марганца, меди, кобальта, цинка, селена и йода, играющих важную роль в минеральном питании и функционировании растений и животных. Так, из-за низкого содержания йода, например, в горно-котловинных ландшафтах практически повсеместно наблюдается поражение населения и животных эндемическим зобом. Напротив, на ореолах рассеяния полиметаллических и ртутных (Hg) месторождений в компонентах наземных экосистем (почвообразующих породах, почвах, растениях) в повышенных концентрациях присутствуют Mn, Co, Cu, Zn, Se и Hg. Избыток этих элементов, относящихся к тяжелым металлам, вреден для растительных и животных организмов. Цель работы – выявить закономерности поведения микроэлементов в почвах Алтае-Саянской горной страны и дать экологическую оценку их содержания. Методы Методологической базой исследования являются труды основателей учения о биогеохимии В. И. Вернадского, А. П. Виноградова, В. В. Ковальского, В. А. Ковды, М. А. Глазовской и их последователей. В работе использованы сравнительно-географический, сравнительно-аналитический и математико-статистический методы. Анализ отобранного материала выполняли атомно-абсорбционным, рентгенофлуоресцентным, химическим, спектральным количественным, нейтронно-активационным методами. 178 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Результаты Алтае-Саянская горная страна представляет собой крупную блоковую структуру со сложным горно-котловинным рельефом в центре Азии. Для нее характерно господство средневысотных и высокогорных складчато-глыбовых горных систем, разделенных котловинами. Горная страна включает Алтай, Кузнецкий Алатау, Салаирский кряж, Кузнецкую котловину, Западный и Восточный Саян, Восточно-Тувинское нагорье и Тувинскую котловину. Общая площадь Алтае-Саянской горной страны в пределах России составляет около 700 тыс. км2. У западных предгорий Алтая и Салаирского кряжа заканчивается широтное простирание степной и лесостепной природных зон равнин. На остальной территории горной страны степь распространена изолированно между горными хребтами, покрытыми тайгой. Котловины являются сложными геоморфологическими образованиями. Резкая континентальность климата определяется удалённостью от океана и барьерной функцией горных систем. В зимний период территория находится под влиянием обширного и устойчивого центральноазиатского антициклона, и температура воздуха в котловинах может опускаться ниже –50 °С, в летнее время господствуют северо-западные циклоны. Климат степных котловин отличается значительными тепловыми ресурсами вегетационного периода, малым количеством осадков (120–220 мм/год) с летним максимумом, малой мощностью снежного покрова, что вызывает глубокое промерзание почв. В котловинах с экстрааридным климатом развиты преимущественно каштановые почвы, а в более мягких по климатическим условиям – средне- и низкогорных котловинах – почвы черноземного типа. На остепненных склонах формируются, главным образом, горные сухостепные черноземовидные и каштановидные почвы со слаборазвитым профилем, а также маломощные каштановые почвы и черноземы. Количество гумуса составляет 1,5–2,5 % в светло-каштановых почвах, 4–12 % в черноземах обыкновенных и 0,7–8,2 % в черноземах южных. Реакция среды в верхней части профиля черноземов нейтральная или близкая к нейтральной, вниз по профилю возрастает, в нижних горизонтах, как правило, щелочная. Реакция среды во многом зависит от состояния карбонатной системы. В большинстве исследованных профилей черноземов карбонаты кальция и магния, благодаря концентрированному выпадению летних осадков, отмыты за пределы гумусового горизонта. Процессы химического выветривания заторможены, о чем свидетельствует очень слабое отличие валового химического состава почв от такового коренных пород и почвообразующих субстратов. В целом, геохимия профиля черноземов степных котловин характеризуется следующими чертами: все протекающие в почвенном профиле биогеохимические процессы определяются хорошо выраженным дерновым макропроцессом; мощные карбонатные горизонты содержат значительные количества карбонатов; миграция и аккумуляция химических соединений происходит в условиях нейтральной и щелочной реакции среды и окислительной обстановки; процессы химического выветривания проявляются слабо, превалируют явления физической дезинтеграции минеральной фазы. Для каштановых почв характерны следующие особенности: легкий гранулометрический состав с высоким содержанием крупнозема и незначительным содержанием тонкодисперсных фракций; укороченность гумусового профиля и низкое содержание гумуса; фульватный тип гумуса и высокая подвижность гуминовых кислот; наличие мощных карбонатных горизонтов; проявление выраженных в значительной степени дефляционных и эрозионных явлений в сухостепных котловинах, приводящих к кардинальному изменению биогеохимических циклов макро- и микроэлементов. Реакция среды в гумусовом горизонте нейтральная или слабощелочная, вниз по профилю она изменяется до явно щелочной. 179 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Уровни концентраций микроэлементов в почвах котловин, в целом, находятся в пределах кларка и фоновых значений и составляют для Mn – 660 мг/кг, Zn – 54,9, Cu – 34,1, Co – 14,8 мг/кг. По комплексу ландшафтно-геохимических условий котловины существенно различаются. Под черноземами обыкновенными, наиболее гумусированными почвами степного ряда, естественная растительность сведена, все доступные массивы почв распаханы, вследствие чего они подвержены эрозии и дефляции. В аккумулятивных горизонтах наблюдается накопление марганца, кобальта, молибдена, меди, цинка и бора. Органическое вещество почв депонирует марганец, медь, цинк, кобальт. Мощные карбонатные горизонты аккумулирует большие количества микроэлементов. Гумусовые горизонты черноземов обыкновенных содержат наиболее высокие количества микроэлементов по сравнению с почвами других степных котловин. Почвы средне обеспечены подвижной формой микроэлементов. Растения характеризуются оптимальным уровнем концентрации макро- и микроэлементов. В целом биогеохимическая обстановка не предполагает отрицательных реакций у растений и животных, но в Турано-Уюкской котловине выделяется селеновая биогеохимическая провинция, у животных наблюдается селеновый токсикоз. Каштановые песчаные и супесчаные почвы на грубозернистых эоловых песках являются компонентом автономных ландшафтов. Дефляционное обновление верхних горизонтов почв обусловливает отторжение тонкодисперсных частиц, а вместе с ними и микроэлементов. Непромывной водный режим, щелочная реакция среды и наличие мощных карбонатных систем ограничивают внутрипрофильную миграцию элементов группы железа. Биогенная аккумуляция микроэлементов не выражена. Ежегодный прирост надземной и подземной фитомассы очень низкий; биологический круговорот в ограничен маломощной сферой гумусового горизонта – 15–20 см. Содержание микроэлементов в растительности невысокое. Уровень валового содержания микроэлементов значительно ниже кларка и часто меньше нижней пороговой концентрации. Пахотные почвы низко обеспечены доступными соединениями макро- и микроэлементов. Возможны негативные реакции у животных на низкое содержание в почвах и кормах марганца, кобальта, меди, селена и йода. В отдельных сухостепных котловинах (например, Убсунурской) почвенный покров представлен светло-каштановыми и бурыми пустынно-степными песчаными и супесчаными почвами на эоловых и аллювиальных песчаных и супесчаных отложениях. Почвообразование осуществляется в условиях сухого и холодного климата под влиянием сухостепной растительности, обладающей очень низкой надземной биомассой – до 1 ц/га. Процессы физической дезинтеграции в почвах превалируют над химическим выветриванием. Превращение химических соединений в почвенном профиле протекает в условиях ярко выраженной щелочной среды, окислительной обстановки и мощных карбонатных систем. Биогенное накопление в почвах отмечается только для марганца, цинка, свинца. Концентрация большинства микроэлементов, а также азота, фосфора и калия существенно ниже кларка и регионального фона. Сложившаяся биогеохимическая ситуация может вызвать отрицательные реакции у растений, животных и человека на аномально низкое содержание Mn, Cu, Zn, Co, B, Mo, I, Se. В лугово-каштановых солончаковатых почвах и солончаках котловин такого рода накапливаются бор, хлор и натрий в токсичных концентрациях. Почвы котловин, основу структуры почвенного покрова которых образуют каштановые и лугово-каштановые легкосуглинистые, супесчаные и песчаные почвы, средне обеспечены валовыми и подвижными макро- и микроэлементами. Растения содержат фоновые уровни макро- и микроэлементов. В биогеоценозах с высоким содержанием селена возможен токсикоз у животных. 180 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Одной из медико-экологических проблем рассматриваемой территории является высокий уровень заболеваемости населения эндемическим зобом. Центральноазиатское внутриконтинентальное положение Алтае-Саянской горной страны обусловливает дефицит йода в компонентах экосистем. Ландшафтно-геохимические условия в степных и сухостепных котловинах и, прежде всего, щелочная реакция среды и высокое содержание карбонатов на фоне очень низкого содержания йода (часто менее 2 мг/кг) обусловливают низкую доступность микроэлемента растениям, низкий уровень его концентрации в природных водах, а, следовательно, недостаточное поступление в организм животных и человека, и как следствие, высокий уровень заболеваемости эндемическим зобом. Также выявлены как селенодефицитные провинции, так и селеновые провинции с высоким содержанием селена в степных экосистемах, в условиях которых у животных может наблюдаться селеновый токсикоз. Не исключено, что в районах, где выявлен существенный дефицит селена, есть необходимость в селеновых подкормках сельскохозяйственных животных. Почвы в пределах ореола рассеяния Хову-Аксинского кобальтоникелевого месторождения на северном макросклоне Западного Танну-Ола (Республика Тыва), почвы Курайской ртутной зоны (Республика Алтай) характеризуются высоким уровнем концентрации ртути. В отдельных точках концентрации Hg достигают 36 мг/кг. Заключение Большинству степных почв свойственно биогенное накопление меди, цинка, кобальта. Депонирование гумусом микроэлементов предотвращает их выщелачивание. Выраженные эоловые процессы в сухостепных котловинах нивелируют результаты биогенного накопления микроэлементов. Для Mn, Cu и Zn характерно биогенное накопление их илистой фракцией. Высокое содержание микроэлементов в карбонатах реликтовых карбонатных горизонтов каштановых, чернозёмных почв является результатом их осаждения на щелочном барьере. Каштановые почвы и южные черноземы супесчаного и песчаного гранулометрического состава котловин слабо обеспечены подвижной формой Mn, Cu, Co и Zn для растений повышенного и высокого выноса, здесь также возможны нарушения нормальной регуляции функций у живых организмов. В компонентах наземных экосистем межгорных котловин выявлено аномально низкое содержание йода. Выявлены как селенодефицитные провинции, так и селеновые провинции с высоким содержанием селена в степных экосистемах, в условиях которых у животных может наблюдаться селеновый токсикоз. MICROELEMENTS IN THE SOILS OF STEPPE INTERMOUNTAIN DEPRESSIONS OF THE ALTAI-SAYAN MOUNTAIN COUNTRY A. V. Puzanov, O. A. Elchininova, T. A. Rozhdestvenskaya The spatial and profile distribution patterns of microelements in the soils of intermountain depressions were revealed. The degree of supply by plants with a mobile form of manganese, cobalt, copper and zinc was estimated. It was found that modern desertification processes in dry steppe basins cause a low level of concentration of trace elements in arable varieties of chernozem and chestnut soils. Deficiency of iodine in soils, plants, fodder and associated widespread goiter endemic in animals and humans were found. Keywords: intermountain depressions, trace elements, biogeochemical provinces. 181 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.4:551.583.7 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВНИХ РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ПОГРЕБЕННЫХ ПОЧВ КАК МАРКЕРОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СОВРЕМЕННЫХ ПОЧВ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРОШЛОГО В. Е. Приходько1, Ю. А. Азаренко2 1 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

2 Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина (г. Омск, Россия) e-mail:

Проведенное исследование свидетельствует о выявленной тенденции техногенного аккумулирования химических элементов 1–3 классов опасности в поверхностных горизонтах фоновых современных почв по сравнению с погребенными разновозрастными почвами археологических могильников Раннего Средневековья (Сростки-1, Алтайский край) и эпохи Поздней бронзы (срубная культура, Каранаево-1, Услы-2, лесостепное Предуралье, Башкортостан). Педологические и палинологические данные [6, 7] и анализ величин геохимических коэффициентов выветривания, элювиирования оснований и биологической активности в фоновых и древних почвах указывают на изменение экологических условий формирования ландшафтов и почв, которые характеризовались несколько более засушливым климатом на этапе до строительства курганов и увеличением увлажнения в период их сооружения. Ключевые слова: палеопочвы, химические элементы трех классов опасности. Введение Изучение содержания и распределения химических элементов в профиле современных и погребенных древних почв с использованием геохимических коэффициентов позволяет выявить их экологическое состояние, направленность процессов почвообразования, трансформацию химического состава, происходящую в результате природных изменений и антропогенной деятельности, а также реконструировать экологические условия почвообразования и функционирования древних ландшафтов. Целью нашей работы было изучение элементного химического состава современных и древних разновозрастных почв для выявления развития в них техногенной аккумуляции потенциально токсичных элементов и процессов загрязнения, а также для реконструкции экологических условий прошлых эпох. Методы Объектами исследований были фоновые и разновозрастные подкурганные черноземы 1) раннесредневекового некрополя Сростки-1 (890-975 гг. н. э. 14С кал., 1σ; Алтайского края, Бийского р-на, 85°42.876’Е, 52°24.337’N, 255 м над ур. м.) и Республики Башкортостан: могильников срубной культуры 2) Каранаево-1 (55°14.155′ N; 53°36.130′ E, высота 259 над ур. м.) Стерлибашевский р-н и 3) Верхние Услы-2 (55°35.627′ Е, 53°43.820′ N, высота 185 м над ур. м.) (3660 ± 40 (дата по дереву), 3860 ± 120 (даты по костям, 14С кал., 1σ) лет назад, Стерлитамакский район. Количество элементов почв определяли методом рентген-флуоресцентного анализа на аппарате “Спектроскан Макс-GV”, метод изложен [Алексеев и др., 2019, цит. по 7]. Содержание химических элементов сравнивали с их кларком в литосфере [4], средним содержанием в почвах региона [1-3] и мира [8], проводили расчет элювиально182 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) аккумулятивных коэффициентов (Кэа), равных отношению содержания элемента в слое почвы и почвообразующей породе. Рассчитывали геохимические коэффициенты, авторы, их предложившие, приведены [7], использовали молярные отношения: CIA = (Al2О3/Al2О3 + CaO + Na2O + K2O) х 100, (СаО – бескарбонатный), Al2О3/ CaO + + MgO + Na2O + K2O; Rb/Sr; Ba/Sr, Fe2О3 + MnО/Al2О3, (CaО + MgО)/Аl2О3, Sr/Ba; Na2О/K2О, (K2О+Na2О)/Al2О3,Na2О/Al2О3; TiО2/Al2О3 ; MnО/Аl2 О3, MnО/Fe2О3, MnО + + Fe2О3/Fe2О3; индекс элювиирования Кэ = Al2 O3/ (MnO + CaO + K2O + MgO + Na2O); индекс подвижности Кп = ∑(Na, K, Mg, Zn)/SiO2. Результаты и их обсуждение Акцент сделан на содержание и распределение химических элементов трех классов опасности (1-го: As, Cd, Hg, Pb, Zn; 2-го: Co, Ni, Cu, Cr и 3-го: Ba, V, Mn, Sr) в профиле современных и древних почв. Поскольку их техногенная аккумуляция в основном проявляется в верхнем горизонте почв, это отражено в таблице. Таблица. Содержание химических элементов 1, 2 и 3 классов опасности и значения элювиально-аккумулятивных коэффициентов слоя 0–10 см изученных почв Pb Zn Co Ni Cu Cr Ba V Mn Sr Hg As Cd Сростки-1, Алтайский край, современный чернозем обыкновенный, фон 4,0 0,44 5,5 95 19 55 15 70 941 101 1083 198 0,5 0,9 1,0 1,6 1,0 0,96 1,4 1,2 1,2 1,2 1,3 0,6 Сростки-1, палеочернозем обыкновенный, средневековье 890-975 гг. н. э. 9,4 0,38 5,6 99 15 53 16 69 920 105 1035 194 1,3 0,8 1,0 1,4 0,8 0,97 1,1 0,9 1,2 1,2 1,2 0,6 Среднее содержание в черноземах Алтая [1, 3] 0,10 12,1 * 20,4 59 17 45,5 48 133 610 Верхние Услы-2, Башкортостан современный типичный чернозем, фон 0,027 5,1 0,21 9,5 103 19,6 170 20 262 800 99 1216 270 0,5 21 1,1 2,1 0,8 1,0 1,4 0,9 1,0 1,1 1,3 0,6 Верхние Услы-2, палеочернозем типичный срубного времени, 3,7-3,9 тыс. л. н. 6,5 84 25 171 17 256 828 94 1157 278 0,017 4,2 0,6 0,8 1,8 1,0 1,2 1,2 1,3 1,0 1,1 1,3 0,7 Каранаево-1, Башкортостан современный типичный чернозем, фон 0,065 4,7 0,015 6,8 138 30 256 22 265 1007 110 2950 147 4,6 1,2 1,1 1,4 1,1 1,3 1,5 1,0 1,2 1,0 1,8 0,5 Каранаево-1, палеочернозем типичный срубного времени. 3,7-3,9 тыс. л. н. 9,4 0,15 7,2 98 26 204 16 263 808 100 1950 245 0,6 1,0 1,7 1,2 1,0 1,1 1,2 1,3 1,3 0,7 0,8 Среднее содержание в почвах Башкортостана (Белебеевская возвышенность) [2] 3,5 0,1 8,7 38 9,2 64 47 60 416 57,5 127 Кларк в литосфере 0,07 5,6 0,09 17 75 15 50 27 92 828 106 770 270 Среднее содержание в почвах мира [8] 0,07 6,8 0,41 27 70 11,3 29 39 59 460 129 488 175 Примечание. Над чертой – содержание, мг/кг, под чертой – Кэа. Прочерк – содержание элемента меньше предела обнаружения. * – 0,01-0,09 Сростки-1. В верхних слоях фоновой почвы по сравнению с средневековым погребенным аналогом отмечается тенденция аккумуляции Cd и Co. В слое 0-10 см фоно183 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) вой почвы по сравнению с материнской породой накапливаются элементы 1 и 2 классов опасности: Zn и Cu (Кэа 1,4-1,6), в меньшей степени – Cr (Кэа 1,2), а также элементы 3 класса опасности Ba, V, Mn (Кэа 1,2-1,3). В верхних слоях палеопочвы по сравнению с породой отмечается меньшее сравнительно с фоновой почвой концентрирование вышеперечисленных элементов, а также Со. Установлено обогащение верхних горизонтов и всего профиля современной и древней почв элементами Cd, Zn, Co, Ba, Ni, относительно кларка литосферы, а также кроме перечисленных элементов – Сr и Sr сравнительно с почвами мира. В то же время содержание изученных элементов соответствовало региональному фону [1]. Их накопление в почвах не достигало опасного уровня для живых организмов и не превышало допустимые концентрации. Также можно указать на слабую тенденцию аккумулирования элементов Cd (1 класс опасности), Co (2 класс) и Ba (3 класс) в верхнем слое фоновой почвы по сравнению со средневековой. Услы-2. В слое 0-10 см фонового чернозема отмечено большее содержание по сравнению с палеопочвой эпохи поздней бронзы элементов 1 класса опасности Cd, Hg, Pb, Zn, а также Cu (2 класс) и Mn (3 класс). Аккумулирование в верхнем слое 0-10 см современной почвы по сравнению с палеочерноземом выражены для Cd, Zn, Cu Mn и тенденция для Pb. Верхние горизонты палеопочвы сравнительно с породой также обогащены Zn, Cu и Mn, но величины коэффициентов Кэа меньше, чем в фоновом аналоге. Кроме того, в слое 0-10 см подкурганной почвы в сравнении с фоном выявлено большее аккумулирование Ni и Cr относительно породы, что обусловлено их локальными особенностями химического состава. Для исследованных почв отмечено обогащение верхних горизонтов и профилей относительно кларков литосферы и среднего содержания в почвах мира элементами Zn, Co, Ni, Ba, Cr, Mn, а также Sr. В изученных почвах отмечается превышение величин ОДК Ni (80 мг/кг) по всему профилю и As (10 мг/кг) в срединных и нижних горизонтах фоновой (10,2-13,4 мг/кг) и погребенной (11,6-14,5 мг/кг) почв. Однако повышенное содержание данных элементов в первую очередь определяется геохимическими особенностями почвообразующих и горных пород региона, а не техногенным влиянием. Содержание рассмотренных элементов входит в диапазоны их фоновых концентраций в почвах Башкирии [2]. В то же время, можно сделать вывод о проявлении тенденции техногенного накопления в современной почве объекта Услы-2 ряда элементов 1-3 классов опасности (Cd, Hg, Pb, Zn, Cu, Mn) по сравнению с погребенной почвой. Каранаево-1. Верхний слой 0-10 см фонового чернозема данного объекта, удаленного от памятника Услы-2 на 30 км, по сравнению с палеопочвой содержит больше элементов 1 класса опасности Hg и Zn, 2 класса – Ni, Co и 3 класса – Ba, V, Mn. Отмечено превышение содержания в поверхностном слое относительно породы выше перечисленных микроэлементов (кроме Со и V), а также As и Cu. В отличие от современного чернозема в палеопочве большее аккумулирование по сравнению с породой отмечено для таких элементов, как Zn, Co, Cr, Ba, V, что обусловлено особенностями генезиса и химического состава материнских пород. Превышение величины кларков литосферы и среднего содержания элементов в почвах мира как в фоновом, так и в палеочерноземе археологического памятника Каранаево установлено для Zn, Co, Ni, Cr и Mn. Кроме этих элементов в палеопочве отмечено концентрирование As и Cd относительно кларка, а в современной почве – Ba и V. Кроме того, по сравнению с почвами мира в изученных почвах отмечалось повышенное содержание Mn, Ba и Sr. Как и для почв объекта Услы-2, в фоновой и древней почвах памятника Каранаево-1 установлено существенное превышение величины ОДК Ni, ПДК Mn (1500 мг/кг), а также ОДК As в профиле палеопочвы. Выявлена тенденция к развитию техногенного аккумулирования элементов Hg, Zn, Ni, Co, Ba, V, Mn в фоновом черноземе в сравнении с древним. 184 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Ранее выявлено антропогенное накопление подвижной формы свинца в палеопочвах Поволжья в течение 4х тыс. лет в результате ее атмосферного переноса [5]. Геохимические коэффициенты. Установлено, что для палеопочв рассматриваемых объектов (Сростки-1, Услы-2, Каранаево-1) в сравнении с фоновыми аналогами характерна немного меньшая величина геохимических индексов выветривания CIA, CIW, Al/Ca+Mg+Na+K, Rb/Sr и элювиирования оснований Кэ, и близкие величины индексов биологической активности, что указывает на несколько большую засушливость климата в периоды до сооружения курганов трех некрополей по сравнению с современными условиями и на возрастание его гумидизации при создании изученных курганов. Заключение Проведенные исследования свидетельствуют, что сравнительный анализ элементного состава разновозрастных палеопочв и их фоновых аналогов позволяет выявить развитие современных процессов техногенной аккумуляции элементов и загрязнения ими почв. В исследованных современных почвах объектов Сростки-1 (Алтайский край), Верхние Услы-2 и Каранаево-1 (Республика Башкортостан) по сравнению с разновозрастными подкурганными почвами выявлена тенденция аккумулирования в слое 0-10 см элементов 1-3 классов опасности. Педологические и палинологические данные [6, 7] и анализ величин геохимических коэффициентов выветривания, элювиирования оснований и биологической активности свидетельствуют о формировании палеопочв в экологических условиях несколько более засушливого климата и на увеличение степени его увлажнения в период создания изученных курганов. Работа выполнена по теме Государственного задания № 0191-2019-0046 и проекта РФФИ 20-05-00284. Литература 1. Архипов И. А. Биогеохимические особенности, определяющие ландшафтногеохимическое поведение микроэлементов в почвах Алтая // Вестник АГАУ. – 2014. – № 4. – С. 23–27. 2. Асылбаев И. Г., Хабиров И. К. Экологическая оценка содержания тяжелых элементов в почвах Южного Урала // Агрохимия. – 2015. – № 11. – С. 84–96. 3. Ельчининова О. А. Биогеохимические аспекты экологической оценки наземных экосистем Алтая. – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2009. 4. Касимов Н. С., Власов Д. В. Кларки химических элементов как эталоны сравнения в экогеохимии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. – 2015. – № 2. – С. 7–17. 5. Пампура Т. В., Мейли М., Холм К. и др. Погребенные палеопочвы как фоновые объекты для оценки уровня загрязнения свинцом современных почв Нижнего Поволжья // Почвоведение. – 2019. – № 1. – С. 43–60. 6. Приходько В. Е., Рогозин Е. П., Чаплыгин М. С. Реконструкция климата, почв и растительности срубного времени на основании исследования курганов Предуральской лесостепи Республики Башкортостан // Почвоведение. – 2016. – № 9. – С. 1052–1067. 7. Приходько В. Е., Азаренко Ю. А., Шаяхметов М. Р. и др. Реконструкция климата средневековья на основe почвенных и геохимических исследований курганов Сросткинской культуры и ее локализация на юге Западной Сибири // Почвоведение. – 2020. – № 3. – С. 261–278. 8. Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. Taylor and Francis Group, LLC, 2011. 185 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) THE USE OF ANCIENT DIFFERENT AGE BURNED SOILS AS MARKERS OF CONTAMINATION WITH CHEMICAL ELEMENTS OF MODERN SOILS AND ECOLOGICAL CONDITIONS OF THE PAST V. E. Prikhodko, Yu. А. Аzarenko The study indicates the revealed tendency of the technogenic accumulation of chemical elements of the 1-3 hazard classes in the surface horizons of the background soils in comparison with the buried soils of different ages of the archaeological sites of the Early Medieval period (Srostki-1 of Altai) and the Late Bronze Age (Logging - Srubnaya culture, Karanaevo1, Usly-2, forest-steppe Cis-Urals, Bashkortostan). Pedological and palynological study [6, 7] and analysis of geochemical indices characterizing weathering, salt leaching biological activity demonstrated that the paleosols in the phase before the construction of the kurgans had been formed in a somewhat drier climate compared to the modern conditions, and then the humidization of the paleoclimate began during the stage of their construction. Keywords: paleosols, background soils, chemical elements, hazard classes. УДК 645.01.631 БИОГЕННАЯ АККУМУЛЯЦИЯ ЗОЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОДСТИЛКАХ ГОРОДСКИХ ЭКОСИСТЕМ О. В. Семенюк, В. М. Телеснина, Л. Г. Богатырев Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) Биологический круговорот в городских насаждениях, особенно лиственных, отличается повышенной интенсивностью. Общая мощность и запасы подстилки в хвойных и лиственных насаждений значительно меньше, нежели в естественных фитоценозах. Значения зольности и запасов золы в городских подстилках хвойных насаждений повышены по сравнению с естественными еловыми лесами в связи с большим количеством воздушных поллютантов, при этом средневзвешенная зольность подстилки максимальна в липовых насаждениях, минимальна – в еловых (горизонт L). Запасы золы легко разлагаемых компонентов и их доля в общих запасах золы подстилки лиственных насаждений превышают соответствующие показатели в хвойных. Исследованные показатели лесных подстилок могут быть использованы для оценки биологического круговорота в городских системах в ходе проведения мониторинга экологического состояния урбанизированных территорий. Ключевые слова: биологический круговорот, подстилки, зольные элементы, мониторинг, экология города. Введение Лесная подстилка – один из наиболее динамично изменяющихся компонентов биогеоценоза. Являясь функцией растительности и других факторов окружающей среды, она служит основой индикаторной системы состояния лесных экосистем (Карпачевский, 1981; Богатырев, 1990; Владыченский и др., 2012; Телеснина и др., 2018), что особенно важно для оценки насаждений, находящихся под антропогенным влиянием. В условиях города подстилка выступает первым рубежом, принимающим на себя все негативное воздействие, иногда приводящее к ее полному уничтожению (Кузнецов и др., 2018). Исследования характеристик лесной подстилки в городских экосистемах 186 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) остаются актуальными и по следующей причине – некоторые параметры подстилки позволяют оценить скорость и интенсивность биологического круговорота, в том числе и зольных элементов (Семенюк и др., 2021). В последние годы изучение биологического круговорота приобрело особую значимость в связи с проблемами мониторинга состояния городской среды. Целью работы было изучение биологического круговорота зольных элементов в городских древесных насаждениях с использованием показателей подстилок. Методы Объекты исследования располагались в природно-историческом парке «Битцевский лес». Это особо охраняемая природная территория площадью 2208 га, образованная в 1994 году в пределах города Москвы. Для исследований выбраны типичные насаждения: березняк марьянниково-злаковый (70 лет), липняк лютиково-живучковый (70 лет), ельник крапивно-живучковый (100 лет). В лиственных насаждениях отбор образцов лесных подстилок проводился погоризонтно с площади 25*25 см в 9 повторностях. В хвойных насаждениях было заложено 5 тессер по 3 площадки 25*25 см в системе ствол-крона-окно, отбор велся погоризонтно. Для определения классификационной принадлежности использовали классификацию Л.Г. Богатырева (1990). Горизонты L подстилок лиственных насаждений разбирались в камеральных условиях на следующие фракции: листья, семена, кора, ветки деревьев, ветошь (опад трав), хвоя, шишки и детрит. К детриту были отнесены растительные остатки, по морфологическим признакам которых было невозможно определить их принадлежность к какой-либо фракции подстилки, характеризуется высоким содержанием недоокисленных соединений. Расчет долевого участия каждой фракции и запасов подстилок велся на абсолютно-сухую навеску (г/м2) после высушивания образцов в сушильном шкафу при температуре 105◦С. Озоление фракций подстилок производилось в муфельной печи при 450◦С. Рассчитывались следующие показатели: общие запасы подстилки (г/м2), запас легкоразлагаемых компонентов (сумма фракций ветоши и листьев) (г/м2) и его доля от общего запаса горизонта (%), запас фракции детрита (г/м2) и его доля от общего запаса горизонта (%), средневзвешенная зольность горизонта L подстилки (%), запас золы в легкоразлагаемых компонентах (г/м2) и его доля в запасе зольных элементов горизонта L(%). Результаты исследований Подстилки изученных лиственных насаждений были определены как деструктивные примитивные, состоящие из одного горизонта мощностью менее 1,5см. Подстилки хвойных насаждений имеют два горизонта – деструктивный и ферментативный – общей средней мощностью 2,5 см и определяются как ферментативные. Наибольшие запасы выявлены для подстилок еловых насаждений – 1650 г/м2, в подстилках липняка и березняка запасы составляют 577 г/м2 и 209 г/м2 соответственно. Исследование фракционного состава подстилок показало, что в подстилках лиственных насаждений преобладают фракции листьев (35–50 %) и веток (35 %), в подстилках ельника – фракций хвои (40 %) и веток (30 %). Содержание зольных элементов в доминирующих фракциях подстилок лиственных пород составляет во фракции листьев 13–15 %, веток 4–8 %, для подстилок хвойных насаждений – зольность хвои 13 % и веток 6 %. Рассчитана средневзвешанная зольность подстилок (для горизонтов L): для подстилок березняка – 9,4 %, липняка – 11,4 % и ельника – 8,4 %. 187 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Таблица 1. Зольные элементы в подстилках городских насаждений. Показатели Березняк Липняк Ельник Общие запасы золы г/м2 23,2 73,9 243,4 2 Зола в Запас, г/м 15,2 33,1 4,1 легкоразлагаемых Доля от обще65,5 44.8 1,7 компонентах го запаса золы, % Зола в детрите Запас, г/м2 2,5 7,9 6,0 Доля от обще10,8 10.6 2,5 го запаса золы, % Для подстилок ельника установлены максимальные значения не только мощности и общих запасов подстилок, но и запасов зольных элементов – 243, 4 г/м2. Запасы зольных элементов в подстилках липняка в почти в 3 раза, а в подстилках березняка более чем в 10 раз ниже (табл. 1). Установлены значительные различия в запасах золы легко разлагаемых компонентов, которые в подстилках лиственных насаждений составляют 33–15 г/м2, а в подстилках ельника в 4–8 раз ниже. Аналогичной тенденции для распределения запасов золы во фракции детрита не выявлено. Однако долевое участие запасов зольных элементов в подстилках лиственных пород в 4 раза превышает долю золы в подстилках ельника. Обсуждение Анализ полученных результатов показывает, что подстилки еловых насаждений по сравнению с лиственными характеризуются значительной мощностью, более сложным строением и наличием ферментативного горизонта, что свидетельствует о пониженной скорости биологического круговорота и более значительном депонировании органического вещества. Соответственно, в этих подстилках отмечаются максимальные значения общих запасов зольных элементов. Зольность преобладающих компонентов подстилки (листья, ветки, хвоя) в 2 и более раз превышает зольность соответствующих компонентов подстилок естественных насаждений, расположенных за пределами города (Семенюк и др., 2020), что связано с атмотехногенным поступлением пыли в городских условиях. На пониженную скорость биологического круговорота в хвойных насаждениях указывает также низкая доля зольных элементов в общем запасе золы, что определяет их существенные различия с подстилками лиственных насаждений. Полученные в результате исследований показатели подстилок лиственных насаждений свидетельствуют об относительно высокой интенсивности биологического круговорота: маломощные с небольшими общим запасами и запасами зольных элементов. Долевое участие зольных элементов в легко разлагаемой части подстилок составляет около половины всего запаса золы в подстилках. Для подстилок лиственных насаждений зольность преобладающих компонентов подстилки и средне взвешенная зольность выше, чем в подстилках хвойных пород, что так же способствует активизации процессов разложения органического вещества подстилок и ускорению круговорота. Заключение Биологический круговорот в городских насаждениях характеризуется как интенсивный, что прежде всего относится к лиственным породам, среди которых в подстил188 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ках липовых насаждений в доступном резерве (легко разлагаемые компоненты) размещается около половины запасов зольных элементов. Максимальная биогенная аккумуляция зольных элементов отмечается в подстилках хвойных насаждений как результат менее интенсивного по сравнению с лиственными породами биологического круговорота. Установлены высокие значения зольности и запасов золы в городских подстилках хвойных насаждений в связи с большим количеством воздушных поллютантов, которые аккумулируются на органах растений и в компонентах подстилок. Исследования показали эффективность использования показателей подстилки для оценки биологического круговорота в городских системах и возможность их использования для проведения мониторинга экологического состояния урбанизированных территорий. Различия между подстилками хвойных и лиственных насаждений, а также различия в хвойных фитоценозах между разными компонентами тессер (ствол, крона, окно) несколько снивелированы по сравнению с подстилками естественных фитоценозов по причине антропогенного влияния, которое заключается в воздушном загрязнении, рекреационной нагрузке и упрощенной вертикальной структуре фитоценоза (почти отсутствующий подлесок). Литература 1. Богатырев Л. Г. О классификации лесных подстилок // Почвоведение. – 1990. – № 3. – С. 118–127. 2. Владыченский А. С., Телеснина В. М., Чалая Т. А., Влияние растительного опада на химические свойства и биологическую активность постагрогенных почв южной тайги // Вестн. Моск. ун-та., Сер. 17. Почвоведение. – 2012. – № 1. – С. 3–10. 3. Карпачевский Л. О. Лес и лесные почвы. – М.: Лесная промышленность. 1981. 4. Кузнецов В. А., Стома Г. В., Рыжова И. М. Зависимость свойств почв тропинок и их импактных зон в лесопарках Москвы от уровня рекреационного воздействия // Вест. Моск. ун-та., Сер. 17. Почвоведение. – 2018. – № 2. – С. 19–29. 5. Семенюк О. В., Телеснина В. М., Богатырев Л. Г., Бенедиктова А. И. Использование особенностей структурно-функциональной организации подстилок для оценки интенсивности круговорота в городских насаждениях (на примере Москвы). – Почвоведение, 2021. – № 5. – С. 1–14. 6. Семенюк О. В., Телеснина В. М., Богатырев Л. Г. и др. Оценка внутрибиогеоценозной изменчивости лесных подстилок и травяно-кустарничковой растительности в еловых насаждениях // Почвоведение. – 2020. – № 1. – С. 1–14. 7. Телеснина В. М., Семенюк О. В., Богатырёв Л. Г. и др. Особенности напочвенного покрова и лесных подстилок в искусственных липовых насаждениях в зависимости от характера ухода // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. – 2018. – № 2. – С. 3–11. ASH ELEMENTS BIOGENIC ACCUMULATION IN LITTERS OF URBAN ECOSYSTEMS O. V. Semenyuk, V. M. Telesnina, L. G. Bogatyrev The biological cycle in urban plantations, especially deciduous ones, is characterized by increased intensity. The total capacity and reserves of litter in coniferous and deciduous stands are much less than in natural phytocenoses. The values of ash content and ash reserves 189 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) in urban litters of coniferous stands are increased compared to natural spruce forests due to the large amount of air pollutants, while the average weighted ash content of the litter is maximum in linden stands, minimum – in spruce (horizon L). The ash reserves of readily decomposable components and their share in the total ash reserves of the litter of deciduous stands exceed the corresponding indicators in conifers. The investigated indicators of forest litter can be used to assess the biological cycle in urban systems in the course of monitoring the ecological state of urbanized areas. Keywords: biological cycling, litters, ash elements, monitoring, urban ecology. УДК 550.4 ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СОДЕРЖАНИЕ СЕЛЕНА В ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ ЛЕСОСТЕПНОЙ И СТЕПНОЙ ЗОН ОМСКОЙ ОБЛАСТИ А. В. Синдирева, В. А. Боев, В. В. Боев Тюменский государственный университет, Институт наук о Земле (г. Тюмень, Россия) e-mail:

Проанализированы особенности содержания cелена в пахотном горизонте черноземных почв Омской области и определены взаимосвязи его распределения с основными физико-химическими показателями почв. Установлены корреляции содержания селена с гумусом, уровнем кислотности, обменных оснований, макроэлементами. Полученные данные могут быть использованы при экологическом мониторинге в качестве исходных, фоновых точек отчета при оценке степени содержания селена в агроценозах, а также при прогнозировании статуса селена на территории Омской области. Полученные результаты проведенного исследования могут быть использованы в практических целях при разработке рекомендации по профилактике селенодефецита. Ключевые слова: селен, почвы, гумус, кислотность, сумма обменных оснований, сера. Введение Селен является необходимым для организма микроэлементом, входящим в состав более 100 белков. Помимо антиоксидантных, установлены иммуностимулирующие и иммуномодулирующие свойства селена за счет активации им клеточного и гуморального звеньев иммунитета. Селен нейтрализует токсическое действие тяжелых металлов, участвует в метаболизме мышечной ткани поддерживает окислительно-восстановительный гомеостаз в клетке [3, 4, 9, 12–14]. Поступление и накопление элемента в системе почва-растение-животное, и, в конечном итоге, селеновый статус населения, прежде всего, зависит от его содержания в объектах окружающей среды соответствующей территории [1, 3, 4, 6, 8, 9, 10, 11]. В связи с этим представляет научный и практический интерес определение содержания селена в почвенном покрове территорий и выявление взаимосвязей между физикохимическими характеристиками конкретных почв и уровнем селена. Методы С целью оценки распределения Se в почвах было изучено валовое содержание данного микроэлемента в пахотном горизонте черноземных почв Омской области и установлена взаимосвязь его распределения с рядом физико-химических показателей 190 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) почв. При обобщении и анализе материала использовались собственные исследования и материалы отчетов ФГБУ ЦАС «Омская» по обследованию пахотных почв Омской области. При этом оценивали данные о содержании гумуса, кислотности, сумме обменных оснований, макроэлементов в пахотном горизонте (0–20 см) в черноземных почвах реперных участков. Содержание селена в 2020 году в почвах определяли в аккредитованной испытательной лаборатории филиала ФГБУ «ЦЛАТИ по УФО» по Тюменской области с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра с ЭТА Agilent AA-240z. По окончании исследования полученные данные подвергали статистической обработке. Результаты и обсуждение Естественный источник микроэлементов в почвах – горные породы, на продуктах выветривания которых сформировался почвенный покров. Микроэлементы относятся преимущественно к рассеянным химическим элементам, содержащимся в горных породах в небольшом количестве [4, 8, 9, 11]. Содержание микроэлементов в почвах зависит от условий почвообразования, от минералогического и гранулометрического состава почвообразующих пород, наличия в почвах органического вещества, реакции среды и других факторов. Мелкие и слабогумусированые почвенные разности обычно обеднены микроэлементами по сравнению с разностями, богатыми илом и органическим веществом. Сведения о содержании и распределении микроэлементов в профиле почв для экологов, агрохимиков имеют важное значение. В целом селеновый пул почвы складывается из неорганических соединений Se и органических форм, попадающих в почву вместе с умершими животными и растительными организмами [3]. В связи с этим представляет интерес изучение содержания селена в почвах, богатых органическим веществом. Типичным примером таких почв являются черноземы – одни из самых плодородных почв. Однако, интенсивное использование территории юга Омской области, высокая степень ее освоенности и эродированности ведут к разрушению почвенного покрова и снижению агропроизводственных показателей почв [7]. Этот фактор может способствовать снижению содержания как макро-, так и микроэлементов в плодородном слое. В данной статье представлены данные о валовом содержании селена в черноземных почвах лесостепной и степной зон Омской области (таблица 1). Объектами исследования являлись почвы: – чернозем обыкновенный (лесостепная зона - Горьковский район, степная зона Черлакский, Русско-Полянский, Одесский районы); – чернозем южный (степная зона - Русско-Полянский район). Наши исследования показали, что содержание валового селена в исследуемых почвах изменяется от 0,020 до 0,075 мг/кг. Согласно полученным данным, почвы отличаются невысоким содержанием селена, что является одной из причин недостатка этого микроэлемента в системе «почва – растение – животное» и, как следствие, в организме местного населения. На сегодняшний день ПДК селена в почве не регламентирован. Авторы Tietijen, Kloke предлагают установить ПДК для селена равный 10 мг/кг [5]. Наши исследования не обнаружили почв с превышением ПДК, установленным Kloke А., 1980. Как следует из таблицы 1, содержание селена в пахотном слое превышает кларк в почвах мира (по Виноградову А. П., 1957), который составляет 0,01 мг/кг [2]. В черноземных почвах лесостепи Омской области содержание селена более высокое, нежели в других типах почв, так как реакция среды в этих почвах слабощелочная или нейтральная, они богаты гуму191 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) сом [9]. Черноземы в области распространены ограниченно, имеют зональное формирование и представлены подтипами выщелоченных (северная лесостепь), обыкновенных (южная лесостепь и степь), оподзоленных (северная лесостепь) и южных (степь) [7]. В наших исследованиях изучено содержание селена в черноземе обыкновенном (в среднем 0,053± 0,01мг/кг) и южном (в среднем 0,034± 0,01 мг/кг). При этом содержание селена более высокое в черноземе обыкновенном. Среднее содержание селена в черноземах находится в интервале от 0,025-0,075 мг/кг. Максимальные значения концентрации селена в черноземах Омской области превышают ее минимальные значения в 3 раза. Необходимо отметить, что наименьшее содержание имеет чернозем среднесуглинистый – в среднем 0,028 мг/кг, а наибольшее – тяжелосуглинистый – в среднем 0,07 мг/кг. Таким образом, содержание селена зависит от гранулометрического состава почв. Это согласуется с предыдущими нашими исследованиями [9]. Таблица 1. Валовое содержание селена в черноземных почвах Омской области Почва Содержание селена, мг/кг Х ± Sd Чернозем обыкновенный среднесуглинистый 0,028±0,005 Чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый 0,070± 0,01 Чернозем обыкновенный супесчанный 0,062± 0,005 Чернозем южный тяжелосуглинистый Среднее значение по исследуемым почвам 0,034± 0,01 0,065± 0,01 ПДК (Kloke А., 1980) Кларк в почвах мира (по Виноградову А. П., 1957) 10 0,01 Изученные черноземные почвы характеризуются удовлетворительным содержанием гумуса – в среднем от 4 до 7 %. Многие авторы [1, 3, 6, 9, 11] отмечают сильную взаимосвязь между содержанием селена в почвах и гумусом. По результатам нашего исследования изучена взаимосвязь между уровнем селена и содержанием гумуса, которое выражается следующим уравнением зависимости (1): y = 0,0146x - 0,03, r = 0,91, (1) где х – содержание гумуса, %, у – содержание селена, мг/кг. Таким образом, связь между данными показателями высокая и функциональная. Необходимо отметить, что широкое развитие эрозии и других отрицательных процессов, многократные механические обработки привели к ускоренной деградации черноземных почв Омской области и их значительной дегумификации. Быстрая дегумификация обусловлена здесь и жесткими экологическими условиями, при которых изначально сформировались маломощные, малогумусные почвы с выделением в их профиле маломощного гумусового слоя. Основной причиной деградации почв является сокращение биологического круговорота веществ, отсутствие резервных органических веществ для гумификации, невнесение органического вещества в почву, развитие эрозионных и дефляционных процессов. Все черноземные почвы пахотного фонда юга Омской области снизили содержание гумуса, в них уменьшился гумусовый слой, и они антропогенно эволюционировали в маломощные и очень маломощные, малогумусные 192 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) и очень малогумусные виды [7]. Поскольку наши исследования отмечают достаточно высокую взаимосвязь между содержанием гумуса и селеном, то наметившиеся негативные тенденции могут быть причиной и снижения уровня микроэлементов, в т. ч. и селена. Немаловажным фактором, влияющим на содержание селена в почве, является их кислотность. Кроме того, большинство исследователей считают кислотность почв приоритетным фактором, влияющим на мобильность селена [4]. Существует закономерность: чем выше уровень pH, тем более доступен, селен для растений. В результате наших исследований установлена взаимосвязь между уровнем рН и содержанием селена. Исследуемые почвы характеризуются уровнем рН от 5,9 до 7,5, что характеризует их как близкие к нейтральной, нейтральные и слабощелочные. В данном диапазоне взаимосвязь «селен – рН» характеризуется уравнением 2. y = -0,0729x2 + 0,9838x - 3,2288, R² = 0,553, (2) где х – рН, %, у – содержание селена, мг/кг. Гидролитическая кислотность определяется Н-ионами, переходящими в раствор при взаимодействии с почвой гидролитически щелочных солей, и включает менее подвижные Н-ионы, не вытесняемые нейтральными солями. Ее величина определяет насыщенность почв основаниями. Между уровнем гидролитической кислотности Нг (х, мг-экв/100 г почвы) и содержанием селена (у, мг/кг) существует прямая зависимость, которая характеризуется уравнением 3: y = 0,0097x + 0,0407, r = 0,7 (3) Между количеством поглощенных оснований (х, мг-экв/100 г почвы) и содержанием селена (у, мг/кг) отмечена средняя отрицательная зависимость (уравнение 4). y = -0,0009x + 0,081, r = 0,53 (4) Аналогичная закономерность отмечается и в более ранних исследованиях по содержанию селена в почвах Омской области [9]. Геохимия селена тесно связана с рядом макро- и микроэлементов, что также влияет на его распределение в почвах. В химическом отношении селен является аналогом серы, находясь с ней в одной группе химических элементов. Сходство физикохимических характеристик обуславливает взаимозамещаемость селена и серы в соединениях. Поскольку селен геохимически связан с серой, в наших исследованиях изучена взаимосвязь между данными элементами, которая выражается следующим квадратичным уравнением: y = -0,0161x2 + 0,0808x - 0,0209, R² = 0,79 (5) где х – содержание серы, мг/кг, у – содержание селена, мг/кг. Таким образом, связь между селеном и серой неоднозначная, при этом содержание селена возрастает до концентрации серы 2,5–3 мг/кг, при дальнейшем увеличении содержания серы уровень селена имеет тенденцию к понижению. На неоднозначность взаимосвязи селена и серы указывают и другие авторы. Согласно представленным уравнениям в исследованиях [9], сера, наряду с гумусом, оказывает большое влияние на аккумуляцию селена. При этом, для почв Омской области в исследованиях 2010– 2012 гг. установлено, что 1 % SO2 увеличивает содержание Sе на 1,17 мг/кг почвы [9]. Известно, что содержание селена связано с наличием органического вещества в почве, которое аккумулирует серу, чем, по данным [9] объясняется сильная связь между этими двумя элементами. Очевидно, что на взаимосвязь этих двух элементов влияют различные эдафические факторы. Например, в исследованиях [8] указано, что в резкоокислительных и резковосстановительных условиях селен является геохимическим аналогом серы. В слабоокислительных и слабовосстановительных условиях, напротив, пути миграции и концентрации этих элементов часто расходятся [8]. Для оценки уровня содержания селена в почве приняты следующие пороговые значения концентрации микроэлемента: менее 125 мкг/кг – область селенодефицита; 193 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 125–175 мкг/кг – маргинальная недостаточность; 175 – 3000 мкг/кг – область оптимума; более 3000 мкг/кг – область избытка. Исходя из этих пороговых значений, можно констатировать, что для изученных типов почв Омской области содержание селена соответствует условной области селенодефицита. Заключение Таким образом, в результате исследований установлены взаимосвязи валового селена с почвенной зональностью, типом почв, содержанием гумуса, кислотностью и с другими почвенными компонентами, что свидетельствует о неоднозначном характере поведения и распределения селена. При этом антропогенное изменение почвенных параметров (подкисление, эрозия, вторичное засоление, дегумификация и др.) могут отрицательно сказаться на балансе селена и его доступности в пищевой цепи. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и МОКНСМ в рамках научного проекта № №20-55-44028. Литература 1. Барабанщикова Л. Н. Содержание и распределение селена в агроландшафтах Северного Зауралья: Дис. … канд. биол. наук. – Тюмень, 2013. 2. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах / А. П. Виноградов. – М.: Наука, 1957. 3. Голубкина Н. А., Папазян Т. Т. Селен в питании. Растения, животные, человек. – М: Печатный город, 2006. 4. Ермаков В. В. Биогеохимия селена и его значение в профилактике эндемических заболеваний человека // Вестник отделения наук о Земле РАН. – 2004. – № 1(22). 5. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе «почва – растение». – Новосибирск: Наука, 1991. 6. Капитальчук М. В., Капитальчук И. П., Голубкина Н. А. Аккумуляция и миграция селена в компонентах биогеохимической цепи «почва – растения – человек» в условиях Молдавии // Поволжский экологический журнал. – 2011. – № 3. – С. 323–335. 7. Рейнгард Я. Р. Деградация почв экосистем юга Западной Сибири. –Лодзь, 2009. 8. Сидельникова В. Д. Геохимия селена в биосфере // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. Труды биогеохимической лаборатории. – М.: Наука, 1999. – Т. 22. – С. 81–99. 9. Синдирева А. В, Критерии и параметры действия микроэлементов в системе почва-растение-животное: Дис. … д-ра биол. наук. – Тюмень, 2012. 10. Синдирева А. В., Голубкина Н. А. Оценка селенового статуса территории Омской области // Омский научный вестник. – 2011. – № 1 (104). – С. 192–196. 11. Cысо А. И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. 12. Bargelini A., Borella Р., Solfini V. Mercury and selenium distribution in human kidney cortex // Trace Elem. Exp. Med. – 1995. – № 8 (2). – P. 68–69. 13. Selenium and the immune system / R. C. Mc Kenzie [et al.] // Nutrition and immune function. – 2002. – CABI Publishing. Wallingford. UK. – P. 239–250. 14. Broome C. S. An increase in selenium intake improves immune function and poliovirus handling in adults with marginal selenium status / C. S. Broome [et al.] // Am. J. Clin. Nutr. – 2004. – Vol. 80. – P. 154–162. 194 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) FACTORS AFFECTING THE SELENIUM CONTENT IN CHERNOZEM SOILS OF THE FOREST-STEPPE AND STEPPE ZONES OF THE OMSK REGION A. V. Sindireva, V. A. Boev, V. V. Boev The reported study was funded by RFBR and MECSS, project number №20-55-44028. The article analyzes the features of the selenium content in the arable horizon of chernozem soils of the Omsk region and determines the relationship of its distribution with the main physical and chemical indicators of soils. Correlations of the selenium content with humus, the level of acidity, exchange bases, and macronutrients were established. The obtained data can be used in environmental monitoring as the initial, background points of the report when assessing the degree of selenium content in agrocenoses, as well as when predicting the status of selenium in the Omsk region. The results of the study can be used for practical purposes in the development of recommendations for the prevention of selenodefecitis. Keywords: selenium, soils, humus, acidity, sum of exchange bases, sulfur. УДК 504.054 ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ, ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫХ И ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ А. В. Сивцов1, Д. А. Козырев2, С. Н. Горбов2, Е. А. Бураева3 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

2 Академия биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

,

3 НИИ физики Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

1 Особое внимание в радиоэкологии уделяется оценке доз облучения населения от различных факторов. Одним из таких факторов является возникающая проблема урбанизированных территорий. В современном мире процесс урбанизации являет собой уже устойчивую общемировую тенденцию. Неизбежным итогом урбанизации являются антропогенные нарушения почвенных процессов и экосистемных функций почв, которые отражаются на качестве жизни городских жителей. Целью данной работы является оценка особенностей распределения естественных радионуклидов (232Th, 226Ra, 40K) в почвах урбанизированных, природно-техногенных и природных зонах Ростовской области. Разрезы закладывали в разных функциональных зонах области: в различных районах г. Ростова-на-Дону, г. Новочеркасска, особо охраняемых природных территориях (ООПТ) и природно-техногенных зонах Новочеркасской ГРЭС. Ключевые слова: естественные радионуклиды, почва, антропогенные факторы, удельная активность. Введение Повышенное внимание в радиоэкологии уделяется определению естественной радиоактивности территорий и почв населённых и природных районов, это необходимо для выявления зон с повышенным уровнем содержания радионуклидов [1]. В рамках города деградация почвы протекает по различным сценариям, таким как загрязнение 195 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) бытовым и строительным мусором, за счет автомобильных выхлопов и промышленных выбросов (тяжёлые металлы, нефтепродукты, бензапирен). Городские почвы значительно изменены антропогенной деятельностью. Как следствие, это приводит к изменению основных свойств городской среды, что в свою очередь, влияет на поведение и судьбу как естественных, так и искусственных радиоактивных изотопов химических элементов, а также приводят к изменению радиоактивности окружающей среды в городских условиях. Поэтому, оценка содержания радионуклидов в почве имеет особое значение для радиационной защиты населения. Для городских почв характерны, как естественные, так и антропогенно-преобразованные почвы с различной антропогенной нагрузкой [2]. Исходя из этого, сравнение удельной активности основных дозообразующих радионуклидов в почвах, отличных по антропогенной нагрузке, поможет составить полную картину влияния антропогенных факторов на городские почвы. Основной фон территории городских почв представлен естественно-антропогенными почвами (урбо-черноземами) и антропогенно-преобразованными почвами (урбаноземами), приуроченными к промышленной и селитебной частям городов. Естественные почвы сохранились в парковых и рекреационных зонах, испытывая на себе влияние древесной растительности, в то время как зональные почвы – черноземы – встречаются редкими островками в частном секторе [3]. Методы Ростовская область расположена в южной части Восточно-Европейской равнины и частично в Северно-Кавказском регионе, занимая обширную территорию в речном бассейне Нижнего Дона [4]. Для территории Ростовской области характерен умеренно континентальный климат умеренного пояса [5]. Ростовская область почти целиком находится в районах развития черноземных почв. На её территории распространены и приходят в соприкосновение между собой две системы почвенных зон. В качестве индикаторов в данной работе были выбраны образцы почв. Образцы почв отбирали в экспедициях 2012–2019 г. (Ростовская область). Пробоподготовка почв происходит следующим образом: после взвешивания “мокрой” пробы почвы, её высушивают в сушильном шкафу при температуре 105–110 °С. Заново взвешивают всю пробу для определения “сухого” веса почвы. Из всей пробы методом квартования отбирают необходимое количество почвы, взвешивают и переносят в специальный сосуд нужного объёма. Полученный счётный образец герметично запаковывают, выдерживают его в течение двух недель до установления радиоактивного равновесия в ряду 222Rn и проводят измерения с помощью сцинтилляционного гамма-спектрометра “ПрогрессГамма” на основе кристалла йодистого натрия NaI(Tl). В данной работе для сравнения данных использовался U-критерий Манна-Уитни. Метод основан на определении того, достаточно ли мала зона перекрещивающихся значений между двумя вариационными рядами (ранжированным рядом значений параметра в первой выборке и таким же во второй выборке). Чем меньше значение критерия, тем вероятнее, что различия между значениями параметра в выборках достоверны. Результаты исследования Содержание естественного радионуклида 226Ra в городских, природно-антропогенных почвы и почвы ООПТ Ростовской области в среднем варьируется в пределах 21–26 Бк/кг. При этом максимальная концентрация данного элемента фиксировались в природно-антропогенных почвах, но наибольшее среднее значение наблюдается в почвах ООПТ. В целом активность 226Ra в различных почвах совпадает в пределах 196 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) погрешности. Известно, что радий не входит в состав отдельных минералов, а широко распространен в виде включений во многих образованиях. Процессы миграции 226Ra в почвах, его поглощение и накопление растениями существенно зависят от путей поступления и прочности закрепления данного элемента в сложной многокомпонентной системе, какой и является почва. Удельная активность 232Th во всех исследуемых почвах Ростовской агломерации изменялась в пределах от 26 до 29 Бк/кг. Максимальная удельная активность была зафиксирована в городских почвах (112,4 Бк/кг), что в 2 раза больше, чем в остальных почвах. Значимых отличий распределения 232Th в различных почвах выявлено не было. Известно, что основной вклад в содержание радионуклидов в почвах исследуемых территорий вносит 40К. Как показали результаты работы, удельная активность 40K в почвах в среднем варьировались в пределе от 359 до 508 Бк/кг. При этом максимальная концентрация 40К была зафиксирована в городских почвах – 1537 Бк/кг. Результаты статистического анализа почв показал, что по критерию МаннаУитни неразличимыми почвами можно считать городские и почвы ООПТ по содержанию 226Ra и 232Th (0,06 и 0,09 соответственно), городские и природно-антропогенные по содержанию 232Th в почве (0,06). Таблица 1. Содержание естественных радионуклидов в исследуемых почвах ПриродноГородские ООПТ антропогенные Параметр 226 40 226 40 226 40 Ra 232Th K Ra 232Th K Ra 232Th K Минимум, 9,4 5,4 18,7 <1,0 <1,0 22,0 <1,0 7,0 125,0 Бк/кг Максимум, 1537, 1168, 90,5 112,4 93,6 65,7 63,9 56,1 705,0 Бк/кг 0 0 Среднее арифме23,8 28,3 412,5 21,3 28,9 464,1 25,9 26,9 379,1 тическое., Бк/кг Среднее геометри22,8 26,9 390,3 19,1 25,6 422,6 23,5 25,6 358,8 ческое, Бк/кг Медиана 23,9 28,9 426,0 21,8 30,4 476,0 24,4 26,0 392,6 Мода 23,9 28,4 464,0 13,7 30,5 508,0 22,9 33,1 470,0 Стандарт0,6 0,6 9,1 0,4 0,5 8,0 0,9 0,7 11,0 ная ошибка Стандартное откло8,0 9,3 130,7 9,4 10,2 169,5 9,5 7,8 116,6 нение Дисперсия 63,6 87,3 17095 88,2 103,8 28725 89,5 60,4 13588 выборки Эксцесс 28,1 30,9 26,3 17,2 0,9 1,7 2,8 0,8 -0,5 Асиммет3,8 3,2 2,8 2,5 -0,5 0,2 1,1 0,2 -0,1 ричность Количе207 207 207 454 454 454 113 113 113 ство, шт. 197 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Заключение Землепользование в городах и урбанизированных районах отличается повышенной интенсивностью эксплуатации, в результате чего практически все почвы, расположенные в городской черте, в той или иной степени подвержены физической деградации, являющейся результатом различного рода избыточных технологических нагрузок. Благодаря нашему исследованию, можно сделать вывод, что различий в содержании радионуклидов между городскими, природно-антропогенными почвами и почвами природных территорий Ростовской области, на данный момент, нет. Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (Государственное задание в сфере научной деятельности научный проект № 0852-2020-0032) / (БА30110/20-3-07ИФ). Литература 1. Бураева Е. А., Малышевский В. С., Вардуни Т. В. и др. Содержание и распределение естественных радионуклидов в различных типах почвы Ростовской области // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4. 2. Владимиров В. В. Урбоэкология. Курс лекций. – М.: МНЭПУ, 1999. С. 25–45. 3. Горбов С. Н., Безуглова О. С. Почвенный покров Ростовской агломерации. – М.: Южный федеральный университет, 2019. – С. 15–30. 4. Официальный портал Правительства Ростовской области [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. https://www.donland.ru/ (19.04.2021) 5. Федеральное агентство по туризму [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. https://tourism.gov.ru/ (19.04.2021) FEATURES OF THE DISTRIBUTION OF RADIONUCLIDES IN SOILS OF URBANIZED, NATURAL ANTHROPOGENIC AND NATURAL TERRITORIES OF THE ROSTOV REGION A. V. Sivtsov, D. A. Kozyrev, S. N. Gorbov, E. A. Buraeva Particular attention in radioecology is paid to the assessment of radiation doses to the population from various factors. One of these factors is the emerging problem of urbanized areas. In the modern world, the urbanization process is already a stable global trend. The inevitable result of urbanization is anthropogenic disturbances of soil processes and ecosystem functions of soils, which affect the quality of life of urban residents. The aim of this work is to assess the features of the distribution of natural radionuclides (232Th, 226Ra, 40K) in the soils of urbanized, natural-technogenic and natural zones of the Rostov region. The pits were laid in different functional zones of the region: in different districts of Rostov-on-Don, Novocherkassk, specially protected natural areas (SPNA) and natural and technogenic zones of the Novocherkasskaya SDPP. Keywords: natural radionuclides, soil, anthropogenic factors, specific activity. 198 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.41 СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОМ ЧЕРНОЗЁМЕ ТИПИЧНОМ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН В УСЛОВИЯХ ПОЛЕВОГО ЭКСПЕРИМЕНТА Е. А. Тимофеева, А. С. Молодцова Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

В работе рассматриваются изменения, происходящие со временем в черноземе типичном после загрязнения нефтью и солью (хлоридом натрия) как индивидуально, так и совместно, в полевых условиях под действием сельскохозяйственных культур (Pisum sp., Triticum sp.). За вегетационный сезон происходит снижение степени нефтезагрязнения почвы. Показано, что распределение тяжелых металлов коррелирует с миграцией нефти и соли, установлена возможность более сильной их мобилизации в условиях комплексного загрязнения. Под влиянием двух рассматриваемых культур поведение металлов различно, что связано как с физиологическими особенностями культур, так и влиянием загрязнителей. Ключевые слова: тяжелые металлы, нефтезагрязненные почвы, засоление, биомасса растений, чернозем типичный. Введение В связи с особенностями нефтедобычи, загрязнение почвы углеводородами часто происходит параллельно с засолением сопутствующими минерализованными водами. Нефтезагрязнение и сопутствующее засоление меняют физические и химические свойства почв [8], что влияет на поведение тяжелых металлов (ТМ) в ландшафте. При проникновении в почву нефть может блокировать поры, тем самым влияя на поглощение воды и питательных для растений веществ, покрывать поверхность корней, вызывая гипоксию. Рассматриваемое загрязнение способно как вызвать изменения в содержании подвижных форм ТМ, связанных с компонентами почвы в естественных условиях, так увеличить их содержания за счет их мобилизации из нефти [6]. Республика Башкортостан является одним из главных сельскохозяйственных регионов России, где также активно производится нефтедобыча, что может оказывать негативное воздействие на почвы и сельскохозяйственную продукцию. В нефти содержатся вещества способные подавить рост растений напрямую, путем насыщения почвенного раствора компонентами, в частности тяжелыми металлами (ТМ) в подвижной форме. В число культур, выращиваемых на территории, входят горох (Pisum sp.) и пшеница (Triticum sp.). Для бобовых и злаков свойственно интенсивное поглощение ТМ [3]. По данным причинам пшеница и горох были выбраны для проведения полевого эксперимента. Методы В 2020 году был заложен полевой опыт, который длился полгода (вегетационный сезон). Эксперимент заключался в загрязнении чернозема типичного Стерлитамакского района республики Башкортостан in situ товарной нефтью и модельным солевым раствором, представленным химически чистым хлоридом натрия. Для этого сначала загрязнили песок товарной нефтью до нефтеемкости песка и инкубировали в течение 10 суток на открытом воздухе. Затем смешали загрязненный песок с пахотным гори199 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) зонтом почв в пропорции, позволяющей достичь содержания нефти в загрязнённой почве, равного 2 г/кг и 3 г/кг, после этого вспахали почву на глубину 30-см слой почвы культиватором. Далее опытные площадки, обработали раствором хлорида натрия согласно схеме (см. табл. 1). Размер каждой площадки составлял 2х2 м, расстояние между площадками – не менее 1 м. После загрязнения осуществлялся посев пшеницы и гороха. Выращивание культур проводилось в соответствии с принятой агротехникой. По окончании вегетационного периода были отобраны образцы почвы из горизонтов Апах и А1 с глубин 0-10, 10-20 и 20-30 см в трехкратной повторности. Далее для определения подержания подвижных форм ТМ использовался метод ICP-OES с предварительным извлечением ацетатно-аммонийным буфером с pH = 4,8 по ПНДФ 16.1:2.3:3.50-08. В ходе работы было определено содержание подвижных форм следующих металлов: меди, хрома, никеля, цинка, кадмия, кобальта, свинца и марганца. Для определения содержания нефтепродуктов гравиметрическим методом по ПНДФ 16.1:2:2.2:2.3:3.64-10. Таблица 1. Схема проведения полевого эксперимента. Контроль Контроль Контроль Контроль Контроль (пшеница) (пшеница) (пшеница) (горох) (горох) Содержание Содержание Содержание Содержание Содержание нефти 2 г/кг нефти 2 г/кг нефти 2 г/кг нефти 2 г/кг нефти 2 г/кг (пшеница) (пшеница) (пшеница) (горох) (горох) Содержание Содержание Содержание Содержание Содержание нефти 3 г/кг нефти 3 г/кг нефти 3 г/кг нефти 3 г/кг нефти 3 г/кг (пшеница) (пшеница) (пшеница) (горох) (горох) Контроль + Контроль + Контроль + Контроль + Контроль + 1 г/кг NaCl 1 г/кг NaCl 1 г/кг NaCl 1 г/кг NaCl 1 г/кг NaCl (пшеница) (пшеница) (пшеница) (горох) (горох) Содержание Содержание Содержание Содержание Содержание нефти 2 г/кг нефти 2 г/кг нефти 2 г/кг нефти 2 г/кг нефти 2 г/кг + 1 г/кг NaCl + 1 г/кг NaCl + 1 г/кг NaCl + 1 г/кг NaCl + 1 г/кг NaCl (пшеница) (пшеница) (пшеница) (горох) (горох) Содержание Содержание Содержание Содержание Содержание нефти 3 г/кг нефти 3 г/кг нефти 3 г/кг нефти 3 г/кг нефти 3 г/кг + 1 г/кг NaCl + 1 г/кг NaCl + 1 г/кг NaCl + 1 г/кг NaCl + 1 г/кг NaCl (пшеница) (пшеница) (пшеница) (горох) (горох) Контроль (горох) Содержание нефти 2 г/кг (горох) Содержание нефти 3 г/кг (горох) Контроль + 1 г/кг NaCl (горох) Содержание нефти 2 г/кг + 1 г/кг NaCl (горох) Содержание нефти 3 г/кг + 1 г/кг NaCl (горох) Результаты исследований Оценка загрязнения нефтью почвы после проведения полевого эксперимента показала, что уровень содержания нефти и нефтепродуктов в среднем уменьшился в среднем на ¾ от внесенного, и в большинстве вариантов уровень загрязнения был допустимым (не превышал 1000 мг/кг), в отдельных случаях соответствовал низкому уровню загрязнения. Содержание подвижных форм ТМ в ряде случаев индивидуального загрязнения нефтью (медь – культура горох, никель – культура пшеница) не превышает фоновые значения. Максимальное превышение фоновых значений наблюдается для марганца в вариантах загрязнения нефтью без засоления в слое 0-10 см культуры – пшеница и составляет 8 раз. Отсутствие превышения наблюдается для цинка в варианте загрязнения нефтепродуктами в слое 10-20 культуры – горох и свинца во двух рассматриваемых вариантах загрязнения в слое 0-10 культуры – горох. Содержание тяжелых металлов оказалось выше в вариантах опыта с внесением хлорида натрия по сравнению с контролем в среднем в 1,5 раза. Максимальные превы200 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) шения наблюдается для марганца – в 5-11 раз. Превышения не наблюдается для цинка в варианте засоления двух рассматриваемых слоев, культура – пшеница, а также для меди в варианте засоления в слое 10-20, культура – горох. При комплексном загрязнении для меди в варианте культуры – горох и марганца в варианте культуры – горох свойственна тенденция к большей мобилизации по сравнению с индивидуальным загрязнением нефтью, а для хрома и меди в почве, где произрастала пшеница, наблюдается противоположная тенденция. Эксперимент также показал, что концентрации металлов трех рассматриваемых слоях во всех вариантах загрязнения могут иметь близкие значения, что свойственно для марганца в варианте с культурой – пшеница. Показатели содержания подвижных форм ТМ в почвах, где произрастали разные культуры, имели близкие значения, а для ряда металлов меньшие до 2 раз (Cu, Ni) и даже нулевые (Pb, Cd) значения наблюдались в почвах, где произрастала пшеница. Обсуждение Снижение уровня загрязнения нефтью можно объяснить деградацией углеводородов под воздействием климатических (атмосферные осадки, температура) и биологических факторов (растительность, деятельность микроорганизмов в корнеобитаемом слое) особенно в верхнем горизонте, где наблюдались пониженные значения содержания загрязнителя по сравнению с нижележащем слоем [7]. Изменение концентраций тяжелых металлов с глубиной коррелирует с профильным распределением нефти и нефтепродуктов, что показывает влияние загрязнения нефтью на распределение подвижных форм тяжелых металлов по профилю. Повышение концентрации соли приводит к мобилизации ТМ в почве из-за увеличения ионной силы почвенного раствора [1]. Однозначно сказать об усилении мобилизации при комплексном загрязнении по сравнению с индивидуальным нельзя, так как в ряде случаев данная тенденция не наблюдается. Ее отсутствие может быть связано с обволакиванием почвенных агрегатов и, соответственно, блокированием выхода ионов ТМ в раствор. Наличие тенденции можно объяснить влиянием соли на мобильность нефти и нефтепродуктов в почве, а также влиянием на содержание органического вещества в почве, которое, в свою очередь, способствует мобилизации ТМ [2, 4]. Повышенные концентрации марганца по сравнению с другими металлами могут быть с вязаны с высоким уровнем валового содержания данного элемента в черноземе по сравнению с ТМ [5]. Выбранные культуры – пшеница и горох – в равной степени эффективно уменьшают содержание подвижных форм ТМ в почве. В ряде случаев пшеница проявляла себя как более интенсивный поглотитель ТМ. Заключение Степень загрязнения нефтью и подвижными формами тяжелых металлов соответствует допустимому уровню (нормативам), поэтому поступление нефти в количестве 2 и 3 г/кг с солью (хлоридом натрия 1 г/кг) или без нее не оказывает негативного влияния на показатели чернозема типичного Республики Башкортостан. Распределение подвижных форм ТМ положительно коррелирует с распределением нефти и соли по профилю, данные факторы влияют на их мобилизацию. Выявлена тенденция к аккумуляции загрязнителей в среднем слое 0-20 см. Влияние растительности в полевом эксперименте можно оценить по разнице в интенсивности поглощения ТМ культурами Pisum sp. и Triticum sp. Исследование выполнено в рамках Программы развития Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова "Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды". 201 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Литература 1. Amrheln C., Strong J. E., and P. A. Mosher Effect of Deicing Salts on Metal and Organic Matter Mobilization in Roadside Soils // Environ. Sei. Technol. – 1992. – № 26. – P. 703–709. 2. Xiaowen F., Zhaojie C., and Guolong Z.. Migration, speciation and distribution of heavy metals in an oil-polluted soil affected by crude oil extraction processes// Environmental Science Processes & Impacts, 2014. – Vol. 16. – № 7. – P. 1737–1744. 3. Kumar A., Kumar S. Maiti, Tripti et al. Grasses and legumes facilitate phytoremediation of metalliferous soils in the vicinity of an abandoned chromite–asbestos mine // J. of Soils and Sediment. – 2017. – № 7. – P. 1358–1368. 4. Габбасова И. М., Сулейманов Р. Р. Трансформация серых лесных почв при техногенном засолении и осолонцевании и в процессе рекультивации в нефтедобывающих районах // Почвоведение. – 2007. – № 9. – С. 1120–1128. 5. Горбунова Н. С., Протасова Н. А. Формы соединений марганца, меди и цинка в черноземах Центрально-Черноземного региона // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. – 2008. – № 2. – С. 77–85. 6. Савонина Е. Ю., Марютина Т. А., Катасонова О. Н. Определение микроэлементов в нефти с использованием комбинированного способа пробоподготовки // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2016. – Т. 82. – № 10. – С. 17–21. 7. Трофимов С. Я., Фокин А. Д., Дорофеева Е. И. и др. Влияние нефтяного загрязнения на свойства чернозема выщелоченного в условиях модельного эксперимента // Вестн. Моск.ун-та. – 2008. – № 1. – С. 34–39. 8. Трофимов С. Я., Розанова М. С. Изменение свойств почв под влиянием нефтяного загрязнения // Деградация и охрана почв. – М., 2002. – С. 359–373. THE CONTENT OF MOBILE FORMS OF HEAVY METALS IN OIL POLLUTED TYPICAL CHERNOZEM IN FIELD EXPERIMENT CONDITIONS E. A. Timofeeva, A. S. Molodtsova The present study aimed to evaluate changes, which took place in typical chernozem after oil contamination and salinization with NaCl (individually and in complex) in field conditions, which meant growing crops: Pisum sp. and Triticum sp. During the growing season oil contamination rate was decreasing. This work illustrates, that heavy metals profile distribution correlates with specificity of oil and salt migration. Also, a possibility of heavy metals’ mobile forms increasing due to complex contamination was determined. Heavy metals mobilization differs in soils, where wheat and pea were planted. This trend can be explained either by physiological characteristics of crops or by contaminates’ behavior. Keywords: heavy metals, oil contamination, soil salinity, plant biomass. 202 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.4 ОЦЕНКА БАЛАНСА И ПОТОКОВ ЭЛЕМЕНТОВ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ ДЛЯ ПАХОТНЫХ ПОЧВ РОССИИ В ПЕРИОД С 1991 ПО 2020 ГОД Д. М. Хомяков Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) e-mail:

Анализ прошедшего 30-летнего периода развития земледелия страны показал, что присутствует очевидный отрицательный баланс макроэлементов минерального питания растений (NPK) на российской пашне. Оценён объем внесения минеральных удобрений, мелиорантов и иных агрохимических средств. На примере зерновых культур показаны темпы отчуждения азота, фосфора, калия, кальция и магния с товарной и побочной продукцией. Доказано, что c биогеохимической точки зрения формирование биомассы и урожаев происходило за счет запасов ранее накопленного и пока не восполняемого плодородия пахотных почв. Их деградация и декарбонизация с каждым годом усиливается. В настоящее время результаты негативных процессов уже отчетливо выявляются по итогам агрохимических обследований. Воспроизводство плодородия почв и дальнейший рост урожаев, повышение качества получаемой товарной продукции могут быть достигнуты только в рамках биогеохимической технологической парадигмы при соответствующем благоприятном сочетании гидротермических условий. Необходимо использование агроприемов и способов возделывания основных сельскохозяйственных культур, исключающих декарбонизацию почв, а также включающих в себя полную оценку и корректировку расходных и приходных статей баланса элементов минерального питания растений в агроценозах. Ключевые слова: биогеохимия пахотных почв, элементы минерального питания растений, агрохимические средства, плодородие. Введение Президиум Совета законодателей РФ при Федеральном Собрании РФ в решении от 18.12.2020 «О мерах по обеспечению плодородия земель сельскохозяйственного назначения» отметил ряд проблем: неэффективность землеустройства как комплекса мероприятий по изучению состояния почв, планированию и организации их рационального использования и охраны; недостаточное нормативно-правовое регулирование своевременного выявления изменения состояния плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения, оценки этих изменений….», среди прочих неотложных мер исправления ситуации рекомендуется «законодательно определить понятия почвы и ее плодородия как фундаментального уникального свойства». «Состояние почв в нашей стране требует принятия комплекса мер, направленных на их сохранение, охрану и воспроизводство плодородия» [2]. Методы Сбор, обобщение, и системный анализ статистических данных за прошедший 30летний период, характеризующих агроэкологические аспекты земледелия в России. Для биогеохимической оценки состояния пахотных почв, баланса элементов минерального питания растений в агроценозах, привлечены результаты, ранее выполненных агрономических экспериментов и полевых опытов. Изучены положения действующих норма203 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) тивных правовых актов, регулирующих использование почвенных ресурсов страны и обеспечение экологической безопасности. Результаты исследований Мы провели биогеохимическую оценку использования почвенных ресурсов в земледелии за последний 30-летний период. Часть приходных статей баланса основных элементов минерального питания растений представлена в таблице 1. Органическое вещество (гумус) почвы является системообразующим фактором ее функционирования, определяет свойства, режимы и плодородие. Для предотвращения декарбонизации пахотных почв на имеющуюся площадь посевов и паров – 92 млн га, необходимо вносить в среднем по 4–6 т/га органических удобрений в год, или 370–550 млн т. Согласно [3], текущий уровень – 70 млн т. Торф в качестве удобрения сейчас не используется. Таблица 1. Площади посевов, паров, их сумма, применение минеральных удобрений в пересчете на 100 % питательных веществ (д.в.), внесение известковых материалов в органических удобрений в России с 1991 по 2020 [3] (рассчеты автора) Период, годы 1991–1995 1996–2000 2001–2005 2006–2010 2011–2015 2016–2020 Средняя площадь, млн га в год чистых паров посевов 15,1 18,0 16,2 14,0 13,0 11,8 109,9 92,2 79,7 76,0 77,5 79,7 Применение минеральных удобрений в среднем в год в cумме млн т д.в. 125,0 110,2 95,9 90,0 90,5 91,5 5,3 1,4 1,4 1,8 1,9 2,6 кг д.в./га посевов 48,2 15,2 17,6 23,7 24,5 32,2 Внесение, млн т физической массы в среднем в год известорганиковых ческих матеудобрений риалов 16,0 2,0 2,5 2,1 2,1 2,3 260,0 80,2 56,8 42,8 58,0 69,0 В 1990 году было 76 млн условных голов скота, в почву вносилось ежегодно 390 млн т органики. Сегодня в стране 35 млн голов. Нами рассчитан выход навоза и помета во всех категориях хозяйств. Он составляет до 290–300 млн т физической массы или 210 млн т в пересчете на подстилочный навоз. Примерно половина этого количества производится в ЛПХ населения. Суммарное содержание действующих веществ – N, P2O5 и K2O в органике составляет 2,9 млн т, что превышает объемы их ежегодного внесения (табл. 1). Применение минеральных удобрений и выпадение кислых атмосферных осадков усиливает отчуждение из почвы кальция и магния за счет вертикальной внутрипрофильной миграции и выноса с урожаями. Известкование пахотного слоя кислых почв является химической мелиорацией. На 1 га в среднем необходимо вносить 6–9 т известковых материалов с периодичность 5–7 лет. Их использование за прошедший 30-летний период снизилось с 16,0 млн т физической массы в год в первую пятилетку, до 2,0-2,5 млн т [3] – примерно 25 кг/га пашни, находящейся в обороте. Следовательно, снижается эффективность агротехнологий, окупаемость минеральных удобрений и качество урожаев, происходит асидизация агроландшафтов. При получении 1 т зерна с соответствующим количеством побочной продукции в зависимости от почвенно-климатических условий, культуры и сорта вынос из почвы 204 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) основных элементов минерального питания растений меняется. В среднем его объем оценивается в 25-35; 11-15 и 20-27 кг в пересчете на N, P2O5 и K2O (д.в.). Кроме того, выносится 6-10 кг кальция (Ca), 6–8 кг магния (Mg), сера, кремний, микроэлементы и т. д. Мы условно приняли, что со 100 млн т собранных зерновых из почвы извлекается 3,0 млн т азота, 1,2 млн т фосфора и 2,3 млн т калия. В сумме – 6,5 млн. т д. в. Плюс до 1 млн т кальция и 0,8 млн т магния. А ведь кроме зерна ежегодно собирается и другая продукция растениеводства [1, 3]. Данные приведены в таблице 2. Урожаи – отношение валового сбора зерновых и зернобобовых культур в весе после доработки к площади посевов. Более точные расчеты должны включать особенности поведения минеральных удобрений в почве, коэффициенты усвоения растениями питательных веществ, их миграцию по профилю, потери (включая газообразные для азота) и иные расходные и приходные статьи баланса элементов в агроценозах (внесение органических удобрений и т. д.). Площадь пашни нужно рассчитывать, суммируя посевную и парующую. Потери элементов идут и на парующих участках. Помимо агрохимических средств выделяют также и иные приходные статьи баланса (семена, фоновые выпадения, возделывание бобовых культур, обогащающих почву доступным азотом и т.д.). Таблица 2. Производство зерна в России с 1991 по 2020 годы в хозяйствах всех категорий [3] и вынос элементов минерального питания с ним и соответствующим количеством побочной продукции (расчет автора) Период, Средняя Средний Средний Средний Средний годы посевная урожай валовый вынос N, вынос площадь, зерна, сбор зерна, P2O5, K2O, Ca и Mg, млн га в год ц/га в год млн т в год млн т в год млн т в год (сумма, д.в.) (сумма) 1991–1995 59,1 14,8 87,9 5,7 1,6 1996–2000 50,0 13,0 65,1 4,2 1,2 2001–2005 44,8 17,6 79,0 5,1 1,4 2006–2010 45,0 18,9 85,2 5,5 1,5 2011–2015 45,3 20,6 93,5 6,1 1,7 2016–2020 47,1 26,5 124,7 8,1 2,3 Обсуждение Устойчивый рост средних урожаев и валового сбора зерна в период с 2001 года по 2020 год по сравнению с предшествующим десятилетием (табл. 2) достигнут за счет современных элементов агротехнологий – сортов, семян, средств защиты растений, в основном импортируемых. Наблюдается более благоприятный баланс тепла и влаги, улучшение агрометеорологических условий на протяжении вегетационного периода в большинстве сельскохозяйственных регионов станы, хотя есть проявления и экстремальных явлений. При этом снизилось применение всех минеральных удобрений, мелиорантов и иных агрохимических средств (табл. 1). На примере зерновых культур показан объем отчуждение азота, фосфора, калия, кальция и магния с товарной и побочной продукцией. С середины 1990-х годов в пахотных почвах наблюдается отрицательный, не компенсируемый баланс указанных элементов минерального питания сельскохозяйственных культур. Следовательно, с биогеохимической точки зрения, формирования биомассы и получения урожаев происходило за счет запасов, ранее накопленного, и пока не восполняемого, плодородия пахотных почв. Их истощение, деградация и дегумификация (декарбонизация) с каждым годом усиливается. Результаты указанных негативных процессов отчетливо выявляется при анализе данных агрохимических обследований площадей порядка 100 млн га [1]. 205 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Заключение Проведенное нами исследование показало, что в земледелии России объемы применяемых удобрений и мелиорантов недостаточны для воспроизводства плодородия почв. В соотношении вносимых N, P2O5, K2O (д.в.) превалирует азот – 1,0:0,4:0,27, что далеко от оптимального и научно обоснованного, учитывая агрохимические параметры пахотных почв страны: 1,0:0,6:0,4. Общие неиспользуемые ресурсы навоза и помета во всех категориях хозяйств для воспроизводства плодородия почв оценены в 140 млн т физической массы в пересчете на подстилочный навоз, а для возможного первоочередного применения – 70 млн т. Следовательно, может быть удвоен текущий уровень внесения органики. В настоящее время неоправданные ограничения экологоправового характера препятствуют это сделать, тем самым способствуя неконтролируемому поступлению в окружающую среду азот-, фосфор- и углеродсодержащих продуктов отходов животноводства в результате теневого оборота [4]. Деградация, дегумификация (декарбонизация) и потеря накопленных ресурсов плодородия пахотных почв, в том числе запасов доступных растениям форм элементов минерального питания, является биогеохимической угрозой национальной и экологической безопасности России. Литература 1. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения Российской Федерации в 2018 году. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2020. 2. Решение Президиума Совета законодателей Российской Федерации при Федеральном Собрании Российской Федерации от 18.12.2020 «О мерах по обеспечению плодородия земель сельскохозяйственного назначения». – URL: http://www.szrf.km.duma.gov.ru/ Resheniya-Prezidiuma-Sovetazakonodatele/item/24830774 / (дата обращения: 10.04.2021). 3. Российский статистический ежегодник. 2020: Статистический сб. – М.: Росстат, 2020. 4. Хомяков Д. М., Азиков Д. А. Эколого-почвенные аспекты земледелия России // Экология и промышленность России. – 2021. – Т. 25. – № 4. – С. 50–55. ASSESSMENT OF THE BALANCE AND FLOWS OF PLANT MINERAL NUTRITION ELEMENTS FOR ARABLE SOILS IN RUSSIA IN THE PERIOD FROM 1991 TO 2020 D. M. Khomiakov An analysis of the past 30-year period of agricultural development in the country has shown that there is an obvious negative balance of macronutrients of plant mineral nutrition (NPK) on Russian arable land. The volume of application of mineral fertilizers, ameliorants and other agrochemical agents is estimated. The volumes of nitrogen, phosphorus, potassium, calcium and magnesium alienation with commercial and by-products are shown on the example of grain crops. It is proved that from the biogeochemical point of view, the formation of biomass and crops was due to the reserves previously accumulated, and not yet replenished, the fertility of arable soils. Their degradation and decarbonization increases every year. Currently, the results of negative processes are already clearly identified by the results of agrochemical surveys. The reproduction of soil fertility and the further growth of crops, the improvement of the quality of the resulting commercial products, can only be achieved within the framework of the biogeochemical technological paradigm with the appropriate favorable combination of hydrothermal conditions. It is necessary to use agricultural practices and methods of cultiva206 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) tion of the main agricultural crops that exclude decarbonization, as well as including a full assessment and adjustment of the expenditure and input items of the balance of elements of mineral nutrition of plants in agrocenoses. Keywords: biogeochemistry of arable soils, elements of mineral nutrition of plants, agrochemical agents, fertility. УДК 631.415.1:57.044 ИНДИКАЦИЯ ТЕХНОГЕННОГО ПОДЩЕЛАЧИВАНИЯ ПОЧВ БОРЕАЛЬНОГО ЭКОТОНА РУССКОЙ РАВНИНЫ С. А. Тобратов, О. С. Железнова Рязанский государственный университет имени С. А. Есенина (г. Рязань, Россия) e-mail:

Одной из ключевых черт геохимической трансформации почв староосвоенных регионов центра Русской равнины является техногенное подщелачивание. Несмотря на то что этот процесс привлекает гораздо меньшее внимание в сравнении с подкислением, он имеет индикационное значение для выявления пространственных закономерностей атмотехногенеза в целом. На примере ландшафтов центра Рязанской области нами выявлены устойчивые траектории воздушной миграции загрязняющих веществ (общие для подщелачивающих агентов, радионуклидов, тяжелых металлов, оксидов азота и др.), определены диапазоны нормальных и аномальных значений рН почвенных суспензий для основных зональных почвенных группировок. Подчеркнуто, что арифметическая разность актуальной и обменной кислотности характеризует стадию техногенной геохимической преобразованности почвенного покрова. Ключевые слова: актуальная кислотность, обменная кислотность, техногенное подщелачивание почв, атмосферная диффузия поллютантов. Введение Геохимические последствия кислотных дождей привлекают большое внимание и хорошо изучены [3]. В то же время позитивным и негативным аспектам техногенного подщелачивания почв посвящен весьма ограниченный круг работ [4]. Ранее нами [2] установлено, что в процессе атмосферной диффузии выбросов точечных источников формируются устойчивые траектории воздушной миграции загрязняющих веществ, контролируемые ландшафтной структурой – рельефом и отчасти растительным покровом. Также было выявлено, что техногенное подщелачивание почв и осадков существенно увеличивает противокислотную буферность ландшафтов, в ряде случаев становясь ее основным фактором [2]. Целью настоящего исследования было выявление пространственных закономерностей и масштабов щелочного загрязнения зональных почв в одном из староосвоенных регионов центра Русской равнины. Методы Исследования проведены в центре Рязанской области (территория общей площадью 7,5 тыс. км2 на зональной границе подтайги, широколиственных лесов и лесостепи). Всего проанализировано 248 образцов почв (дерново-подзолистых песчаных и легкосуглинистых, верховых и низинных торфяных, серых лесных среднесуглинистых, черноземов тяжелосуглинистых, аллювиальных средне- и тяжелосуглинистых). После высушивания образцов до воздушно-сухого состояния, измельчения и просеивания отбирались две навески массой 5,0±0,01 г, которые заливались экстрагентами – дистил207 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) лированной водой и 1М раствором KCl – объемом 25 мл (соотношение почва-раствор 1:5) соответственно для определения актуальной (рНвод) и обменной (рНKCl) кислотности. Почвенные суспензии выдерживались 48 часов при периодическом перемешивании для достижения равновесия твердой фазы с экстрагентами; затем определялась реакция нефильтрованных суспензий при помощи рН-метра KL-0101 с автоматической термокомпенсацией. Интерпретация полученных данных осуществлялась с использованием вариационного и кластерного анализа. Результаты исследований Наиболее устойчивые закономерности техногенного подщелачивания отражает обменная кислотность (рис. 1). Конфигурация ареалов высоких и низких (околофоновых) величин рНKCl свидетельствует, что район исследований испытывает влияние выбросов предприятий г. Рязани, ОАО «Михайловцемент» и Рязанской ГРЭС, работающей на карбонатном канско-ачинском энергетическом угле. При этом траектории воздушной миграции карбонатной техногенной пыли канализируются поймой Оки и прилегающими сниженными морфотектоническими блоками, теряя соответствие с розой ветров. Следовательно, пространственная картина атмотехногенеза сложна и далеко не в полной мере описывается параметрами ветра, «точечно» определяемыми на ближайшей метеостанции 27730. Рис. 1. Обменная кислотность почв центра Рязанской области Нами установлено соответствие пространственных закономерностей подщелачивания почв, конфигурации чернобыльского радиоактивного следа, распределения свин208 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ца в снежном покрове и иных форм загрязнения, независимо от кларка техногенных элементов, летучести, наличия или отсутствия источников в регионе [2]. Это свидетельствует о высокой устойчивости атмотехногенных траекторий (рис. 1 и 3), а также о том, что рельеф является «общим знаменателем», объединяющим разнородные элементы в устойчивые сочетания на путях их аэральной миграции. Установлено, что фоновые диапазоны обменной кислотности зональных дерновоподзолистых и серых лесных почв (рНKCl соответственно 3,0-3,2 и 4,1-4,4 [1]) имеют ограниченное распространение, более распространен «техногенно модифицированный фон» (подщелачивание на 0,2-0,7 единиц), а на осях атмотехногенных траекторий рост рНKCl относительно фона достигает 2,5-3,5 единиц и более (что эквивалентно смещению на юг степной зоны). Полученные результаты позволяют утверждать, что щелочное загрязнение почв для староосвоенных регионов Центра России значительно типичнее и приоритетнее техногенного подкисления. Кроме того, ареалы щелочного загрязнения интегрально отражают общий уровень атмотехногенного воздействия (включая и загрязнение радиоцезием). Техногенное подщелачивание вызывает эволюционные изменения в зональных почвах. При этом на начальной стадии таких изменений имеет место превышение обменной кислотности над актуальной, чего практически никогда не происходит в равновесных фоновых условиях. Данное превышение обусловлено тем, что в процессе воздействия нейтральной соли в раствор из почвенного поглощающего комплекса (ППК) могут переходить не только дополнительные порции ионов Н+, но и избыточные нерастворимые в дистиллированной воде щелочные компоненты (при их наличии): H  ППКCa  3НС1  Са 2 2   3 KCl  ( ППК )3К Учитывая вышесказанное, считаем, что в качестве индикатора техногенной геохимической преобразованности почвенного покрова следует рассматривать арифметическую разность актуальной и обменной кислотности (ΔрН): ΔрН = рНвод – рНKCl Рис. 2. Кривая распределения ΔрН Рис. 3. Почвенно-геохимические кластеры – индикаторы фоновых и техногенно трансформированных ландшафтных обстановок Примечание к рис. 2: интерпретация формы распределения и обособленных диапазонов: 1 – диапазон достигнутого равновесия (как в фоновых условиях, так и под влиянием устойчивого загрязнения): ΔрН положительная и высокая – в среднем около 1,0 ед.; 2 – «промежуточный» диапазон: ΔрН снижается под влиянием привноса экзогенных карбонатов, но остается положительной; 3 – отрицательные значения ΔрН – индикатор существенных нарушений почвенно-геохимических равновесий (начальная стадия техногенного преобразования). 209 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Вариационный анализ показал (рис. 2), что в районе исследований относительно преобладают почвы с положительной «фоновой» величиной ΔрН (около +1,0), что отражает равновесие кислотных и щелочных компонентов ППК. Однако в данный диапазон ΔрН попадают не только околофоновые территории, но и почвы на осях атмотехногенных траекторий в условиях сильного подщелачивания. Это следует интерпретировать как достижение данными почвами «новой нормальности» –геохимического равновесия в условиях длительного и стабильно высокого привноса карбонатной пыли (финальная стадия техногенной преобразованности). 37 % почв района исследований с ΔрН<0 находятся на начальных стадиях подщелачивания и активно эволюционируют в направлении упомянутой «новой нормальности». Результаты кластерного анализа (рис. 3) характеризуют пространственные закономерности техногенной геохимической эволюции зональных почв под влиянием подщелачивания. Наибольший интерес представляют: – кластер 1 – околофоновые условия песчаных почв Мещеры: рНKCl 3,8, ΔрН = +0,82; – кластер 3 – дерново-подзолистые почвы на юге Мещеры в условиях интенсивного подщелачивания (не достигшие стационарного состояния): рНKCl 5,3, ΔрН = -0,35;. – кластер 4 – песчаные почвы Мещеры с повышенным относительно зонального фона уровнем рН, достигшие «новой нормальности»: рНKCl 4,4, ΔрН = +0,87; – кластер 10 – зоны активной геохимической эволюции серых лесных суглинистых почв, вызванной подщелачиванием: рНKCl 6,6, ΔрН = -0,63;. – кластеры 12 и 13 – зона «новой нормальности» в ареале суглинистых почв (серых лесных, дерново-подзолистых, аллювиальных): рНKCl 6,3-6,9, ΔрН = +0,59. Заключение Полученные результаты позволяют признать техногенное подщелачивание важным фактором геохимической эволюции почв в староосвоенных ландшафтах центра Русской равнины, интегрально характеризующим атмотехногез в целом. Щелочное загрязнение трансформирует почвенно-геохимические равновесия и сдвигает ΔрН в диапазон отрицательных значений, что индицирует начальные стадии техногенной преобразованности загрязняемых почв. Литература 1. Атлас почв Рязанской области. – Рязань, 2006. 2. Кривцов В. А., Тобратов С. А., Водорезов А. В. и др. Природный потенциал ландшафтов Рязанской области. – Рязань: Изд-во РГУ им. С. А. Есенина, 2011. 3. Моисеенко Т. И., Гашкина Н. А., Дину М. И. Закисление вод: уязвимость и критические нагрузки. – М.: ЛЕНАД, 2017. 4. Семенов Ю. В. Ландшафтно-геохимический синтез и организация геосистем. – Новосибирск: Наука (Сиб. отделение), 1991. INDICATION OF TECHNOGENIC SOIL ALKALINIZATION OF THE RUSSIAN PLAIN BOREAL ECOTONE S. A. Tobratov, O. S. Zheleznova One of the key features of the geochemical transformation of the soils of the olddeveloped regions of the center of the Russian Plain is technogenic leaching. Despite the fact that this process attracts much less attention in comparison with acidification, it has an indicative value for identifying spatial patterns of atmotechnogenesis in general. On the example of 210 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) the landscapes of the center of the Ryazan region, we identified stable trajectories of air migration of pollutants (common for alkalizing agents, radionuclides, heavy metals, nitrogen oxides, etc.), and determined the ranges of normal and abnormal pH values of soil suspensions for the main zonal soil groups. It is emphasized that the arithmetic difference between the actual and exchange acidity characterizes the stage of technogenic geochemical transformation of the soil cover. Keywords: actual acidity, exchange acidity, technogenic soil alkalinization, atmospheric diffusion of pollutants. УДК 631.416.8(9) ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ, ПОДВИЖНОСТИ И БИОДОСТУПНОСТИ Pb В ПОЧВАХ ООПТ «БЕГЛИЦКАЯ КОСА» ПОБЕРЕЖЬЯ ТАГАНРОГСКОГО ЗАЛИВА А. П. Щербаков, Д. Г. Невидомская Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

ООПТ «Беглицкая коса», расположенная на северном побережье Таганрогского залива, представляет уникальное геоморфологическое образование и является важным хранителем природного наследия Приазовья. Природоохранная ценность её обусловлена произрастающими и обитающими на ней краснокнижными видами флоры и фауны Ростовской области. Целью работы являлось изучение уровня содержания, подвижности и биодоступности Pb в системе «почва – растение» на территории ООПТ «Беглицкая коса». Почвы исследуемой территории представлены аллювиальной луговой насыщенной слоистой и черноземом обыкновенным карбонатным. Получены данные о содержании Pb в вегетативных и генеративных органах растений Мятлика узколистного (Póa angustifólia) и Пырея ползучего (Elytrígia répens). Диагностика по уровню валового содержания и подвижных форм Pb не выявила антропогенного загрязнения исследуемых почв и, соответственно, биодоступность Pb в растениях не превышала установленные нормативы. Отмечена тенденция большей подвижности Pb в аллювиальной луговой насыщенной слоистой почве, формирование которой приурочено к геохимически подчиненным ландшафтам относительно чернозема обыкновенного, распространенного по линии приморских обрывов территории Таганрогского залива, сложенных субаэральными лессовыми формациями. Ключевые слова: ООПТ, тяжёлые металлы, Pb, почвы, растения, загрязнение. Введение На сегодняшний день именно особо охраняемые природные территории (ООПТ) являются теми ареалами, где относительно сохраняется естественно-природный экологический баланс. Биоразнообразие береговой зоны Северного Приазовья с 2006 года охраняется в пределах ООПТ памятник природы «Беглицкая коса», которая является единственной косой на северном российском побережье Азовского моря, где ведется сохранение ландшафтов настоящих, засоленых лугов, песков и литорали [1]. Естественный ход береговых процессов нарушается из-за активного сельскохозяйственного освоения побережий: интенсивная распашка приазовских земель, сведение лесонасаждений, орошаемое земледелие, промышленная деятельность, так как на побережье находится второй по крупности и населению город области – Таганрог и более 56 населенных пунктов. На северном побережье Таганрогского залива сконцентрирован высо211 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) кий процент промышленного производства (15 % от областного показателя), что обусловливает повышенную степень загрязнения пляжевой зоны [2]. Значительную долю среди загрязнителей составляют тяжелые металлы (ТМ). Отмечается, что наибольшую опасность для окружающей среды представляют не валовые, а подвижные формы металлов [3-4]. Одним из критериев для оценки степени загрязнения окружающей среды является исследование содержания и миграции ТМ в системе «почва-растение» [5]. Роль элементов для живых организмов во многом связана с их физиологической значимостью. Известно, что Zn, Mn, Cu являются эссенциальными микроэлементамибиофилами, в то время как Pb является технофильным элементом, хотя и присутствует во всех растениях в природных условиях, однако, до настоящего времени выявить какую-либо его особую роль в метаболизме не удалось [6]. В связи с чем целью настоящей работы было изучение уровня содержания, подвижности и биодоступности Pb в системе «почва-растение» на территории ООПТ «Беглицкая коса». Методы В настоящей работе приводятся материалы полевых исследований, проведенных в 2020 году. ООПТ «Беглицкая коса» площадью 414 га представляет песчано-ракушечниковую приморскую аккумулятивную косу азовского типа, расположенную в Северном Приазовье (Неклиновский район Ростовской области). На территории ООПТ «Беглицкая коса» были заложены мониторинговые площадки и был произведён отбор почвенных и растительных образцов. Для отбора почвенных проб были заложены почвенные разрезы в различных геоморфологических ландшафтах Беглицкой косы. Образцы почв отбирались по генетическим горизонтам. Почвенный покров представлен аллювиальной луговой насыщенной слоистой среднемощной слабогумусной легкосуглинистой почвой, сформированной на морских отложениях и чернозёмом обыкновенным карбонатным очень маломощным малогумусным тяжелосуглинистым на лессовидных суглинках. Образцы рудеральной растительности были отобраны в непосредственной близости от мест закладки почвенных разрезов, и представлены для аллювиальной луговой насыщенной слоистой почвы Мятликом узколистным (Póa angustifólia) и Пыреем ползучим (Elytrígia répens) для чернозёма обыкновенного карбонатного. В почвенных образцах были определены валовое содержание Pb и его подвижной формы. Валовое содержание Pb было определено рентген-флуоресцентным методом. Определение подвижной формы Pb было произведено экстракцией образцов почв 1н. ААБ с последующим анализом на ААС. Содержание Pb в растительных образцах производилось экстракцией 20 % HCl с последующим определением на ААС. Результаты исследования В результате проведённого исследования полученные данные показали отсутствие превышений в содержании валового Pb. В аллювиальной луговой насыщенной слоистой почвы валовое содержание Pb составило в верхнем горизонте 37,7 мг/кг (при ПДК – 32 мг/кг [7]) снижаясь с глубиной до 15,7 мг/кг, в случае чернозёма обыкновенного валовое содержание Pb имело максимальное значение – 24,6 мг/кг в верхнем горизонте уменьшаясь с глубиной до 18,23 мг/кг. Содержание подвижных форм Pb по профилю аллювиальной луговой насыщенной слоистой почвы практически не превышает установленные ПДК для подвижных форм и варьирует от 6,9-4,9 мг/кг (при ПДК для Pb – 6 мг/кг [7]) в верхних горизонтах постепенно уменьшаясь по профилю почвы до значений 1,88-1,32 мг/кг (рис. 1). В черноземе обыкновенном превышений уровня установленных значений ПДК по подвижному Pb отмечено не было. Концентрация подвижных форм Pb составила не более 4,5 мг/кг в верхнем горизонте почвы (рис. 1). 212 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Содержание Pb в произрастающем на аллювиальной луговой насыщенной слоистой почве Мятлике узколистном составило: в корнях 4,72 мг/кг, в стебле 0,62 мг/кг и 0,5 мг/кг в соцветии (при МДУ Pb для трав – 5 мг/кг [8]). Концентрация Pb в органах Пырея ползучего, отобранного с чернозёма обыкновенного составила: в корнях – 2,47 мг/кг, в стебле – 0,43 мг/кг, в соцветии – 0,73 мг/кг. Рис. 1. Распределение валового содержания и подвижной формы Pb по профилям аллювиальной луговой насыщенной слоистой почвы и чернозема обыкновенного на территории ООПТ «Беглицкая коса» Обсуждение Полученные нами данные выявили тенденцию к большей мобильности Pb в аллювиальной луговой насыщенной слоистой почве по сравнению с черноземом обыкновенным. Это согласуется с исследованиями, выполненными ранее, согласно которым в почвах с высокой буферной способностью, таких как черноземы, преобладают прочно связанные формы ТМ над подвижными формами [5]. Интенсивность накопления и распределения Pb в данных почвах также лимитируется экологическими условиями формирования этих почв. На большую подвижность Pb в аллювиальной луговой насыщенной слоистой почве оказывает влияние и геоморфологический фактор, поскольку формирование почвы приурочено к геохимически подчиненным ландшафтам относительно чернозема обыкновенного распространенного по линии приморских обрывов территории Таганрогского залива, сложенных субаэральными лессовыми формациями. Нами было отмечено неравномерное распределение Pb в различных органах исследуемых растений. Наблюдается уменьшение содержания Pb в ряду корень > стебель > соцветие, с большей долей металла в подземной части, вероятно позволяет говорить о более лёгком проникновении Pb в ткани корня, и выполнении им защитных функций для растения. Заключение Диагностика по уровню валового содержания и подвижных форм Pb не выявила антропогенного загрязнения исследуемых почв и, соответственно, биодоступность Pb в растениях не превышала установленные нормативы. Но, в то же время стоит отметить, что геохимическая аккумуляция металла присутствует. Содержание валового 213 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) и подвижного Pb в аллювиальных почвах ООПТ «Беглицкая коса» приближается к максимально допустимому уровню загрязнения, что в свою очередь, в случае ухудшения экологической обстановки, например, в результате увеличения количества сбросных вод, поступающих в акваторию Таганрогского залива и других негативных воздействий, может привести к миграции ТМ на территорию ООПТ. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 20-14-00317. Литература 1. Постановление администрации Ростовской области от 19.10.2006 № 418 «О памятниках природы Ростовской области». 2. Ивлиева О. В., Беспалова Л. А., Мысливец В. И., Шипилова Л. М. Прогноз развития северного берега Таганрогского залива Азовского моря // Вестн. Моск. ун-та. – 2017. – Сер. 5. География. – № 6. – С. 71–78. 3. Минкина Т. М., Мотузова Г. В, Назаренко О. Г. и др. Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах степной зоны // Почвоведение. – 2008. – № 7. – P. 810–818. 4. Минкина Т. М., Федоров Ю. А., Невидомская Д. Г. и др. Особенности содержания и подвижность тяжелых металлов в почвах поймы реки Дон // Аридные экосистемы. – 2016. – Т. 22. – № 1 (66). – С. 86–98. 5. Minkina T. M., Nevidomskaya D. G., Pol’shina, T. N. et al. Heavy metals in the soilplant system of the Don River estuarine region and the Taganrog Bay coast // Journal of Soils and Sediments. – 2017. – Vol. 17. – P. 1474–1491. 6. Zimdahl R.L. Six chemicals that changed agriculture // Academic Press Elsevier. – 2015. 7. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в почве: Гигиенические стандарты. Введ. 2006-04-01. – M.: Роспотребнадзор, 2006. 8. Временный максимально-допустимый уровень (МДУ) содержания некоторых химических элементов и госсипола в кормах для сельскохозяйственных животных и кормовых добавках 123-4/281-8-87 / Государственный агропромышленный комитет СССР; Главное управление ветеринарии. – М., 1987. ASSESSMENT OF THE CONTENT, MOBILITY AND BIOAVAILABILITY OF Pb IN THE SOILS OF THE SPNT "BEGLITSKAYA KOSA" OF THE COAST OF THE TAGANROG BAY A. P. Shcherbakov, D. G. Nevidomskaya SPNA "Beglitskaya Kosa", located on the northern coast of the Taganrog Bay, is a unique geomorphological formation and is an important guardian of the natural heritage of the Azov region. Its environmental value is due to the species of flora and fauna of the Rostov region growing and living on it. The aim of the research was to study the level of content, mobility and bioavailability of Pb in the "soil-plant" system on the territory of the protected area "Beglitskaya Kosa". Fluvisol and Haplic Chernozem represent the soils of the study area. It was found that the total Pb content in the studied soils does not exceed the MPC. Data on the Pb content in the vegetative and generative organs of plants of Poa angustifólia and Elytrígia répens were obtained. Diagnostics based on the level of total content and mobile forms of Pb did not reveal anthropogenic pollution of the studied soils, and, accordingly, the bioavailability of Pb in plants did not exceed the established standards. Keywords: SPNA, heavy metals, Pb, soils, plants, pollution. 214 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 631.416.423 ВЛИЯНИЕ АГРОТЕХНОГЕНЕЗА НА МИГРАЦИИ МАКРОИ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ЛУГОВЫХ САЗОВЫХ ПОЧВАХ Г. Ю. Юлдашев, А. Рахимов, М. Т. Исагалиев Ферганский государственный университет (г. Фергана, Узбекистан) e-mail:

Создание дефицита или избытка ряда макро- и микроэлементов в питании растений обусловлены биогеохимическими условиями, в частности внесением минеральных или органо-минеральных удобрений, а также другими условиями ведения хозяйства. Целью работы было исследование изменения содержания Na, Ca, Fe, Cr, Co, Zn, As в почвах и хлопчатнике в условиях засоленных луговых сазовых почв пустынь, где коэффициенты биологического поглощения хлопчатника меняются в зависимости от используемых агротехнологических приемов. Ключевые слова: микроэлементы, хлопчатник, луговые сазовые, поглощения, химические элементы. Введение В результате разностороннего влияние человеческого фактора в сельскохозяйственных областях существенно меняется органический мир и география биоты, а также меняется распределение и аккумуляция химических элементов в почвах и растениях, а также в других блоках, как элементарного, так и геохимического ландшафта. В настоящее время геохимическая, биогеохимическая деятельность человеческого фактора развивается нарастающими темпами. Следует отметить особенного внимания с биогеохимической точки зрении отдельные факты, где происходит нарушение естественных ассоциации химических элементов и их соединений, которые были созданы природой в течение многих веков. Это положение заставляет нас, с которыми приходится считаться по мере роста влияние антропогенного фактора и нарушение естественного фона. Примеров много, к ним можно отнести нарушение карбонат кальциевого и карбонат магниевого равновесия с изменением углекислоты в почвенном и атмосферном воздухе. Изменение содержание углекислоты как в атмосфере, так и в почве связаны с фотосинтетической деятельности растений и другими факторами. Хорошо известно нам роль растений, в частности, сельскохозяйственных угодий, как концентратора углерода, азота, фосфора, кальция, калия, магния, серы и других химических элементов. В почвообразовательных условиях химические элементы, которые способны менять свою валентность, таких как железа, марганец, сера, мышьяка, селен и другие важную роль играют окислительные и восстановительные условия, где происходит подвижность этих и некоторых других элементов. Состав водной вытяжки характеризует водорастворимую форму ряда солеобразующих химических металлов, и они коррелируют с хлоридами, бикарбонатами и сульфатами, которые часто на испарительном барьере образуют солевые налёты, корки и другие виды скопления. При этом гипергенное минерал образование происходит в следующей последовательности [3] в аллювиальных глинах гумидной зоны отмечаются аутогенные сульфиды, гидроксиды, карбонаты, силикаты аридной зоны – сульфиды в частности гипс и другие. В ландшафтах гипергенные минераллы контролируют миграции Fe, Ni, Co, Cu, V, Mn, As и др. элементов. Гипс в основном может контролировать молибдена и стронция, глина Mn, Fe, Cu, Co и др. Как было оговорено в миграции элементов на ряду с минералами и горными породами, почвами признается ведущей биогеохими215 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ческой роли растений. Они как в почвенном профиле, так и при поверхностном слое почвы аккумулируют химических элементов. Хозяйственная деятельность человека нарушает сложившиеся равновесия химических элементов в почвах и растениях за счет внесении минеральных и органических удобрений, техногенных загрязнений и других действиях, которые определяют актуальность настоящих исследований. Методы Исследования выполнены на стационарных полевых опытах на территории опытной станции Научно-исследовательского института селекции семеноводства и агротехнологии выращивания хлопка (НИИССАВХ). Весной и осенью полевые исследования почв проводились на основе морфогенетического метода В. В. Докучаева и ландшафтно-геохимического метода Б. Б. Полынова на элементарном ландшафте с орошаемыми луговыми сазовыми почвами в Кувинском районе Ферганской области республики Узбекистан в 2018–2020 гг. Опыт заложен согласно методике, изложенной в пособии «Методы агрохимических, агрофизических и микробиологических исследований в поливных хлопковых районах», исполнитель по агротехнологии Н. Уразматов [4]. Элементный состав почв и растений нами определен нейтронно-активационным методом. Статистический анализ полученных данных выполнен по компьютерной программе «Microsoft Excel», а также дисперсионным методом Б. А. Доспехова. Результаты исследований В условиях хозяйственной деятельности человека природное равновесие нарушается как за счет потере накопленных химических элементов, так и в результате их увеличение при внесении удобрений, техногенном загрязнении и прочих воздействиях. При этом движущей силой биогенной аккумуляции является несоответствие между потребностями растений в элементах минерального питания и возможностями субстрата, на котором они поселяются в удовлетворении этих потребностей [2]. Для наглядности приведен средние данные (n=4) орошаемых луговых сазовых почв на аллювиально-пролювиальных отложениях (табл. 1). Интерес к этим опытам понятен: хотя бы потому, что стационарный опыт с хлопчатником ведется с 1949 года. Данные таблицы свидетельствует о том, что при введение многолетнего опыта с вышеуказанными вариантами произошли изменения, как в составе, так и в количестве приведенных макро- и микроэлементов. Кларк концентрация (КК) натрия независимо от варианта наблюдений и глубине образцов колеблется в интервале 1,2-2,30 при этом наибольшее его содержание приходится подпахотному горизонту контрольного варианта, где в течении с 1949 года по настоящего времени не вносится органические, минеральные и другие виды удобрения, его содержание доходит до 2,30 КК. В целом на втором и тертьем варианте натрия содержатся в очень близких концентрациях. Похожая ситуация наблюдается в содержание кальция, но в более высоких показателях, чем натрий. Кальций в первом варианте колеблется в пределах 2,22-5,82 КК, во втором варианте 3,23-4,13 КК, а в третьем варианте 3,35-4,85 КК. Таблица 1. Изменение КК циклических элементов в почвах Варианты Глубина, см Na Ca Fe Cr Co Zu 0-28 1,33 3,17 0,86 0,34 2,00 2,60 28-45 2,30 2,22 0,84 0,32 2,00 2,50 Контроль45-65 1,23 2,65 0,95 0,39 2,31 2,80 монокультура 65-120 1,17 5,25 0,70 0,31 1,63 2,10 120-140 1,12 5,82 0,61 0,23 1,50 1,80 216 As 3,00 3,42 3,10 2,22 2,56 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Варианты N200Р125К50 N200Р125К50 +10 т/га навоз Глубина, см 0-28 28-45 45-65 65-120 120-140 0-28 28-45 45-65 65-120 120-140 Na 1,45 1,50 1,27 1,43 1,33 1,35 1,43 1,17 1,13 1,25 Ca 4,23 3,94 4,11 3,96 3,81 3,35 4,31 3,23 4,15 4,85 Fe 0,73 0,76 0,74 0,80 0,77 0,79 0,76 0,84 0,72 0,70 Cr 0,38 0,28 0,34 0,36 0,29 0,47 0,27 0,37 0,29 0,27 Co 1,63 1,75 1,75 1,87 1,87 1,87 1,75 2,06 1,75 1,62 Zu 2,40 2,40 2,50 2,20 2,00 2,20 2,20 2,20 2,40 2,40 As 2,78 2,88 2,58 3,36 2,66 3,16 2,96 2,90 2,56 2,64 Обсуждение Некоторый рост кальция в верхних горизонтах второго и третьего варианта связано с внесением суперфосфата и навоза в составе которых довольно много кальция. Изменения концентрации железа в этих почвах небольшие и колеблется независимо от варианта глубины образцов в интервале 0,61-0,95 КК. Указанные изменения натрия, кальция, железа характерны для этих почв. Кларк концентрации хрома в почвах изученных вариантов колеблется в нижекларковых содержаниях и находятся в интервале 0,23-0,47 КК. Существенных различий в содержание хрома и в почвах между вариантами не наблюдается. Аналогичная картина наблюдается в КК марганца. Содержание которого колеблется в пределах 0,62-0,91. Концентрация кобальта колеблется в интервале 1,50-2,31 КК из которых видно, что кобальта содержатся выше кларковых показателях. Похожая ситуация в содержании цинка, также существенных различий между вариантами не наблюдается и колеблется в пределах 1,80-2,80 КК. Более высокое содержание наблюдается в концентрациях мышьяка, которая колеблется в интервале 2,22-3,42 КК. Из приведенных видно, что всеже наблюдается рост концентрации элементов в почвах в направлении Fe<Na<Ca, микроэлементов Сr<Co<Zn<As. Практически равномерное увеличение мышьяка цинка и кобальта в изученных вариантов связаны с поливными водами р.Сырдарья, где содержании наносов колеблется в пределах 1-1,4 г/л, а в них довольно много содержатся кобальта, цинка и мышьяка. Парные корреляционные положительные связи в почвах имеются между Co:Zn (r=0,58), а также Na:Сo (r=0,22) и др. Анализ опубликованных материалов и результаты наших исследований макро- и микроэлементного состава золы растений хлопчатник показал, что в условиях пустынь на засоленных орошаемых луговых сазовых почвах важную роль приобретают ландшафтно-геохимические условия миграции также, как окислительные и восстановительные условия, количество и качество минерализации поливных и грунтовых вод и связанные с ними биогеохимические особенности растений в данном случае бессменный хлопчатник, который в виде монокультура на всех вариантах выращивается с 1949 г. Указанные факторы в свою очередь связаны с геохимическими свойствами элементов, особенно их способностью мигрировать в таких условиях. Следует помнить, что химический состав растений, следовательно, коэффициент биологического поглощения (КБП) сильно варьирует в зависимости от биогеохимических особенностей почв и почвообразующих пород от части от агротехнологии выращивания хлопчатника и других факторов. Из данных таблицы 2 видно, что изученные элементы по КБП в контрольном варианте занимают последовательно следующий ряд: Ca>Na>Zn>Cr>As>Co=Fe. При этом согласно классификации А.И.Перельмана кальций поглощается хлопчатником, остальные элементы захватываются. Во втором и третьем варианте в ряде 217 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) КБП хлопчатника соответственно несколько изменяется: Fe> Zn> Na> Ca > As > Со > Cr; Ca > Na > Zn > As > Cr > Со > Fe. Варианты Контрольмонокультура N200P125K50 N200P125K50+10 т/га навоз Таблица 2. Изменение КБП хлопчатника Содержание, мг/кг Показатели Na Ca Fe Cr Co хлопчатник 1300 58900 930 4,45 0,54 почвы8000 47600 34200 69 16 0-28 см КБП 0,162 1,237 0,027 0,064 0,033 хлопчатник 1300 50600 650 2,5 0,47 почвы8700 63400 29300 77 13 0-28 см КБП 0,149 0,80 0,221 0,032 0,036 160 4,5 0,51 хлопчатник 2000 65000 почвы8100 50300 31700 95 15 0-28 см КБП 0,247 1,292 0,005 0,047 0,034 Zn 21 As 0,78 130 15 0,161 19 0,052 0,6 110 13,9 0,173 25,5 0,043 0,77 120 15,8 0,212 0,049 Наблюдается факт особенно в втором варианте, где КБП хлопчатника относительно Fe выходит на первое место, тогда, когда в контрольном и органоминеральном варианте занимает последнее место, такое положение пока трудно объяснимое, для более конкретных выводов пока не хватает данных. Заключение Таким образом агротехнологическая деятельность человека нарушает сложившиеся порядок питания хлопчатника, при этом в почве появляется избыточные количество некоторых макро - и микроэлементов или повышается подвижность отдельных металлов и металлоидов. В результате возможна биогенная аккумуляция и перераспределение изученных элементов в почвенных горизонтах. Литература 1. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. – М: Изд-во АН СССР, 1957. 2. Ильин В. Б. Биогенная и техногенная аккумуляция химических элементов в почве // Почвоведение. – 1988. – № 7. – С. 124–132. 3. Кузнецов В. А. Геохимические корреляции в речных долинах. – Минск.: Изд-во Наука и техника, 1984. – C. 28. 4. Уразметов Н. Изучение сравнительной эффективности хлопковых севооборотов с различной культурой посевных площадей и монокультурой хлопчатника. Научный отчет за 1976 г. – Кува, 1976. THE INFLUENCE OF AGROTECHNOGENESIS ON THE MIGRATION OF MACRO- AND MICROELEMENTS IN MEADOW CASE SOILS G. Yu. Yuldashev, A. Rakhimov, M. T. Isagaliev Creation of a deficiency in the food chain of plants or an excess of a number of macroand microelements due to biogeochemical conditions, in particular, the introduction of only 218 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) mineral fertilizers or organic-mineral fertilizers, as well as other conditions for the introduction of the economy. The aim of the work was to study the changes in the content of Na, Ca, Fe, Cr, Co, Zn, As in soils and cotton in conditions of saline meadow soils of deserts, where the coefficients of biological absorption of cotton vary depending on the quality and quantity of agricultural technology. Keywords: microelements, cotton, meadow sasa, absorption, chemical elements. УДК 631.41 GEOCHEMISTRY AND PARTITION OF HEAVY METALS IN BIOSOLID AMENDED SOILS FROM CASTELLÓN (NE, SPAIN) M. M. Jordán1, J. Bech2 1 Department of Agrochemistry and Environment (GEA-UMH), University Miguel Hernández Elche (Alicante, Spain) e-mail:

2 University of Barcelona, (UB) (Barcelona, Spain) e-mail:

Heavy metal concentrations were studied in agricultural soils devoted to vegetable crops in the province of Castellón (NE Spain), where an intensive agriculture takes place. Today the use of biosolids to improve the nutrient contents of a soil is a common practice. Contamination of soils by potentially toxic elements from amendments of biosolids is subject to strict controls within the European Community in relation to total permissible metal concentrations, soil properties and intended use. This study is aimed at ascertaining the chemical partitioning of Cd, Ni, Cr and Pb in agricultural soils repeatedly amended with sludge. The distribution of chemical forms of Cd, Ni, Cr and Pb in five biosolids amended soils was studied using a sequential extraction procedure that fractionates the metal into soluble-exchangeable, specifically sorbed-carbonate bound, oxidizable, reducible and residual forms. The biosolids incorporation has modified the soil composition, leading to the increment of heavy metals. The residual, reducible and carbonate-sorbed forms were dominant. Keywords: biosolids amended soils, heavy metals, sequential extraction, ICP-MS, NE Spain. Introduction The use of biosolids on a culture soil is a method which offers important benefits: first, the transport and application costs are quite low (mostly if it is about dehydrated biosolids) in the case of culture soils located near the water treatment plant. And second, it is possible to recycle fertilizers (N, P, and K) and organic matter, by improving the physical and chemical features of the soil and by reducing the fertilizer costs. In fact, in some soil such as calcareous soils with low quantities of Fe, sludge may supply essential micronutrients (for instance, Fe, Zn, Cu) even more efficaciously than the commercial fertilizers (McGrath et al., 2000; Kim et al., 2007). However, the use of biosolids may also have several problems, as the presence of quantities of metals which could be toxic for plants, or which could contaminate groundwaters after being leached (McLaren et al., 2004, Pardo et al., 2011). The distribution of metals among various compartments or chemical forms can be measured by a sequential extraction procedure (Tessier et al., 1979; Singh et al, 1998). The knowledge of how contaminants are partitioned among various chemical forms allows a better insight into the mechanisms of retention and release involved in the process of migration and decontamination. 219 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) In Castellon province, the agriculture expansion through the hillsides with sharp slopes, deforestation, grazing, and particularly forest fires are the causes of soil loss, in same instances irreversible (Jordan et al., 1998). This situation worsens with ceramic clays extraction in the studied areas. Furthermore, these soils can be contaminated by heavy metals, organic material, fats and lubricants from machinery used in agriculture and extraction processes and may be adversely impacted by anthropogenic activities (Jordan et al., 1998). The present study was designed to examine the partition of selected heavy metals in biosolids amended soils from NE Spain, and also to relate the distribution patterns of metals between chemical phases to soil components. Material and methods Five surface soils (0-15 cm) that were polluted as a result of agricultural activities were used in this experiment. The biosolids amended soils were selected for diversity of physicochemical properties; especially pH and carbonate content (Table 1). The soils are classified as non-calcareous (soil 1) and calcareous soils (soils 2 to 5). Figure 1 shows the location of the sampling sites. The experimental soils were crushed, 2 mm sieved, mixed and stored at air-dried conditions. Total contents of metals were determined following microwave digestion using HNO3 and analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (Pérez, 2001). Fig. 1. Location of the sampling sites. Triplicate 4.0 g portions were weighed into 100 ml polycarbonate centrifuge tubes and sequentially extracted as follows: F1: Soluble-exchangeable phase: Each sample was reacted with 30 ml of 0.1m SrCl2 in a shaker (3600 rph) for 2h at 20 ºC. F2: Specifically, sorbed-carbonate bound: the residue was treated with 60 ml of 1.0m NaOAc pH 5.0 and shaken for 5 h at 20oC. This extraction was performed several times until pH<0.1 in the supernatant. F3: Oxidizable phase: the residue was mixed with 10 ml of 5% NaOCl at pH 8.5 and reacted in a water bath (90 ºC) for 30 minutes. This procedure was repeated four times in order to maximize oxidation of the organic matter. 220 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) F4: Reducible phase: the residue was mixed with 40 ml of 0.2m oxalic acid + 0.2m ammonium oxalate + 0.1m ascorbic acid adjusted to pH 3 with NH4OH in a water bath (90 ºC) for 30 minutes. This procedure was repeated four times. F5: Residual phase: the residue was oven-dried, pulverized and mixed. Duplicate 0.400g subsamples were digested by microwave digestion with 20 ml HNO3. Following Moral et al. (2005) protocol, between each step, the residue was suspended in 5 ml of 0.1m NaCl to displace entrained solution and limit metal resorption. All these rinse solutions were collected with the preceding extract and centrifuged for 10 min. at 1800 g, and the supernatant filtered into volumetric flasks containing 10 µg In-Rh l-1. All the extracts and standard solution were acidified to 1% HNO3. ICP-MS determinations were obtained with matrix-matched standards. Results and discussion The soils studied showed a wide range of physicochemical properties (Table 1). Organic C content ranged from 0.50 to 2.54%, with the highest level for the biosolids amended soil and with the highest pollution by Cd (soil 4). CEC ranged from 0,14 to 0.37 molc kg-1. The pH value of the soils mainly depends on the presence or not of carbonates. Total Cd content ranged from 6 to 205 mg kg-1. Total Ni content ranged from 7.5 to 52.2 mg kg-1. Total Cr content ranged from 17.9 to 35.8 mg kg-1. Total Pd content ranged from 28 to 229 mg kg-1. Sequential extraction procedure describes at a qualitative level the affinity with soil matrix constituents of the selected metals (McBride et al., 2003). A good percentage recovery for the metals studied has been found (>88 %). Results for the sequential extraction of Cd, Ni, Cr and Pb, are summarized in Figures 2 to 5 as percentages of the total metal in each fraction. Cadmium adsorption increased with increasing soil pH. The differences in Cd adsorption were attributed mainly to the soil pH induced by biosolids application. Soils treated with biosolids increased the amount of exchangeable Cd but reduced the amount of complexed Cd compared with the fertilized soil (Moral et al., 2005; Pardo et al., 2011). Table 1. Chemical and physical properties of the sewage sludge amended soils selected Non-calcareous soil Calcareous soils Properties Soil 1 Soil 2 Soil 3 Soil 4 Soil 5 UE1 limits pH (1/2.5) 6.50 8.03 8.19 7.90 7.83 EC (1:5) / dS m-1 0.42 0.65 0.62 1.12 1.57 Sand /% 61.0 19.0 18.5 19.0 34.5 Silt /% 22.0 67.5 69.0 72.0 61.5 Clay /% 17.0 13.5 12.5 9.0 4.0 3.5 51.0 52.5 49.9 37.8 Total CaCO3 /% Active CaCO3 /% 1.8 16.5 15.7 15.6 13.8 Organic C /% 0.55 2.07 1.98 2.45 1.13 CEC /molc kg-1 0.15 0.35 0.30 0.31 0.28 Total Fe /mg kg-1 11090 13800 10700 12870 10490 Total Mn /mg kg-1 436 340 338 475 379 Total Cu /mg kg-1 16.5 68.0 35.5 50.6 20.5 50-140 -1 Total Zn /mg kg 27.0 270 99.0 145 100 150-300 Total Cd /mg kg-1 6.2 80 105 209 4.2 1-3 Total Ni /mg kg-1 8.5 35.5 36.2 51.2 31.5 30-75 19.9 29.7 30.1 32.8 25.8 100-150 Total Cr /mg kg-1 Total Pb /mg kg-1 26.0 232 33.0 38.0 26.0 50-300 1 Directive 86/278/EEC (Marmo, 2003) 221 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) For soil 1, the majority of the Cd was recovered in the oxidizable (>10 %) and reducible (>80 %) (Figure 2). The main fraction was the reducible pool probably due to the exogenous nature of the contamination (polluted sediments and biosolids) and the presence of Fe oxides (hematite) and goethite in this soil. Cadmium was recovered mainly in the sorbed-carbonate and residual fractions for the calcareous soils (>70%). Mahler (1988) found that Cd, both native or sludge-derived, was mainly in the carbonate fraction. Soils 2 to 4 are quite similar in Cd partition, with a Cd sorbed-carbonate pool between 70 to 82% of the total Cd. For soil 5 biosolids was again the origin of sorbed carbonate Cd (>20%) but for this soil there was a majority of Cd in the residual form (>65%). Most Cd in soil 5 was in the residual fraction and may be a consequence of Cd compounds present in sediments that form the parent materials of soils of this area. We observed an increasing exchangeable Cd fraction with increasing organic matter in the soil. In the calcareous soils amended with biosolids (soil 2 to 5), a low percentage of Cd was soluble-exchangeable, probably due to metal chelation that increases metal solubility in alkaline conditions. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Soil 1 Soil 2 F1 F2 Soil 3 F3 F4 Soil 4 Soil 5 F5 Fig. 2. Partition of total recovered Cd (%) in the five sewage sludge amended soils. Legend: F1: soluble-exchangeable phase; F2: specifically sorbed-carbonate bound; F3:oxidizable phase; F4: reducible phase; F5: residual phase. The majority of the Ni was recovered in the residual phase (40-55%) and to a lesser extent in the reducible fraction of the soil (10-40 %). This could indicate the presence of this metal in minerals in the soil parent materials. For the calcareous soils, the sequence of Ni partition was F5>F2>F3 except for soil 4 (F4>F5>F2<F3). Narwal et al. (1999) found a very high correlation between Ni in reducible and residual forms and the content of Fe and Mn oxides in soils. As for Cd, an important proportion of Ni is in sorbed-carbonate form. As similar percentage of soluble-exchangeable Ni was observed for polluted soils (soil 1 to 5). In the case of Cr among the extraction reagents used, only the strong acids are capable of extracting chromium entirely from soils. This indicates that Cr is tightly bound in the matrix and would not be easily release under natural conditions (Karathanasis and Johnson, 2006). The residual fraction was the main Cr fraction in the calcareous soils (>75 %) and in soil 1 (>50%), with a very high percentage in this phase. A similar partition of Cr was observed for the calcareous soils with the sequence F5>F4>F3. The amount of Cr sorbed on carbonate (< 6 %) surfaces was lower than the soluble-exchangeable pool (< 3 %). 222 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Soil 1 Soil 2 F1 Soil 3 F2 F3 F4 Soil 4 Soil 5 F5 Fig. 3. Partition of total recovered Ni (%) in the five sewage sludge amended soils. Legend: F1: soluble-exchangeable phase; F2: specifically sorbed-carbonate bound; F3:oxidizable phase; F4: reducible phase; F5: residual phase. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Soil 1 Soil 2 F1 Soil 3 F2 F3 F4 Soil 4 Soil 5 F5 Fig. 4. Partition of total recovered Cr (%) in the five sewage sludge amended soils. Legend: F1: soluble-exchangeable phase; F2: specifically sorbed-carbonate bound; F3:oxidizable phase; F4: reducible phase; F5: residual phase. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Soil 1 Soil 2 F1 Soil 3 F2 F3 F4 Soil 4 Soil 5 F5 Fig. 5. Partition of total recovered Pb (%) in the five sewage sludge amended soils. Legend: F1: soluble-exchangeable phase; F2: specifically sorbed-carbonate bound; F3: oxidizable phase; F4: reducible phase; F5: residual phase. 223 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) In general, lead is one of the least concentrated elements both in the soils and in the sludge and, the same as other metals, it is predominantly found in the residual fraction (Ahumada et al., 2004). The main fraction for Pb in calcareous soils was the residual phase (6590%). In soil 1 residual phase is similar to reducible phase (30-40%). The sequence of Pb partition in the calcareous soils was very similar, F5>>F2>F3. Cabral and Legret el al. (1998) found that soils contaminated with highly concentrated Pb solutions showed an accumulation in the sorbed-carbonate phase. A large proportion of Pb was in the oxidizable phase (>10%) for soil 1, probably due to the presence of Pb organic complex and/or Pb sulphides in the parent materials (Moral et al., 2005). Conclusion Data obtained showed different metal distribution trend among the fractions in sludgeamended soils. This variability in metal bioavailabiliy suggest that total metal concentration may not be appropriate as sensitive indicator for toxicity or environmental risk assessment. An appropriate strategy for a guideline in Mediterranean soils may be a two-tiered system that in the first instance requires an assessment of total metal concentration followed by bioavailability assessment using a chemical extraction technique proposed in this paper. Detailed knowledge of the soil at the application site, especially pH, CEC, buffering capacity, organic matter, clay minerals and clay content, is essential. The biosolids incorporation has modified the soil composition, leading to the increment of heavy metals. Agronomic practices and other sources of heavy metals (e.g. atmospheric deposition for Cd and Pb) may also have some influence on crop accumulation. Given the relevance of horticultural crops in the Mediterranean diet, it is highly necessary to extend the experience of this work to other areas of the European Mediterranean region. References 1. Ahumada I., Escudero P., Carrasco M. A. et al. Use of sequential extraction to asses the influence of sewage sludge amendment on metal mobility in Chilean soils // J. Environ. Monit. – 2004. – Vol. 6. – P. 327–334. 2. Jordán M. M.; Mateu J. Boix A. A Classification of sediment types based on statistical multivariate techniques // Water, Air and Soil Pollution. – 1998. – Vol. 107. – P. 91–104. 3. Karathanasis A. D., Johnson D. M. C. Subsurface transport of Cd, Cr, and Mo mediated by biosolid colloids // Sci Total Environ. – 2006. – Vol. 354. – P. 157–169. 4. Kim B., McBride M. B., Richards B. K. & Steenhuis T. S. The long-term effect of sludge application on Cu, Zn and Mo behavior in soils and accumulation in soybean seeds // Plant and Soil. – 2007. – Vol. 299. – P. 227–236. 5. Legret M., Divet L., Juste C. Migration et spéciation des métaux lourds dans un sol soumis à des épandages de boues de station d’épuration à trés forte charge en Cd et Ni // Wat. Res. – 1988. – Vol. 22. – № 8. – P. 953–959. 6. Mahler R. J. Cadmium sulphate application to sludge-amended soils: II. Extraction of Cd, Zn and Mn from solid phases // Communications in Soil Science and Plant Analysis. – 1988. – Vol. 56. – P. 1747–1770. 7. McBride M. B., Nibarger E. A., Richards B. K., Steenhuis T. Trace metal accumulation by red clover grown on sewage sludge-amended soils and correlation to Mehlich 3 and calcium chloride-extractable metals // Soil Sci. – 2003. – Vol. 168. – P. 29–38. 8. McGrath S. P, Zhao F. J., Dunham S. J. et al. Long-term changes in the extractability and bioavailability of zinc and cadmium after sludge application // J Environ Qual. – 2000. – Vol. 29. – P. 875–883. 224 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 9. McLaren R. G., Clucas L. M., Taylor M. D, Hendry T. Leaching of macronutrients and metals from undisturbed soils treated with metal-spiked sewage sludge. 2. Leaching of metals // Australian Journal of Soil Research. – 2004. – Vol. 42. – № 4. – P. 459–471. 10. McLaren R. G., Backes C. R., Rate A. W., Swift R.S. Cadmium and cobalt desorption kinetics from soil clays: effect of sorption period // Soil Science Society America Journal. – 1998. – Vol. 62. – P. 332–337. 11. Marmo I. Heavy metals in context of UE polices on soil and waste // European Commision, DG Environment 2003. – URL: www.europa.eu.int. 12. Moral R., Gilkes R. J., Jordan M. M. Distribution of heavy metals in calcareous and non-calcareous soils in Spain // Water, Air, and Soil Pollution. – 2005. – Vol. 162. – P. 127–142. 13. Narwal R. P., Singh B. R., Salbu B. Association of cadmium, zinc, copper, and nickel with components in naturally heavy metal-rich soils studied by parallel and sequential extractions // Communications in Soil Science and Plant Analysis. – 1999. – Vol. 30. – P. 1209–1230. 14. Pardo F., Jordán M. M., Sanfeliu T., Pina S. Distribution of Cd, Ni, Cr and Pb in amended soils from Alicante province (SE, Spain) // Water, Air, & Soil Pollution. – 2011. – Vol. 217. – № 1. – P. 535–543. 15. Perez B. Use of microwave single extractions for metal fractionation in biosolids samples // Analytica Chimica Acta. – 2001. – Vol. 43. – P. 209–218. 16. Singh S. P., Tack F. M., Verloo M. G. Heavy metal fractionation and extractability in dredged sediment derived surface soils // Water, Air and Soil Pollution. – 1998. – Vol. 102. – P. 313–328. 17. Tessier A., Campbell P. G. C., Muntau, H. et al. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Anal. Chem. – 1979. – Vol. 51. – № 7. – P. 844–851. ГЕОХИМИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В БИОСОЛИДИРОВАННЫХ ПОЧВАХ ИЗ КАСТЕЛЬОНА (СЕВЕРО-ВОСТОЧНАЯ ИСПАНИЯ) М. М. Джордан, Дж. Бех Концентрации тяжелых металлов были изучены в сельскохозяйственных почвах, предназначенных для выращивания овощных культур в провинции Кастельон (Северная Испания), где ведется интенсивное сельское хозяйство. Сегодня использование биосолидов для улучшения содержания питательных веществ в почве является обычной практикой. Загрязнение почв потенциально токсичными элементами в результате внесения поправок в биосолиды подлежит строгому контролю в рамках Европейского сообщества в отношении общих допустимых концентраций металлов, свойств почвы и предполагаемого использования. Данное исследование направлено на установление химического распределения Cd, Ni, Cr и Pb в сельскохозяйственных почвах, многократно обогащенных илом. Распределение химических форм Cd, Ni, Cr и Pb в пяти биосолидах почв изучалось с помощью последовательной экстракционной процедуры, которая фракционирует металл на растворимые/обменные, специфически сорбированные/карбонатные связанные, окисляемые, восстанавливаемые и остаточные формы. Инкорпорация биосолидов изменила состав почвы, что привело к увеличению содержания тяжелых металлов. Преобладали остаточная, восстановимая и карбонат-сорбированная формы. Ключевые слова: биосолиды, почвы, тяжелые металлы, последовательная экстракция, ИСП-МС, Северо-в осточная Испания. 225 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Раздел III НОВЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МЕТОДЫ В научном мышлении всегда присутствует элемент поэзии. Настоящая наука и настоящая музыка требуют однородного мыслительного процесса. А. Эйнштейн 226 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 550.47:528.94-004.9:[616.441-006.6+616.33-006.6] АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ РАКОМ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ И РАКОМ ЖЕЛУДКА СРЕДИ ГОРОДСКОГО И СЕЛЬСКОГО НАСЕЛЕНИЯ РАЙОНОВ, ПОСТРАДАВШИХ В РЕЗУЛЬТАТЕ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС В. С. Баранчуков1, Е. М. Коробова1, А. В. Силенок2, И. В. Курносова2 Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

2 Брянский клинико-диагностический центр (г. Брянск, Россия) e-mail:

1 Проведен анализ статистических данных по характеру пространственной распространённости и частоте встречаемости злокачественных новообразований желудка и щитовидной железы на мировом, государственном и региональном (Брянская область) уровнях организации. На уровне районов, подвергшихся наибольшему техногенному воздействию, выявлены специфические особенности распространения указанных заболеваний между городскими и сельскими населёнными пунктами, что обусловлено не только разным уровнем диагностики новообразований, но и особенностями структуры питания. Ключевые слова: биогеохимические провинции, биогеохимическое районирование, геохимическая экология, биогеохимические эндемии, карты риска эндемических заболеваний, онкологические заболевания, йододефицит. Введение По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 2019 г. онкологические заболевания являются основной причиной смертности в 48 странах мира [3], при этом в России данная причина смертности уступает лишь заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Около 35 % случаев онкологических заболеваний в мире вызвано факторами, на которые можно повлиять путём изменения социального поведения людей, а вклад загрязнения окружающей среды, оцененный для развивающихся стран, составил до 2,4 % от всех смертей от рака [1], что может быть связано с меньшей индустриализацией территорий этих стран. С 1990 года число выявленных случаев рака щитовидной железы (РЩЖ) (код МКБ10 C73) в мире выросло на 169 % [2], несмотря на то, что в развитых странах выявляемость РЩЖ в 4–5 раз выше, чем в развивающихся [3], благодаря более широкой ранней диагностике (например, наибольшее число случаев заболеваемости раком щитовидной железы как среди мужчин (11,8 на 100 000 населения), так и среди женщин (57,6) выявлено в Южной Корее, где обследование населения на заболевание этого органа в настоящее время проводится практически тотально. Пространственная неоднородность характерна и для заболеваемости раком желудка (РЖ) (код МКБ-10 C16). Набольшее число случаев выявлено в странах Азии: Японии (109,5 случаев на 100 000 населения на 2020 год), Корее (56,0) Китае (33,1). Среди европейских стран наибольшие показатели заболеваемости в странах Балтии (Литва – 31,7, Эстония – 28,6, Латвия – 28,1), граничащей с Брянской областью Республикой Беларусь (29,0) и Российской Федерации (25,6) [4], что связывают с высокой доли соли в продуктах питания в этих странах и спецификой местного штамма Helicobacter pylori, с которым связывают распространение РЖ. 227 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Рис. 1. Динамика заболеваемости РЖ (а) и РЩЖ (б) в Российской Федерации, Центральном федеральном округе (ЦФО) и Брянской области в 2008–2019 годах Среди регионов Российской Федерации, для которых характерно распространение злокачественных новообразований щитовидной железы и желудка, выделяется Брянская область, в 2019 году занимавшая 1 и 6 место среди 85 регионов [5]. При этом на протяжении последних 10 лет, при общемировом росте числа диагностированных случаев РЩЖ [6] (наблюдаемом и в России), в Брянской области не наблюдается однозначной тенденции изменения заболеваемости (рис. 1). Методы исследования Для анализа данных о распространённости онкозаболеваний в Брянской области использовалась база данных ГАУЗ «БКДЦ», включающая анонимную информацию о 7473 случаях заболеваний раком щитовидной железы за период с 1948 по 2020 год и о 8513 случаях заболеваемости раком желудка за период с 1980 по 2020 год. Анализ данных осуществлялся с использованием Microsoft Excel 16.0 и TIBCO Statistica 13. Пространственная обработка информации осуществлялась с использованием ESRI ArcGIS 10.8.1. Дифференциация распространённости заболеваний среди городского и сельского населения У городских жителей России в 2018 году впервые было выявлено 479 625 злокачественных новообразований, что составляет 76,8 % от всех опухолей [7] при общей доле городского населения в 74,4 % [8]. Таким образом, в среднем по стране, наблюдается доминирование выявленных онкозаболеваний среди городских жителей. Согласно имеющейся статистике по Брянской области, подвергшейся загрязнению радиоактивными изотопами йода в наибольшей степени по сравнению с другими регионами России, в 2018 г. на 100 000 городского населения пришлось 560,9 заболеваний злокачественными новообразованиями, в то время, как среди сельского населения – 398,8, то есть на 40 % меньше, а среди женщин разница в числе выявленных случаев оказалась еще больше и составила 56 % [5]. Показатели общей заболеваемости сельского населения Брянской области в последнее десятилетие оказались также ниже, чем городского. Так за период 2010–2018 гг. общее число зарегистрированных на 1000 человек заболеваний составило в городах 2340, а в сельских населённых пунктах (НП) 1167 [7]. В разрезе рассматриваемых онкологических заболеваний на территории Брянской области наблюдается ярко выраженная дифференциация числа выявленных случаев в зависимости от типа НП, выраженная в снижении выявленного числа случаев по мере перехода от городов к посёлкам городского типа и сельским НП (рис. 2). 228 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Рис. 2. Распределение заболеваемости РЩЖ и РЖ среди населения городов, посёлков городского типа (ПГТ) и сельских НП Брянской области На уровне районов заболеваемость в райцентрах превышает таковую во всех остальных НП района (рис. 2). Однако для РЩЖ и РЖ в западных районах – Злынковском и Красногорском – наблюдается обратная общероссийской и среднеобластной картина с преобладанием относительного числа выявленных заболеваний именно в сельских НП. а б Рис. 3. Заболеваемость РЖ (а) и РЩЖ (б) в районных центрах и сельских НП того же района Брянской области за период 1990–2019 годов Половая дифференция заболеваемости По заболеваемости РЩЖ и РЖ выявлены ярко выраженные различия по полу. Так, для РЖ среднемировое соотношение числа случаев на 100 000 мужчин и женщин составляет 18,3:9,6 (1,9), а для РЩЖ 3,5:11,6 (0,3) соответственно [4]. Для России данные соотношения заболеваемости отличаются несущественно и составляют 30,5:19,5 (1,6) и 3,4: 14,8 (0,2) [5]. В обоих случаях наблюдается «перевес» в сторону женщин, что может быть объяснено существенной (10 лет) [9] разницей в ожидаемой продолжительности жизни. В этом отношении для Брянской области характерны соотношения, близкие к общероссийским: 46,4: 27,5 (1,7) для РЖ и 5,8:29,0 (0,2) для РЩЖ. Заключение Несмотря на более разнообразную пищу в городах и, казалось бы, лучшую обеспеченность городов морепродуктами, для которых характерно повышенное содержа229 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) ние йода, а также низкое содержание этого элемента на значительных территориях (высокогорья, внутриконтинентальные области) сельское население Брянской области в меньшей степени страдает от злокачественных новообразований щитовидной железы и желудка. Учитывая тот факт, что после аварии в загрязненных районах активно использовались привозные продукты, которыми сельские НП обеспечивались в меньшей степени, а запрещение использовать местную лесную продукцию соблюдалось лучше городским населением, можно предположить, что в западных районах в городских НП контрмеры в отношении рациона питания оказались более эффективными. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и БРФФИ в рамках научного проекта № 20-51-00012. Литература 1. Bray F., Soerjomataram I. The Changing Global Burden of Cancer: Transitions in Human Development and Implications for Cancer Prevention and Control // Cancer: Disease Control Priorities, Third Edition (Volume 3). – Вашингтон: Всемирный Банк, 2015. 2. Deng Y., Li H. et al. Global Burden of Thyroid Cancer From 1990 to 2017 // JAMA Network Open, 2020. – Vol. 3. – № 6. 3. Bray F., Ferlay J., Soerjomataram I., Siegel R. L., Torre L. A., Jemal A. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries // CA: A Cancer Journal for Clinicians, 2018. – Vol. 68. – Global cancer statistics 2018. – № 6. – P. 394–424. 4. Cancer today [Электронный ресурс]. – URL: http://gco.iarc.fr/today/home (дата обращения: 15.12.2020). 5. Каприн А. Д., Старинский В. В. и др. Злокачественные новообразования в России в 2019 году (заболеваемость и смертность). – М.: МНИОИ им. П. А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2020. 6. World cancer report: cancer research for cancer development // IARC, 2020. 7. Каприн А. Д., Старинский В. В. и др. Злокачественные новообразования в России в 2018 году (заболеваемость и смертность). – М.: МНИОИ им. П. А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2019. 8. Оценка численности постоянного населения на 1 января 2020 года и в среднем за 2019 год. – М.: Росстат, 2020. 9. Демографический ежегодник России. 2019: Стат. сб. – М.: Росстат, 2019. ANALYSIS OF THE SPATIAL DISTRIBUTION OF STOMACH AND THYROID CANCERS AMONG URBAN AND RURAL POPULATION OF THE BRYANSK REGION AFFECTED AFTER THE CHERNOBYL NPP ACCIDENT V. S. Baranchukov, E. M. Korobova, A. V. Silenok, I. V. Kurnosova Statistical data on spatial distribution of the stomach and thyroid gland cancers have been analyzed on the world, national and regional (the Bryansk region) levels. Considerable difference in these diseases’ morbidity between urban and rural settlements has been revealed as well as changes in this differentiation in the most polluted districts. The result of the study shows that the prevalence of thyroid cancer is associated not only with the level of diagnosis, but with the structure of nutrition, which ensures the entry of elements into the human body. Keywords: biogeochemical provinces, biogeochemical zoning, geochemical ecology, biogeochemical endemia, risk maps of endemic diseases, oncological diseases. 230 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 629.039.58:551.435.53:574.476 РАЗВИТИЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАТАСТРОФ В ИМПАКТНЫХ ЗОНАХ В. Н. Башкин Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

В статье представлены примеры развития инновационных биогеохимических технологий для предотвращения экологических катастроф в импактных зонах, прежде всего в арктических регионах ЯНАО. Показано комплексное решение проблемы рекультивации нарушенных (в том числе и опустыненных из-за перевыпаса оленей) и загрязнённых участков тундры с использованием стимуляторов роста растений, получаемых из местных торфов. Рассматриваемые биогеохимические технологии позволяют обеспечивать предупреждение более затратных по последствиям потенциальных катастроф и, соответственно, требуют на это определённых финансовых и материальных вложений. Ключевые слова: добыча газа, рекультивация нарушенных и загрязнённых земель, природоподобные технологии. Введение В проектной документации по обустройству месторождений всегда имеется раздел, в котором производится оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС). Там же предусматривается набор стандартных мероприятий, позволяющих минимизировать отрицательное воздействие на окружающую среду газопромысловых объектов, включая рекультивацию нарушенных и загрязненных тундровых почв строго в соответствии с нормативной правовой базой. На этой основе в арктических регионах ЯНАО газодобывающими предприятиями интенсивно реализуются мероприятия по рекультивации (восстановлению плодородия) нарушенных тундровых почв в соответствии с ОВОС и проводит специализированные НИОКР с целью повышения их эффективности. При этом подмечено, что наибольший эффект дают технологии, специально адаптированные к природно-климатическим условиям Крайнего Севера и конкретному участку территории, т. е. объектно-ориентированные природоподобные биогеохимические технологии [1, 2]. Инновационная методология управления рекультивацией нарушенных и загрязнённых тундровых почв, исключающая развитие экологических катастроф Именно к таким технологиям можно отнести инновационную биогеохимическую технологию рекультивации нарушенных тундровых почв. Её суть заключается в выборе для рекультивации каждого конкретного участка наиболее подходящего местного торфа и его рационального использования вместе с получаемым из него же гуматом калия. И этот подбор базируется на специальных и не дорогих лабораторных исследованиях, проводимых зимой, длящейся в этих краях до 9 месяцев и практически исключающей все полевые работы. Вот суть этой инновационной технологии биогеохимической рекультивации:  Прежде всего лабораторные исследования, проводимые даже зимой, позволяющие выбрать местный торф из имеющихся и рассчитать его количество, гарантирующие наилучшие результаты рекультивации конкретного участка с учётом гранулометрического состава и/или полной влагоемкости нарушенных тундровых почв; 231 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.)  Внесение на этот участок расчётного объёма выбранного торфа;  Посев и выращивание местных многолетних злаковых трав с использованием стимулятора роста и развития растений – гумата калия, получаемого из выбранного торфа;  Наблюдение (контроль и управление) за естественным вытеснением этих трав коренными для тундры растениями – мхами и лишайниками (являющимися одним из важных источников образования местного торфа). Все полевые и часть лабораторных исследований по решаемой проблеме проводились на территории Ямбургского НГКМ ООО «Газпром добыча Ямбург» с использованием возможностей ИТЦ Ямбурга. Вторая часть исследования проводились в лабораториях РАН (Пущино) и МГУ им. М. В. Ломоносова. Эти исследования проводились исключительно для того, чтобы доказать возможность проведения управляемой рекультивации нарушенных и загрязнённых земель опираясь на стандартную аппаратуру и технические возможности инженерно-технического центра – его экологическую лабораторию. Сравнительные исследования по составу торфов из разных регионов показали, что даже торфы ХМАО и ЯНАО радикально отличаются друг от друга. Так, в образцах торфа из ЯНАО содержание алифатического и карбоксильного углерода больше, чем в торфах из ХМАО, тогда как полисахаридного – меньше [2]. Для этих исследований использовался метод сравнительной оценки содержания различных видов изотопов углерода (%) в структурных фрагментах гуминовых кислот торфов методом ядерно-магнитно-резонансной 13С-спектроскопии. Метод исследований достаточно дорогостоящий и явно неприменимый в условиях тундры, но показавший, что для решения задачи проведения управляемой рекультивации нарушенных и загрязнённых земель необходимо научиться задавать соответствующие вопросы самой природе и понимать её ответы, не выходя за возможности стандартной экологической лаборатории с мобильной составляющей, например, на базе вездехода ТРЭКОЛ. И таким языком общения с природой оказалась оценка активности ферментов дегидрогеназы и каталазы, являющимися продуктами жизнедеятельности бактерий и прорастающих семян в исследуемых образцах почвы и грунтов. Но для этого предварительно необходимо приготовить образцы почвы с участка, который планируется рекультивировать, взять образцы торфа, который можно будет завезти на него из разных залежей. После этого, например, зимой, приготовить образцы смеси этих торфов с образцами почв в различных пропорциях, и с различными потенциальными стимулирующими добавками. Каждый такой образец помещается в стандартную чашку Петри, и все эти чашки Петри выдерживаются при заданных температурных и влажностных условиях в термостате. Анализ активности фермента дегидрогеназа в каждом образце проводят через 5, 10 и 30 дней. Результат таких исследований представляет собой базу данных, достаточную для математической обработки, позволяющей понять из какого именно места необходимо брать торф, т.к. именно он лучше всего подходит для рекультивации этого участка. Одновременно получаем ответ и на вопрос, а сколько по объему необходимо завезти торфа на этот участок для достижения максимального эффекта рекультивации. А это и есть, по сути, ответ самой природы на вопрос, а что именно необходимо делать, чтобы получить гарантированный результат на этом, конкретном участке, и начать планирование работ на предстоящий полевой сезон во время короткого северного лета. Также эта технология применима для ликвидации пустынных и нарушенных земель тундры во всех районах ЯНАО, возникших, например, в следствие перевыпаса оленей. И самая главная особенность этой технологии – непрерывный контроль и управление получаемыми результатами рекультивации с их корректировкой вплоть до восстановления характерных для данной местности мхов и лишайников. Технологический регламент приведен ниже. 232 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Основу описываемой здесь адаптивной биогеохимической технологии рекультивации нарушенных тундровых почв составляют четыре способа, защищенные четырьмя патентами Российской Федерации на изобретения [Патенты РФ на изобретение №№ 2491137, 2611159, 2610956, 2611165]. Данная технология включает перечень операций, выполняемых последовательно в три стадии: Первая стадия: а) на крупномасштабной картосхеме территории (масштаб 1:200 000 и крупнее), предназначенной для рекультивации нарушенных тундровых почв, выделяют отдельные участки почв с измерением их площадей, а также определяют места расположения ближайших торфяных залежей; б) с указанных участков и залежей отбирают, соответственно, усредненные репрезентативные образцы почвы и торфа (слой 0–6 см), как для определения гранулометрического состава или полной влагоемкости почвы в зависимости от рельефа местности, так и с целью последующего выбора дозы торфа в виде соотношения торф:почва, необходимого для рекультивации конкретного участка - Патенты РФ на изобретение №№ 2491137, 2611159 [2]; в) гранулометрический состав почвы, т. е. относительное содержание в ней частиц различной величины (гранул), определяют в случае рекультивации нарушенных почв на территориях с волнистым рельефом и неоднородным почвенным покровом; г) полную влагоемкость почвы, т. е. наибольшее количество влаги, которое содержится в почве при полном насыщении всех ее пор, определяют в случае рекультивации нарушенных почв на территориях с равнинным или слаборасчлененным рельефом и однообразным почвенным покровом. Вторая стадия: а) на основе выбранного соотношения торф:почва рассчитывают, как массу торфа, заделываемую в 0–6 см слой нарушенной почвы, так и массу самой нарушенной почвы в слое 0–6 см, исходя из площади рекультивируемого участка; б) массу торфа предварительно доводят до рассыпчатого состояния путем воздушной сушки, что необходимо для удобства его равномерного распределения по всей площади рекультивируемого участка и дальнейшей заделки в слой нарушенной почвы; в) заделку торфа в соответствующих дозах в 0–6 см слой нарушенной почвы участка и посев семян смеси многолетних злаковых трав осуществляют по принципу устройства газонов на больших площадях или методом «залужения», т. е. создания сплошного травяного покрова на участке, используя соответствующие технологии и технику; г) в составе травосмеси, формируемой из многолетних злаковых трав могут быть кострец безостый (Bromus inermis), пырейник сибирский (Elymus sibiricus), овсяница луговая (Festuca pratensis), овсяница красная (Festuca rubra), мятлик луговой (Poa pratensis), тимофеевка луговая (Phleum pratense) и другие виды, которые позволяют получить густой травостой и плотный дерн на рекультивируемом участке; д) эффективным приемом повышения устойчивости произрастания вновь создаваемых фитоценозов на нарушенных почвах является посев вышеуказанной травосмеси с включением различных видов местной флоры. Третья стадия: а) для улучшения посевных свойств семян, регулирования состояния растений на различных стадиях их роста и развития, в процессе формирования их продуктивности, а также повышения устойчивости растений к неблагоприятным воздействиям внешней среды применяют препарат гумата калия, используемый в определенных дозах для замачивания семян перед посевом, корневой подкормки и некорневой подкормки (опрыскивания) в период вегетации, с использованием соответствующей технологии и техники; 233 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) б) препарат гумата калия выделяют оригинальным способом из местных торфов Ямало-Ненецкого автономного округа, когда извлечение, прежде всего, гуминовых кислот из гумуса торфа и их очистка производится по всем правилам продуцирования химически чистых веществ, практически не затрагивающих молекулярные структуры гуминовых кислот, что, в конечном счете, гарантирует получение стабильного препарата гумата калия - Патент РФ на изобретение № 2610956). в) дальнейший уход за растительностью на рекультивируемом участке осуществляют, также используя соответствующие технологии и технику; при изреживании травостоя по тем или причинам, проводят дополнительный посев семян многолетних злаковых трав; г) в целом, об эффективности рекультивации нарушенных почв с использованием торфа и гумата калия, посева и выращивания смеси многолетних злаковых трав судят по результатам сравнительного анализа биохимической активности, и, в частности, активности фермента дегидрогеназы рекультивируемой нарушенной почвы и ненарушенной (фоновой) почвы (Патенты РФ на изобретение № 2387996; № 2491137; № 2611159; № 2611165) [3]. Проведенный экономические расчеты показали, что данная технология окупается на 3-й год проведения рекультивационных работ по сравнению с ранее используемыми способами. Приведенный пример свидетельствует о реальной возможности управления потенциальными экологическими катастрофами, связанными с опустыниванием и загрязнением тундровых земель, независимо от природы их происхождения (рис. 1). Рис. 1. Полноценное восстановление опустыненных и нарушенных участков тундры по своей сути – ликвидация последствий локальной геоэкологической катастрофы Заключение Проведение совместных научно-исследовательских работ с ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и ООО «Газпром добыча Ямбург» выразилось в создании целого ряда биогеохимических технологий, защищенных патентами Российской Федерации на изобретения, применительно к рекультивации и диагностике как загрязненных, так и нарушенных почв. Примечательно, что эти биогеохимические технологии являются адаптивными к климату Крайнего Севера. Именно в таких условиях на территории Тазовского полуострова была апробирована in vitro и in situ, и в настоящее время успешно 234 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) реализуется биогеохимическая технология рекультивации тундровых почв, нарушенных вследствие добычи и транспортировки природного газа. Подтверждением жизнеспособности предложенных для практики целого ряда биогеохимических технологий явилась их апробация in vitro и in situ также на острове Белый (Карское море) при рекультивации нарушенных и погребенных каменным углем тундровых почв, рекультивации пирогенных и загрязненных углеводородами почв, и нейтрализации углеводородных шламов в других почвенно-климатических условиях страны (Московская область и Ставропольский При этом представленные примеры чётко показывают, что решение таких задач требует строгой объектной ориентации, учитывающей особенности защищаемого объекта и характер его взаимодействия с окружающей средой. При этом следует учитывать длительность переходных процессов, их особенность, и потенциальный горизонт событий, позволяющие исключить катастрофический характер развития возникшей ситуации. Литература 1. Арно О. Б., Арабский А. К., Богоявленский В. И., Башкин В. Н. и др. Триединый подход к цифровизации инновационных технологий, гарантирующих безопасность добычи газа. Идеология «индустрия 4.0» // Газовая промышленность, 2020. – № 5. – С. 26–38. 2. Bashkin V. N. (Ed.) Ecological and Biogeochemical Cycling in Impacted Polar Ecosystems. New York: Nova Science Publishers, 2017. 3. Bashkin V. N., Galiulin R. V. Geoecological risk management in Polar areas. – Springer, 2019. DEVELOPMENT OF BIOGEOCHEMICAL TECHNOLOGIES TO PREVENT ENVIRONMENTAL DISASTERS IN IMPACT ZONES V. N. Bashkin The article presents an example of the development of innovative biogeochemical technologies to prevent environmental disasters in impact zones, primarily in the Arctic regions. An example is a comprehensive solution to the problem of recultivation of disturbed (including desolate due to overgrazing of deer) and polluted tundra areas using plant growth stimulators obtained from local peat. Keywords: gas production, reclamation of disturbed and polluted lands, nature-like technologies. УДК 631.41 ВЛИЯНИЕ БИОЧАРОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПО РАЗНОЙ ТЕХНОЛОГИИ, НА АДСОРБЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ СВИНЦОМ М. В. Бурачевская1, Т. М. Минкина1, Т. В. Бауэр2, В. И. Северина1 1 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

2 Южный научный центр РАН (г. Ростов-на-Дону, Россия) e-mail:

Исследована сорбционная способность почвы по отношению к Pb при внесении в нее углеродистых сорбентов, полученных из разного сырья (биочар на основе древесины березы и биочар из шелухи риса полученный по авторской технологии). При добавлении 235 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) к почве обоих типов биочаров происходит возрастание величины коэффициента распределения металла между твердой и жидкой фазами (Kd), наиболее активное в случае применения биочара из шелухи риса, и степени сорбции (S) металла, которая во всех случаях близка к 100 % и практически не зависит от исходной концентрации раствора. Ключевые слова: почва, свинец, сорбенты, коэффициент распределения, степень сорбции. Введение Изучение сорбционной способности почв по отношению к тяжелым металлам (ТМ) имеет важное значение, так как она оказывает влияние на ключевые экологические проблемы, такие как прогнозирование риска, связанного с техногенными выбросами металла в почву [11]. Сорбция является основным процессом, ответственным за поведение ТМ в почвах, так как подвижность металлов напрямую связана с их распределением между твердой и жидкой фазами почвы. Подвижность металлов в загрязненных почвах может быть минимизирована методами биологической иммобилизации и стабилизации с использованием ряда углеродистых сорбентов, таких как биочар [5, 6]. С целью ремедиации почв среди углеродистых сорбентов всё большее внимание уделяется использованию биочара, который представляет собой высокопористый материал с большой площадью поверхности и высоким содержанием углерода [7, 9]. На сорбционную способность биочара по отношению к ТМ оказывают влияние такие характеристики, как поверхностные функциональные группы, площадь поверхности и пористость, отрицательный заряд, содержание минеральных веществ и емкость катионного обмена (ЕКО) [10]. Таким образом, биочары, полученные из различных исходных материалов, имеют потенциально разную эффективность и механизмы иммобилизации тяжелых металлов. В этой связи особый интерес представляет оценка поглощения ионов тяжелых металлов почвой в присутствии углеродистых сорбентов, различающихся по параметрам пористой структуры. Цель работы – изучить изменения адсорбционной способности чернозема обыкновенного, загрязненного Pb, при внесении биочаров из разного сырья. Объекты Для эксперимента использован верхний слой (0–20 см) чернозема обыкновенного карбонатного тяжелосуглинистого на лёссовидном суглинке, отобранном в Октябрьском районе Ростовской области (ООПТ «Персиановская заповедная степь»). Почва характеризуется следующими физическими и химическими свойствами: Cорг – 3,7 %; pH – 7,3; обменные катионы (Ca2++Mg2+) – 36,0 смоль(экв)/кг; ЕКО – 37,1 смоль(экв)/кг; СаСО3 – 0,1 %; содержание физической глины – 53,1 %, ила – 32,4 %; содержание Pb – 26,9 мг/кг. Для исследования влияния биочара на адсорбционную способность почвы по отношению к ТМ были выбраны два типа углеродистых сорбентов, отличающиеся исходным сырьем для получения и условиями пиролиза: биочар из древесины и биочар, полученный по разработанной авторской технологии из шелухи риса. Древесный биочар (фирмапроизводитель ООО "ИВЧАР") произведен методом пиролиза из березы на ретортных установках, ГОСТ 7657-84 марка А, сорт 1 (температура пиролиза 550°C, фракции биочара 3–5 мм). Второй тип биочара (фракции 0,5–4,9 мм) был получен в результате термического разложения шелухи риса при температуре 700°С, скорости нагрева 15 °С/мин и времени выдержки биомассы от 75 минут. К образцам почвы были добавлены отдельно древесный биочар и биочар из шелухи риса в дозе 2,5 масс %, что в пересчете на 20-см пахотный слой почвы соответствует примерно 500 кг/100 м2 или 50 т/га. 236 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Методы В работе использован метод неизменных навесок (5 г) и переменных концентраций (от 0,05 до 1,0 мМ/л). Каждая из концентраций соответствовала одной точке на изотерме адсорбции. Исследуемый раствор металла приготовлен из соли Pb(NO3)2 квалификации «химически чистая» в связи с ее хорошей растворимостью в воде. Массовое отношение жидкой и твердой фаз составляло 1:10 [4]. При достижении равновесного состояния после взбалтывания в течение часа и суточного отстаивания суспензии были отфильтрованы через фильтр «синяя лента». Равновесные концентрации ионов ТМ в водном растворе определены методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС). Значения коэффициентов распределения металла между твердой и жидкой фазами (Kd) и степени сорбции (S) рассчитывали в соответствии с формулами: 𝐾 𝑆 Си Ср ∙ р∙ и Ср Си , (2) ∙ 100%, (3) где Си и Ср – исходная и равновесная концентрация металла в растворе, мМ∙л-1; V – объем раствора, см3; m – навеска сорбента, г. Физико-химические свойства почв были определены с использованием общепринятых методов [1]. Валовое содержание Pb в почвах анализировали рентген-флюоресцентным методом на спектроскане MAKC-GV (ООО «НПО «СПЕКТРОН», Санкт-Петербург, Россия). Анализ содержания Pb в вытяжках проводили методом ААС (МГА-915МД, НПФ ГК "Люмэкс", Санкт-Петербург). Повторность анализов 3-х кратная. Результаты и обсуждение Результаты расчетов величин Kd и степени сорбции S ионов Pb(II) черноземом обыкновенным в чистом виде и с добавлением биочаров, полученных по разной технологии, представлены в таблице 1. Полученные значения Kd и S ионов Pb(II) почвой достаточно высокие. В растворах с исходной концентрацией металла до 0,8 мМ/л степень извлечения ионов Pb(II) черноземом обыкновенным составляет практически 99 %. В растворах с начальной концентрацией Pb(II), равной 1,0 мМ/л после сорбционного взаимодействия с почвой степень извлечения ионов металла снижается и составляет 96,9 %. Добавление к почве бочара из древесины березы и шелухи риса приводит к увеличению степени сорбции металла, которая во всех случаях близка к 100 % и практически не зависит от исходной концентрации раствора (табл. 1). Вероятно, концентрация металлов не оказывает влияние на их способность притягиваться поверхностью полярных сорбентов [2]. Таблица 1. Коэффициенты распределения (Kd) и степень сорбции (S) ионов ТМ черноземом обыкновенным при внесении биочаров, мМꞏл-1 Концентрация металла в исходном растворе, мМ∙л-1 Образец 0,05 0,08 0,1 0,3 0,5 0,8 1,0 Kd Почва 990 1202 1010 899 952 889 313 Почва+БЧ из древесины 4990 3800 3115 2742 2305 1850 1065 Почва+БЧ из шелухи риса 8323 7990 6240 5759 5309 4696 3438 S Почва 99,00 99,18 99,02 98,90 98,96 98,89 96,90 Почва+БЧ из древесины 99,80 99,74 99,68 99,64 99,57 99,46 99,07 Почва+БЧ из шелухи риса 99,88 99,88 99,84 99,83 99,81 99,79 99,71 *БЧ-биочар 237 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Еще одним параметром эффективности сорбционной способности является коэффициент распределения (Kd), который характеризует потенциальную мобильность металлов. Металл с более высоким значением Kd характеризуется более прочной сорбцией на адсорбенте и, следовательно, более низкой подвижностью [8]. При добавлении к почве обоих типов биочаров происходит возрастание величины Kd, что свидетельствует о повышении сродства поверхности к ионам металла (табл. 1). При этом с ростом концентрации металла в исходном и, соответственно, равновесном растворе на всех исследуемых вариантах отмечается значительное уменьшение величины Kd, что свидетельствует о том, что доля поглощенного металла, а также энергия взаимодействия ионов c расположенными на поверхности сорбентов функциональными группами, определяющими их поглотительную способность, уменьшаются. Уменьшение поглотительной способности объясняется наличием нескольких типов сорбционных центров на поверхности почвенных частиц, отличающихся не только величиной сродства, но и селективностью к различным катионам металлов [3]. Заключение Таким образом, добавление в почву биочара повышает сорбционную способность чернозема обыкновенного по отношению к ионам Pb. Улучшение сорбционных характеристик происходит за счёт увеличения поверхности (физическая сорбция, связанная с высокой пористостью биочара) и взаимодействия (ионный обмен, комплексообразование, электростатическое притяжение) металла с поверхностными функциональные группами (химическая адсорбция). Наибольшая эффективность адсорбции металла отмечена для варианта с внесением в почву биочара из шелухи риса. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ № МК-2244.2020.5, РФФИ в рамках научного проекта № 19-34-60041 Перспектива. Литература 1. Воробьева Л. А. Теория и практика химического анализа почв. – М.: ГЕОС, 2006. 2. Калюкова Е. Н., Письменко В. Т., Иванская Н. Н. Адсорбция катионов марганца и железа природными сорбентами // Сорбционные и хроматографические процессы, 2010. – Т. 10. – № 2. – С. 194–200. 3. Пинский Д. Л. Ионообменные процессы в почвах. – П.: Изд-во ОНТИ ПНЦ РАН, 1997. 4. Пинский Д. Л., Минкина Т. М., Бауэр Т. В. и др. Поглощение меди черноземными почвами и почвообразующими породами юга России // Геохимия, 2018. – № 3. – С. 280–289. 5. Bashir S., Shaaban M., Mehmood S. et al. Efficiency of C3 and C4 plant derivedbiochar for Cd mobility, nutrient cycling and microbial biomass in contaminated soil // Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2018. – Vol. 100. – P. 834–838. 6. Lahori A. H., Guo Z., Zhang Z. et al. Use of biochar as an amendment for remediation of heavy metal-contaminated soils: prospects and challenges // Pedosphere, 2017. – Vol. 27. – P. 991–1014. 7. Liu C., Liu F., Ravnskov S. et al. Impact of wood biochar and its interactions with mycorrhizal fungi, phosphorus fertilization and irrigation strategies on potato growth // Journal of Agronomy and Crop Science, 2017. – Vol. 203(2). – P. 131–145. 8. Park J.-H., Ok Y. S., Kim S.-H., Cho J.-S., Heo J.-S., Delaune R. D., Seo D.-C. Competitive adsorption of heavy metals onto sesame straw biochar in aqueous solutions // Chemosphere, 2016. – Vol. 142. – P. 77–83. 9. Qin G., Gong D., Fan M. Y. Bioremediation of petroleum-contaminated soil by biostimulation amended with biochar // International Biodeterioration and Biodegradation, 2013. – Vol. 85. – Р. 150–155. 238 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 10. Tan X., Liu Y., Zeng G. et al. Application of biochar for the removal of pollutants from aqueous solutions // Chemosphere, 2015. – Vol. 125. – P. 70–85. 11. Vidal M., Santos M. J., Abrao T., Rodriguez J., Rigol A. Modeling competitive metal sorption in a mineral soil // Geoderma, 2009. – Vol. 149. – P. 189–198. INFLUENCE OF BIOCHARS OBTAINED BY DIFFERENT TECHNOLOGIES ON THE ADSORPTION CAPACITY OF HAPLIC CHERNOZEM WHEN LEAD IS CONTAMINATED M. V. Burachevskaya, T. M. Minkina, T. V. Bauer, V. I. Severina The sorption capacity of the soil with respect to Pb was studied when carbon sorbents obtained from different raw materials (biochar based on birch wood and biochar from rice husk obtained by the author's technology) were introduced into it. The obtained values of the metal distribution coefficients between the solid and liquid phases (Kd) and the degree of sorption (S) are quite high. When both types of biochars are added to the soil, the value of the distribution coefficient increases, most actively in the case of using biochar from rice husk, and the degree of metal sorption also increased, which in all cases is close to 100 % and practically does not depend on the initial concentration of the solution. Key words: soil, lead, sorbents, distribution coefficient, degree of sorption. УДК 547.912:631.41:628.543.1 РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ С ПОМОЩЬЮ СОРБЦИОННОЙ БИОРЕМЕДИАЦИИ 1 Г. К. Васильева1, Е. Р. Стрижакова1, А. Е. Филонов2, В. А. Мязин3 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

2 Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН (г. Пущино, Московская обл., Россия) e-mail:

3 Институт проблем промышленной экологии Севера РАН (г. Апатиты, Россия) e-mail:

Разработан метод рекультивации почв в разных почвенно-климатических условиях, сильно загрязненных разными классами поллютантов органической природы, основанный на применении метода сорбционной биоремедиации. Метод основан на применении методов биоремедиации с широким использованием натуральных сорбентов, которые обеспечивают снижение токсичности деградабельных поллютантов за счет их обратимой сорбции, снижения риска их миграции в грунтовые и поверхностные воды, а в случае нефтезагрязненных почв обеспечивают снижение гидрофобности почв. В результате происходит ускорение процесса минерализации деградабельных и прочное связывание высокостойких поллютантов. Дается эколого-экономическое обоснование метода. Ключевые слова: почва, загрязнение, нефть, ПХБ, хлорфенолы, пестициды, взрывчатые вещества, ремедиация, сорбенты. 239 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Введение В связи с нарастающим уровнем химического загрязнения почв, одним из важнейших проблем биогеохимии в настоящее время являются изучение поведения ксенобиотиков в почве и сопряженных средах, а также разработка способов их рекультивации. Наиболее перспективным методом рекультивации почв считается биоремедиация in situ, основанная на способности почвенных микроорганизмов полностью разлагать органические загрязнители или превращать их в нетоксичные продукты. Этот подход отличается высокой экономичностью, экологичностью и низкой энергоемкостью. Однако далеко не всегда выбор делается в его пользу, особенно в случае сильно загрязненных почв. Чаще всего прибегают к более радикальным методам очистки путем экскавирования загрязненного грунта и последующего его сжигания или захоронения. Основные проблемы биоремедиации связаны с трудностями адаптации микроорганизмов в токсичных средах, а также с высокой вероятностью миграции загрязнителей в сопредельные среды. В результате 30-тилетних исследований поведения поллютантов разных классов было показано, что внесение различных природных сорбентов может существенно расширить возможности биоремедиации почв в условиях in situ. В данной работе будет обобщен опыт многолетних исследований по разработке биотехнологий сорбционной биоремедиации почв, загрязненных поллютантами разных классов, находящихся в разных почвенно-климатических условиях, как на территории разных регионов РФ, так и других стран (США и Финляндии), основанных на применении метода сорбционной биоремедиации с использованием натуральных (не синтетических) сорбентов разных классов. Методы В ходе многолетних исследований проводили эксперименты с разными типами почв, загрязненных органическими поллютантами разных классов, как сравнительно деградабельных (гербицид пропанид его метаболит 3,4-дихлоранилин - ДХА, нефть и нефтепродукты), так и высоко персистентных (ПХБ, 2,4,6-тринитротолуол). Большинство экспериментов проводили на почвах, исторически загрязненных поллютантами, но в некоторых случаях эксперименты проводили на почвенных образцах, отобранных их разных регионов РФ (чернозем Саратовской обл., серая лесная и лугово-аллювиальная почвы Московской обл., а также дерново-глеевая почва ЯНАО и глеево-торфяная почва ХМАО. В качестве биопрепаратов использовали выделенные нами уникальные штаммы микроорганизмов-деструкторов хлоранилинов, микроорганизмы, способные трансформировать 2,4,6-тринитротолуол, а также биопрепарат на основе углеводород-утилизирующих микроорганизмов. В большинстве исследований с различными классами техногенных поллютантов в качестве сорбентов использовали гранулированный активированный уголь (ГАУ), а в экспериментах с нефть-загрязненными почвами изучали влияние около 10 сорбентов 3-х классов: минеральных (цеолит, каолинит, вермикулит, диатомит), углеродистых (ГАУ, биочар) и органических (торф, растительные остатки, Спиллсорб, опилки). В ходе исследований использовали различные методы химического анализа почв для определения содержания органических поллютантов и их метаболитов в почве, в частности методы ГЖХ, ВЖХ, хроматомасс-спектрометрии. Определяли численность микроорганизмов-деструкторов методом высева на селективные агаризованные среды. Определяли дегидрогеназную активность почвы. Изменение интегральной токсичности почв наблюдали с помощью разработанного нами экспресс-метода по всхожести клевера белого [1], а также сертифицированными методами по длине корней проростков пшеницы и по смертности и размножению гидробионтов (дафнии и водоросли хлорелла). Наблюдали за изменением агрохимических и физических характеристик 240 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) почвы: рН, содержание NPK, гидрофобность почв, ППВ, пористость, объемная масса. Структуру почвы изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа. Анализы выполнены на базе ЦКП ИФХиБПП РАН, Аналитического центра ф-та Почвоведения МГУ и других. Результаты исследований Исследования показали, что в зависимости от класса и уровня загрязнения, а также почвенно-климатических условий, загрязненные почвы можно разделить на несколько групп, к которым применяются разные подходы биоремедиации. К первой группе можно отнести почвы, умеренно загрязненные деградабельными поллютантами, находящимися в умеренном климате. Примером таких почв могут служить почвы центральной полосы РФ, загрязненные нефтью или нефтепродуктами с концентрацией углеводородов нефти (УВН) <3–4 %. Для них применимы методы классической биоремедиации in situ, основанные на создания условий для активации аборигенных и/или инокулированных в виде биопрепаратов соответствующих микроорганизмовдеструкторов, а именно, внесение минеральных удобрений, регулирования рН с помощь известкования, оптимизация водно-воздушного режима [1]. Ко второй группе относятся почвы, сильно загрязненные деградабельными поллютантами, особенно почвы легкого механического состава, находящиеся в условиях холодного климата. Для рекультивации таких почв более рационально использовать технологию сорбционной биоремедиации почв in situ, основанную на оптимизации условий для микроорганизмов-деструкторов, которую проводят на фоне внесения оптимальных доз ГАУ или других сорбентов, основная роль которых заключается в снижении токсичности загрязненных почв для микроорганизмов и растений за счет обратимой сорбции поллютантов, а также в снижении риска миграции поллютантов и/или их подвижных метаболитов в грунтовые и поверхностные воды. В качестве примера можно привести метод сорбционной биоремедиации, с помощью которого были ликвидированы последствия аварийной утечки 17 тонн гербицида пропанида в Краснодарском крае. Внесение в эти почвы ГАУ в дозе 3 % и биомассы бактериальных штаммов-деструкторов хлоранилинов позволило уже к концу летнего сезона снизить суммарное содержание пропанида и его метаболита 3,4-дихлоранилина в почве с 4000 до 100 мг/кг, а также резко снизить токсичность почв [2]. В отдельном эксперименте доказана обратимость сорбции ДХА активированным углем и его доступность микроорганизмам-деструкторам, прием основная часть поллютантов подвергается полной минерализации до СО2 [3]. Аналогичный метод сорбционной биоремедиации был разработан для рекультивации почв, сильно загрязненных моно- и трихлорфенолами, а также нафталином. В другой серии экспериментов была показана эффективность данного подхода при рекультивации разных типов почв (выщелоченный чернозем, серая лесная, аллювиально-луговая, подбур оподзоленный), загрязненных нефтью средней плотности, дизельным топливом, смесью горюче-смазочных материалов в концентрации до 15 % УВН [4–6]. В экспериментах с почвами разных типов была продемонстрирована возможность использования разных типов сорбентов для очистки нефтезагрязнённых почв. Помимо возможности снижения токсичности почв и риска миграции нефти и в особенности ее полярных метаболитов (спирты, альдегиды и карбоновые кислоты), сорбенты должны обладать способностью снижать гидрофобность почв, загрязненных высокими дозами нефти, что обеспечит возможность впитывания влаги, необходимой для роста микроорганизмов и растений. Для таких почв был предложен композитный материал на основе ГАУ и ряда других сорбентов, обладающий всеми необходимыми свойствами, и разработана технология его внесения. 241 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) К третьей группе можно отнести почвы, загрязненные высоко персистентными поллютантами либо поллютантами смешанного типа. В этом случае роль сорбентов сводится к детоксикации этих поллютантов путем прочной сорбции самих поллютантов, либо их продуктов частичного превращения. Примером может служить технология сорбционной биоремедиации буроземных почв, исторически загрязненных взрывчатым веществом 2,4,6-тринитротолуолом, находящихся на территории бывшего военного завода в шт. Небраска (США). Показано, что механизм детоксикации ТНТ в этих почвах связан с частичным восстановлением нитро-групп ТНТ и каталитическим окислением метильной группы по радикальному механизму с последующим образованием связанных полимерных продуктов в нанопоровом пространстве ГАУ [7–10]. Еще одним примером может служить эксперимент по разработке сорбционной биоремедиации почв, исторически загрязненных ПХБ, на территории вблизи завода «Конденсатор», где до 1988 г использовались ПХБ при производстве электрохимического оборудования, в которых концентрация ПХБ достигала 4000 мг/кг. Внесение оптимальных доз ГАУ в эти почвы одновременно с оптимизации водно-воздушного режимов приводит к резкому ускорению полного разложения три- и четыре-хлорбифенилов и прочного связывания высокостойких конгенеров ПХБ. Показано, что сорбированные молекулы ПХБ остаются нетоксичными по отношению к растениям и дафниям (Daphnia magna) [11]. Аналогичные результаты получены с почвами на территории могильника запрещенных пестицидов, загрязненных ДДТ, ГХЦГ. Дано эколого-экономическое обоснование метода. Показано преимущество метода сорбционной биоремедиации in situ по сравнению с методом экскавации почв [12]. Работа поддержана грантом РФФИ №19-29-05265мк. Литература 1. Vasilyeva G. K., Kondrashina V. S., Strijakova E. R., Pinsky D. L. Express-phytotest for choosing conditions and following process of soil remediation // Environ. Geochem. Health, 2020. – URL: https://doi.org/10.1007/s10653-020-00727-8 2. Васильева Г. К. и др. Разработка микробиологического способа очистки почвы от загрязнения пропанидом и 3,4-дихлоранилином // Микробиология, 1994. – Т. 63. – № 1. – С. 129–144. 3. Бахаева Л. П. и др. Микробное разложение 3,4-дихлоранилина, сорбированного активированным углем // Микробиология, 2001. – Т. 70. – № 3. – С. 277–284. 4. Semenyuk N. N. et al. Effect of activated charcoal on bioremediation of diesel fuel contaminated soil // Microbiology, 2014. – Vol. 83. – № 5. – Р. 589–598. 5. Vasilyeva G., Kondrashina V., Strijakova E., Ortega-Calvo J-J. Adsorptive bioremediation of soil highly contaminated with crude oil // Science of the Total Environment, 2020. – Vol. 607. – № 135739. 6. Мязин В. А., Исакова Е. А., Васильева Г. К. Влияние гранулированного активированного угля на скорость биоремедиации почв Мурманской области, исторически загрязненных нефтепродуктами // Проблемы Региональной Экологии, 2020. – № 2. – С. 20–26. 7. Vasilyeva G. K., Strijakova E. R., Shea P. J. Use of activated carbon for soil bioremediation. In: Viable methods of soil and water pollution monitoring, protection and remediation. (I. Twardowska, H. E. Allen and M. H Haggblom, eds). Serial NATO Collection, Netherlands, Springer, 2006. – Р. 309–322. 8. Vasilyeva G. K. et al. Potential of activated carbon to decrease 2,4,6-trinitritoluene toxicity and accelerate soil decontamination // Environ. J Toxicol. Chem., 2001. – Vol. 20. – № 5. – P. 965–971. 9. Vasilyeva G. K. et al. Catalytic oxidation of TNT adsorbed by activated carbon // Chemosphere, 2002. – Vol. 47. – P. 311–317. 242 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 10. Vasilyeva G. K., Bakhaeva L. P., Strijakova E. R., Shea P. J. Biodegradation of 3,4dichloroaniline and 2,4,6-trinitritiluene in soil in the presence of natural adsorbents // Environmental Chemistry Letters, 2003. – Vol.1. – № 3. – Р. 176–183. 11. Vasilyeva G. K. et al. Dynamics of PCB removal and detoxification in historically contaminated soils amended with activated carbon // Environ. Pollut., 2010. – Vol. 158. – № 3. – Р. 770–777. 12. Слюсаревский А. В., Зиннатшина Л. В., Васильева Г. К. Технико-экономическое обоснование метода биорекультивации нефтезагрязненных земель в условиях in situ // Экология и Промышленность России, 2018. – Т. 22. – № 11. – С. 40–45. RECULTIVATION OF CONTAMINATED SOILS USING SORPTION BIOREMEDIATION G. K. Vasilyeva, E. R. Strijakova, A. E. Filonov, V. A. Myazin A method has been developed for recultivation of different types of soils in various climatic conditions, which are heavily contaminated with different classes of organic pollutants. This method is based on the application of an adsorptive bioremediation approach. It is based on a widespread use of natural sorbents, which reduce the toxicity of degradable pollutants due to their reversible adsorption or strong bound highly persistent pollutants. Thus, the adsorbents reduce risks of their migration into groundwater and surface waters, as well as reduce the hydrophobicity of petroleum-contaminated soils. The ecological and economic basis of the method is given. Keywords: soil, pollution, oil, PCBs, chlorophenols, pesticides, explosives, remediation, sorbents. УДК 598.221 ДИАГНОСТИКА СЕЛЕНО-ЙОДНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ У ДОМАШНИХ ПТИЦ В БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ Т. С. Ермилова, Е. Н. Щербакова, А. С. Костин Астраханский государственный университет (г. Астрахань, Россия) e-mail:

Целью нашего исследования являлось изучение гематологических и клинико-физиологических показателей у акклиматизируемых кур (черная московская порода) и домашних голубей (кинг), привезенных из деревни Русавкино-Романово (Московская область) в 2019 году в возрасте 3-х и 1-го месяцев (на момент исследования возраст птиц составлял 7 и 5 месяцев), для дальнейшего выявления признаков скрытой селено-йодной недостаточности. Полученные результаты обследования акклиматизируемых в Астраханской области домашних птиц были сравнены с показателями их аналогов, постоянно живущих в Московской области. Данное исследование необходимо для выяснения причины низкой яичной и мясной продуктивности кур и голубей, привезенных в Астраханскую область. Ключевые слова: гипомикроэлементозы, селен, йод, домашние птицы. Введение Интенсификация и перевод птицеводства на промышленную основу в Астраханской области способствовали более рациональному использованию кормовой базы. 243 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) С целью уменьшения себестоимости продукции птицеводства широко используются естественные корма региона Нижней волги. Использование местных кормов является частой причиной того, что домашние птицы в биогеохимических условиях Астраханской области достаточно часто испытывают недостаток в селене и йоде, что связано с низким содержанием этих микроэлементов в почве, воде и растениях. На низкий уровень селена и йода в экосистемах Нижней Волги указывают научные работы ряда авторов (А. П. Полковниченко (2009), Н. И. Захаркина (2010), Д. В. Воробьев (2011, 2013, 2014)). Недостаток селена и йода в рационе птиц негативно влияет на обмен веществ, что в свою очередь сказывается на их продуктивности, качестве получаемой продукции и обуславливает необходимость своевременной коррекции и диагностики дефицита селена и йода [1]. Методы Объектами нашего исследования служили черные московские куры 7-ми месячного возраста и кинги 5-ти месячного возраста, привезенные в Астраханскую область из деревни Русавкино-Романово (Московская область) в возрасте 3 и 1 месяц, постоянно находившиеся в клетках и получавшие растительные корма местного происхождения. Птицы были разделены на 4 группы: группа черных московских кур и группа кингов, привезенные в Астраханскую область (14 и 15 голов) и их аналоги в Московской области (15 и 15 голов). Птицы всех четырех групп были подвергнуты общему клиническому обследованию, в процессе которого оценивались основные клинико-физиологические показатели кур и голубей (температура, частота пульса и дыхательных движений в 1 минуту). Нами были рассмотрены следующие гематологические показатели: гемоглобин, количество эритроцитов, эозинофилов, базофилов, лимфоцитов, моноцитов, общий белок, резервная щелочность [2]. Было исследовано содержание селена и йода в крови черных московских кур и кингов. Для анализа на содержание микроэлементов было отобрано 11 проб почв, 19 проб различных видов растений и растительных кормов и 6 проб воды. Вышеперечисленные исследования были проведены на базе кафедры ветеринарной медицины Астраханского государственного университета и Астраханской областной ветеринарной лаборатории. Была оценена мясная и яичная продуктивность домашних птиц. Результаты исследований Исследования содержания селена и йода в почвах Астраханской области указывают на их низкую обеспеченность данными микроэлементами (содержание селена 0,29±0,02 мг/кг и йода 0,33±0,07 мг/кг). Уровень селена и йода в водах Астраханской области составляет 0,01±0,008 и 0,004±0,0008 мг/л. Содержание селена и йода в растениях Астраханской области также невысоко. В большинстве растений обнаружены лишь следы данных микроэлементов. При оценивании результатов лабораторного исследования крови кур и кингов в биогеохимических условиях Астраханской области следует отметить уменьшение числа эритроцитов в сравнение с их аналогами на 17,7 % и 20,1 %. Что касается уровня гемоглобина, он также был снижен: у привезенных кур в сравнении с их аналогами гемоглобин был ниже на 24,9 %, у кингов – на 31,2 %. Уровень общего белка у всех 4 групп птиц соответствовал физиологической норме. При этом у акклиматизируемых кур данный показатель составлял 22,2±0,06 г/л и приближался к нижним границам физиологической нормы. Уровень общего сахара в крови у кур и голубей, находящихся в Астраханской области, наоборот, превышал верхние границы физиологических норм на 42,3 % и 23,9 %, что на 74,2 % и 53,1 % выше, чем у их аналогов. Исследование содержания микроэлементов в крови акклиматизируемых кур и голубей продемонстрировало, что уровень селена (0,025±0,001 мг/л 0,17±0,03 мг/л)), йода (0,51±0,03 и 0,021±0,004 мг/л) был ниже физиологической нормы для птиц [3]. 244 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Результаты исследования основных клинико-физиологических показателей у всех 4-х групп птиц не показали каких-либо отклонений от норм. Но при сравнении яичной и мясной продуктивности птиц, проживающих в Астраханской и Московской областях, нами было отмечено, что у акклиматизируемых кур и голубей яйценоскость на 54,1 % и 28 ,9 % ниже, чем у их аналогов. Масса у голубей, проживающих в Астраханской области, в сравнении с их аналогами была ниже на 27,7 %. Масса же у кур отличалась незначительно: у акклиматизируемых черных московских кур она была на 11,1 % меньше. Заключение Высокий уровень глюкозы и низкий – эритроцитов, гемоглобина, селена и йода, с учетом снижения яичной и мясной продуктивности завезенных птиц в биогеохимических условиях Астраханской области указывает на наличие признаков синдрома скрытой формы гипомикроэлементоза. Литература 1. Воробьев Д. В. Физиологическая характеристика метаболизма различных видов животных в корме и при скрытых формах гипомикроэлементозов / Д. В. Воробьев // Автореф. докторской дисс. Астрахань, 2013. 2. Кондрахин, И. П. Методы ветеринарной клинической лабораторнойдиагностики / И. П. Кондрахин, А. В. Аркипов, В. И. Левченко, Г. А. Таланов, А. А. Фролов, В. Э. Новиков. – М.: Колос, 2004. – С. 520. 3. Мотузко, Н. С. Физиологические показатели животных / Н. С. Мотузко, Ю. И. Никитин, В. К. Гусаков, В. Ф. Пинчук, А. В. Синковец, Е. Н. Кудрявцева, А. В. Островский, Ж. В. Вишневец, В. К. Мацвевич // Техноперспектива. – Минск, 2008. DIAGNOSTICS OF DEFICIENCY OF SELENIUM AND IODINE IN DOMESTIC BIRDS IN BIOGEOCHEMICAL CONDITIONS OF ASTRAKHAN REGION Т. S. Ermilova, E. N. Sherbakova, A. S. Kostin The aim of our research was to study hematological and clinical and physiological parameters of acclimatized chickens (black Moscow breed) and domestic pigeons (king) brought from the village of Rusavkino-Romanovo (Moscow region) in 2019 at the age of 3 and 1 months (at the time of the study, the age of poultry was 7 and 5 months), for the further presence of latent selenium-iodine deficiency. The results obtained from the survey of poultry acclimatized in the Astrakhan region were compared with the indicators of their counterparts permanently living in the Moscow region. This study is necessary to find out the reasons for the low egg and meat productivity of chickens and pigeons brought to the Astrakhan region. Keywords: hypomicroelementosis, selenium, iodine, poultry. 245 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 615.9:574 ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АГРОХИМИКАТОВ И ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТОКСИЧНЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ, МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ Г. А. Жариков, В. П. Дядищева, Л. В. Челпых, А. И. Марченко Научно-исследовательский центр токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов – филиал Института иммунологии Федерального медико-биологического агентства России (п. Большевик, Московская обл., Россия) e-mail:

Разработана методология оценки экологической безопасности агрохимикатов (органических удобрений, компостов, биогумуса, почвогрунтов и др.) и микробных биопрепаратов биотестированием для целей государственной регистрации. Показана эффективность методов биотестирования для оценки токсичности почв, загрязненных химическими веществами, при микробной ремедиации. Ключевые слова: эколого-токсикологическая оценка, биотестирование, почва, органические удобрения, компосты, биогумус, почвогрунты, дафнии, дождевые черви, рыбы гуппи, микроорганизмы, фитотоксичность, токсичные химические вещества. Введение В рамках Евразийского экономического сообщества вступило в силу Соглашение Таможенного союза по санитарным мерам (Санкт-Петербург, 11.12.2009). В соответствии со статьей 2 Соглашения «на территории Таможенного союза применяются «Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» (раздел 5), утвержденные Решением Комиссии Таможенного союза от 28 мая 2010 года № 299 (с изм. на 08.09.2020). В рамках оборота сельскохозяйственных препаратов в качестве межгосударственного документа Таможенного союза принят российский СанПиН 1.2.2584-10 «Гигиенические требования к безопасности процессов испытаний, хранения, перевозки, реализации, применения, обезвреживания и утилизации пестицидов и агрохимикатов». В соответствии с Федеральным законом от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ «О санитарноэпидемиологическом благополучии населения» и Федеральным законом от 19 июля 1997 г. № 109-ФЗ «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами» с целью оценки опасности препаратов для жизни и здоровья населения, Минздравом России на НИЦ ТБП возложена задача комплексной токсиколого-гигиенической оценки биологических препаратов, продуктов микробного синтеза, феромонов и регуляторов роста растений природного происхождения, микробиологических препаратов. Ежегодно в НИЦ ТБП проходят токсиколого-гигиеническую экспертизу более 200 биопрепаратов. Методы Для целей государственной регистрации проводится обязательная эколого-токсикологическая оценка агрохимикатов. Экологический риск оценивается для тех максимальных концентраций агрохимиката, которые применяются в соответствии с их техрегламентом. В оценку риска входят данные, характеризующие экологическую токсичность агрохимикатов для нецелевых видов организмов, обитающих в почве и воде (тестобъектов). Экологический мониторинг позволяет оценить степень воздействия деятельности человека на природную экосистему и спрогнозировать ее способность к самовосстановлению. 246 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) В процессе совершенствования процедуры регистрации, ведущими мировыми научными и экспертными сообществами, национальными организациями, регулирующими оборот и безопасность применения агрохимикатов, постоянно совершенствуется минимум представительных нецелевых видов организмов, для оценки экотоксичности биопрепаратов. Этот перечень регулярно изменяется. На наш взгляд, в этот перечень должны входить широко распространенные представители, обитающие в почве и воде. В настоящее время на целый ряд тест-объектов имеются утвержденные стандарты и методические указания по проведению биотестирования. Экологический мониторинг проводится по следующим показателям (статья 31 ФЗ № 7 «Об охране окружающей среды»):  оценка острой и хронической токсичности почвы и воды на дафниях,  оценка острой и субхронической (20-суточной) токсичности почвы и воды для дождевых червей,  оценка острой и хронической токсичности почвы и воды для рыб гуппи,  фитотоксичность почвы на проростках овса и редиса,  оценка токсичности почвы и воды на приборе «Биотокс-1М» с люминесцирующими бактериями. Интегральную (суммарную) токсичность проб воды оценивают на лабораторной культуре пресноводного рачка Daphnia magna. Биотестирование проводят в соответствии с ФР.1.39.2001.00283 «Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний» и ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06 16.1:2:3:3.9-06 «Методика определения токсичности водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов, питьевой, сточной и природной воды по смертности тест-объекта Daphnia magna Straus». Изучается острая и хроническая (24-суточная) токсичность водной вытяжки. Интегральную (суммарную) токсичность проб воды оценивают на лабораторной культуре рыб гуппи в соответствии с Методическими рекомендациями «По применению методов биотестирования для оценки качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения» МР № ЦОС ПВ 005-95, Методическим руководством по биотестированию воды РД 118–02–09 и Стандарту ИСО 734. В качестве тест–объектов используют рыб гуппи (Poecilia reticylate Peters), широко применяемых в международных и национальных стандартах по биотестированию воды. Изучается острая (до 96 часов) и хроническая (30-суточная) токсичность водной вытяжки. Интегральную (суммарную) токсичность образцов почвы оценивают на лабораторной линии дождевых червей. Острую токсичность определяют в соответствии с Г. С. Фомин, А. Г. Фомин «Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. Справочник», Стандарту ИСО 11268-1:1993 «Качество почвы. Воздействие загрязняющих веществ на земляных червей (Eisenia fetida) и стандарту OECD # 207 «Earthworm Acute Toxicity Test». Хроническую токсичность определяют в соответствии с Фомин Г. С., Фомин А. Г. «Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. Справочник» и стандарту EPA OPPTS 850.6200 «Earthworm Subchronic Toxicity Test». Фитотоксичность образцов почвы определяют по методу О. А. Берестецкого (Берестецкий О. А. Методы определения токсичности почвы. Микробиологические и биохимические исследования почв. – Киев: Урожай. – 1971) тестированием на семенах однодольных и двудольных растений: редиса и овса. Фитотоксичность воды оценивают на лабораторной культуре хлореллы в соответствии с ФР.1.39.2001.00284 «Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей». 247 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Определение интегральной токсичности почвы и воды проводят биолюминесцентным методом с использованием бактериального теста «Эколюм» на приборе «Биотокс10», согласно Методике Минприроды РФ ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-04 16.1:2:3:3.8-04 «Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению интенсивности бактериальной биолюминесценции тест-системой «ЭКОЛЮМ» и «Методическим рекомендациям N 01.019.07 «Определение интегральной токсичности почв с помощью биотеста "Эколюм"». Критерием токсического действия является изменение интенсивности биолюминесценции тест-объекта в исследуемой пробе по сравнению с контролем. Кроме того, в испытаниях применяют тесты на сперматозоидах млекопитающих, ФР.1.31.2009.06301 «Методика выполнения измерений индекса токсичности почв, почвогрунтов, вод и отходов по изменению подвижности половых клеток млекопитающих in vitro». При работе с почвенными микроорганизмами необходимо соблюдать Санитарно-эпидемиологические требования СП 1.3.2322-08 «Безопасность работы с микроорганизмами 3 – 4 групп патогенности (опасности) и возбудителями паразитарных болезней». Результаты исследований В НИЦ ТБП по заказам организаций-разработчиков проводится методами биотестирования эколого-токсикологическая оценка токсического воздействия почвы, почвогрунтов, компостов и вермикомпостов на различные биотесты. Результаты исследований показали, что наибольшей чувствительностью к агрохимикатам обладают дафнии и дождевые черви. Оценена чувствительность (ЛД50) дафний в остром и хроническом экспериментах к различным концентрациям в воде гептила, формалина (продукт первичного разложения НДМГ), авиакеросина, дизельного топлива, бензина, мазута, ацетона, четыреххлористого углерода. Показано, что чувствительность дафний к этим веществам значительно различается (ЛД50 от 312,5 до 39,1 мг/л). Чувствительность лабораторной линии дождевых червей к загрязнению почвы токсикантами в остром и хроническом опытах также значительно различалась. ЛД50 составила: от 4,1 г/кг для авиакеросина, 30 г/кг для формалина (гептила), до 160 г/кг для четыреххлористого углерода. Исследованы эффективные концентрации (effective concentration, ЕС50) токсикантов для одноклеточных водорослей Chlorella vulgaris. Хлорелла наиболее чувствительна к четыреххлористому углероду и формалину (ЕС50 = 11,5 мг/л и 13,7 мг/л), малочувствительна к ацетону и бензину (ЕС50 = 287,9 мг/л и 299,0 мг/л). Изучена фитотоксичность загрязнителей для однодольных и двудольных растений: редиса, гороха, огурцов, овса, пшеницы и ржи. Внесение в почву различных концентраций загрязнителей вызывало снижение веса проростков и корней (по сравнению с контролем) на 9–49 %. Для оценки фитотоксичности загрязненных почв наиболее пригодны семена редиса и овса. Большую роль методы биотестирования играют при экологической оценке почвогрунтов, полученных при биотехнологическом разложении нефтепродуктов микроорганизмами-деструкторами в загрязненной почве. По результатам биотестирования очищенные почвы, не обладающие интегральной токсичностью, могут направляться для отсыпки котлованов, свалок, откосов дорог и т. п. Обсуждение В НИЦ ТБП более 20 лет проводятся исследования по разработке технологий биоремедиации почв, загрязненных полихлорированными бифенилами, нефтепродуктами, 248 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) авиационным керосином, полициклическими ароматическими углеводородами, ракетным топливом – гептилом, химическим оружием, этиленгликолем, фосфорорганическими пестицидами и гербицидами, фенолом... при помощи природных микроорганизмов–деструкторов. Кроме химического анализа, контроль за процессами микробного разложения загрязнителей в почве проводится биотестированием. Это позволяет оперативно определять скорость деструкции, а также оценивать степень токсичности рекультивируемой почвы. Для выполнения указанных работ сотрудники отдела экологической биотехнологии НИЦ ТБП прошли специальное обучение по работе с микроорганизмами и закончили тренинг-курсы по пробоотбору и безопасной работе в соответствии с международными стандартами на базе Агентства по охране окружающей среды США (EPA USA). Заключение Таким образом, методы биотестирования с использованием животных-биотестов и растений позволяют оперативно оценивать интегральную токсичность агрохимикатов и почв, загрязненных токсичными химическими веществами, во время проведения рекультивационных мероприятий. Исследования выполнялись по заказу Федерального медико-биологического агентства России, договор № 22.009.21.800 ECOLOGICAL AND TOXICOLOGICAL ASSESSMENT OF AGROCHEMICALS AND SOIL CONTAMINATION WITH TOXIC CHEMICALS BY BIOTESTING METHODS G. A. Zharikov, V. P. Dyadishcheva, L. V. Chelpykh, A. I. Marchenko A methodology has been developed for assessing the environmental safety of agrochemicals (organic fertilizers, composts, biohumus, soils, etc) and microbial biological products by biotesting for state registration purposes. The effectiveness of biotesting methods for assessing the toxicity of soils contaminated with chemicals during microbial remediation has been shown. Keywords: ecological and toxicological assessment, biotesting, soil, organic fertilizers, composts, biohumus, soil, daphnia, earthworms, guppy fish, microorganisms, phytotoxicity, toxic chemicals. УДК 34.47.51 РАЗРАБОТКА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА ДЛЯ БИОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ КОМПОНЕНТАМИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ Г. А. Жариков, О. А. Крайнова, А. И. Марченко, В. П. Дядищева, Л. В. Челпых Научно-исследовательский центр токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов – филиал Института иммунологии Федерального медико-биологического агентства России (п. Большевик, Московская обл., Россия) e-mail:

Компоненты ракетных топлив (КРТ) – гептил и авиационный керосин – широко используются для вывода на орбиту космических кораблей. При падении отделяющихся первых ступеней ракет и в случае аварийных ситуаций КРТ попадает в окружающую 249 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) среду, вызывая токсические эффекты. Целью работы была разработка экологически безопасной технологии микробиологической очистки почв, загрязненных ракетным топливом. Из природных почв выделены микроорганизмы, способные разлагать эти токсиканты. Проведены лабораторные исследования по отбору наиболее эффективных и безопасных штаммов микроорганизмов – деструкторов КРТ. Получена ассоциация из 2 штаммов бактерий, отработана методика их применения для очистки загрязненной КРТ почвы. Результаты лабораторных и полевых испытаний показали высокую эффективность микробной деструкции загрязнителей, снижение интегральной токсичности и фитотоксичности очищаемой почвы, повышение ее биологической активности (уровни дегидрогеназ, гидролаз, интенсивности разложения целлюлозы). Ключевые слова: ракетное топливо, гептил, авиационный керосин, микроорганизмы-деструкторы, биоремедиация почв. Введение Гептил (диметилгидразин - НДМГ) широко используется в качестве жидкого топлива для вывода на орбиту космических кораблей типа «Протон». В силу своих физикохимических свойств диметилгидразин мигрирует в природной среде, разлагается на ряд высокотоксичных продуктов, длительно сохраняется в почве. НДМГ относится к 1 классу опасности, обладает канцерогенным, мутагенным, эмбриотоксическим ("желтые дети") и тератогенным действием, вызывая развитие злокачественных опухолей у работающих с ним людей или проживающих на загрязненных территориях [1, 2]. Авиационный керосин применяется в пилотируемых кораблях типа «Союз» и тоже токсичен. Для рекультивации загрязненных территорий биологические технологии являются наиболее предпочтительными вследствие своей экологической безопасности, низкой себестоимости работ и достаточно высокой эффективности, что было неоднократно продемонстрировано при решении различных экологических задач. Поэтому разработка и внедрение в практику эффективных технологий биоремедиации почв, загрязненных высокотоксичными КРТ, крайне актуальна. Методы В ходе многолетних экспедиционных работ по отбору загрязненных почв и последующих лабораторных исследований, в НИЦ ТБП организован музей живых культур микроорганизмов, разлагающих различные токсичные химические вещества (нефтепродукты, ПАУ, масла, полихлорированные бифенилы, этиленгликоль, отравляющие вещества, гептил, авиакеросин, пестициды, хлорорганические и фосфорорганические соединения...). Для выделения изолятов микроорганизмов, способных разлагать НДМГ и авиакеросин, использовали метод накопительной культуры и высев на минимальную питательную среду, содержащую в качестве единственного источника углерода формальдегид (имитатор гептила) или авиационный керосин. Идентификацию выделенных микроорганизмов-деструкторов до рода проводили по определителю Берджи [3]. Исследования патогенности микроорганизмов-деструкторов КРТ выполняли в соответствии с Методическими указаниями МЗ СССР № 2620-82, № 4263-87 и с учетом рекомендаций ВОЗ [4, 5, 6]. Исследования включали в себя изучение вирулентности, токсичности, токсигенности и диссеминации во внутренних органах белых мышей и крыс. Оценку острой и хронической токсичности штаммов-деструкторов КРТ проводили при ингаляционном введении высокодисперсного аэрозоля бактериальной суспензии белым мышам и крысам в концентрациях 105 – 107 КОЕ/м3 в аттестованных камерных установках ВДАКУ-Ж, имеющихся в НИЦ ТБП. 250 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Полевые испытания технологии микробной биоремедиации почвы, загрязненной НДМГ, проводили на базе НИИХИММАШ (г. Пересвет, Московская обл.), где был организован экспериментальный участок. Химический анализ образцов почвы проводили в аттестованной химико-аналитической лаборатории НИИХИММАШ. Результаты исследований Для выделения микроорганизмов-деструкторов КРТ использовали образцы почвы, загрязненные НДМГ, вблизи станции Волово Тульской области и с места падения РКН «Протон-М», комплекс Байконур, пл. 81 (Казахстан). Лабораторные испытания проводили с выделенными 4 штаммами микроорганизмов-деструкторов гептила и 3 штаммами микроорганизмов-деструкторов авиакеросина. По результатам исследований были отобраны штамм деструктор А (НДМГ) и штамм деструктор Б (авиакеросин). Микроорганизмы имеют различную родовую принадлежность: шт. А – род Pseudomonas sp., шт. Б - Rhodococcus sp. Изучена безопасность (патогенность) микроорганизмов по показателям вирулентности, токсичности, токсигенности и диссеминации во внутренних органах белых мышей и крыс. Микроорганизмы безопасны и могут применяться без ограничений для биоремедиации загрязненных почв. Отработаны режимы применения микроорганизмов-деструкторов для биоремедиации загрязненной КРТ почвы, оптимальная концентрация вносимой суспензии. Ассоциация микроорганизмов активно размножалась в почве, загрязненной КРТ, и разлагала эти токсиканты. Интегральная токсичность почвы, загрязненной гептилом и авиакеросином, после обработки ассоциацией микроорганизмов постепенно снижалась до безопасного уровня, повышалась ферментативная активность почвы. Изучение концентрации бактерий штаммов-деструкторов КРТ в воздухе рабочей зоны при обработке вертикальных и горизонтальных поверхностей Основной целью исследований являлась оценка допустимого уровня бактериального загрязнения воздуха рабочей зоны при обработке помещений, а также наружных поверхностей здания и почвы мелкокапельным аэрозолем бактериальной суспензии, содержащей штаммы А и Б. При обработке внешних вертикальных поверхностей здания концентрация микроорганизмов в воздухе рабочей зоны была существенно меньше значений ПДК для рода Pseudomonas (5х104 КОЕ/м3). При обработке вертикальных поверхностей помещений, концентрация бактерий в воздухе рабочей зоны превышала ПДК в 6 – 10 раз и затем снижалась в 3–5 раз. При обработке почвы опытной делянки концентрации бактерий в воздухе рабочей зоны оператора имели значения, не превышающие ПДК. Изучение хронической ингаляционной токсичности штаммов-деструкторов КРТ Проведены эксперименты по оценке хронической ингаляционной токсичности штаммов А и Б при многократном ингаляционном введении высокодисперсного аэрозоля лабораторным животным (белым мышам и белым крысам обоего пола). Эксперименты проводили в камерных установках ВДАКУ-Ж ежедневно в течение 4 часов на протяжении всего времени исследований (1 месяц) и в восстановительном периоде у крыс (1 месяц). По результатам хронических экспериментов показано, что микроорганизмы шт. А и шт. Б не проявляют токсические свойства при многодневном ингаляционном поступлении в организм теплокровных животных. Совокупность результатов проведенных исследований и их анализ позволили установить для перспективных штаммовдеструкторов КРТ величины ПДК для воздуха рабочей зоны – 5×104 КОЕ/м3. 251 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Проведены полевые испытания по микробной деструкции в почве гептила и авиакеросина на экспериментальном полигоне НИИ ХИММАШ «Индекс», отработаны режимы ее применения. Показано, что микроорганизмы-деструкторы КРТ активно размножаются в загрязненной почве, разлагают НДМГ и авиакеросин, не подавляются аборигенной микрофлорой. Как показали результаты исследований, биологическая активность почвы при загрязнении КРТ значительно снижается. Так дегидрогеназная и гидролазная активности почвы на 7–14 сутки полевого эксперимента составили соответственно 19 % и 24 % по сравнению с чистой почвой (контроль). Начиная с 30-х суток эксперимента, наблюдалось увеличение биологической активности. Через 60 суток показатели биологической активности почвы существенно превышали аналогичные показатели в варианте опыта без микробной ремедиации: дегидрогеназная активность почвы (в 2,4 раза); гидролазная (в 2,1 раза), целлюлазная (в 5,1 раза). Образцы почвы после 2 месяцев биоремедиации не обладали ни фитотоксичностью, и интегральной токсичностью. Обсуждение Результаты лабораторных и полевых испытаний ассоциации микроорганизмов-деструкторов КРТ показали ее высокую эффективность, эколого-токсикологическую безопасность. По результатам исследований разработана технология биоремедиации in situ почв, загрязненных ракетным топливом гептилом и авиакеросином. Биотехнология обладает высокой эффективностью, низкой трудоемкостью (не требуется экскавации, транспортировки или компостирования загрязненного слоя почвы) и безопасностью. Заключение Разработанная биотехнология и ассоциация микроорганизмов-деструкторов КРТ позволяют проводить эффективную биоремедиацию территорий, снизить риск возникновения профпатологий у работников, занятых на работах по ликвидации последствий аварийных запусков и при утилизации военной ракетной техники, может быть рекомендована для практического использования. Исследования выполнялись по заказу Федерального медико-биологического агентства России, договор № 26.008.02.0 Литература 1. Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ / Под ред. Горшковой Р. Б./ 1,1 – диметилгидразин. Свидетельство о гос. регистрации. Серия ВТ № 000899. 2. Петрова З. М., Остапенко Н. С., Бойцова Л. В. Миграция несимметричного деметилгидразина и его производных при рекультивации загрязненных почв // Почвоведение, 1999. – № 12. – С.1502. 3. Методические указания по гигиенической оценке микробиологических средств защиты растений от насекомых и болезней на основе неспорообразующих микроорганизмов (МУ № 2620-82). 4. Методические указания по экспериментальному обоснованию ПДК микроорганизмов-продуцентов и содержащих их готовых форм препаратов в объектах производственной и окружающей среды (МУ № 5789/1-91). DEVELOPMENT OF A MICROBIOLOGICAL PREPARATION FOR BIOREMEDIATION OF SOILS CONTAMINATED WITH ROCKET FUEL COMPONENTS G. A. Zharikov, Krainova, A. I. Marchenko, V. P. Dyadishcheva, L. V. Chelpykh Components of rocket fuel - heptyl and aviation kerosene are widely used for launching spacecraft into orbit. When separating first stages of missiles fall and in case of emergency, the 252 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) components enter the environment, causing toxic effects. The aim of the work was to develop an ecologically safe technology for microbiological cleaning of soils contaminated with rocket fuel. Microorganisms capable of decomposing these toxicants have been isolated from natural soils. Laboratory studies were carried out to select the most effective and safe strains of microorganisms-destructors of the fuel components. An association of 2 bacterial strains has been obtained, and a technique has been developed for their use for purification of soil contaminated by the fuels. The results of laboratory and field tests showed a high efficiency of microbial destruction of pollutants, a decrease in the integral toxicity and phytotoxicity of the treated soil, an increase in its biological activity (levels of dehydrogenases, hydrolases, a intensity of cellulose decomposition). Keywords: rocket fuel heptyl, aviation kerosene, microorganisms-destructors, soil bioremediation. УДК 550.47:004.75 АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОДСИСТЕМЫ СБОРА ИНФОРМАЦИИ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЦИФРОВОЙ ПЛАТФОРМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА А. О. Исхакова1, А. Ю. Исхаков1, М. А. Романова1, Ю. И. Богатырева2 1 Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН (г. Москва, Россия) e-mail:

2 Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого (г. Тула, Россия) e-mail:

Обеспечение экологического мониторинга территорий различного назначения требует применения новых информационных технологий, включая активно развивающиеся технологии искусственного интеллекта и больших данных. Вместе с тем сбор сенсорной информации с датчиков различной физической природы представляет особый интерес с последующей ее интеллектуальной обработкой в цифровой платформе экологического мониторинга. С другой стороны, применение технологии интернета вещей позволяет использовать формализованные подходы к сбору информации. При этом актуальными являются вопросы обеспечения безопасности за счет возникающих новых угроз и уязвимостей в цифровой платформе экологического мониторинга. Ключевые слова: цифровая платформа экологического мониторинга, безопасность, сенсоры. Введение Актуальность задачи развития интеллектуальных систем экологического мониторинга вызвана обострением проблем загрязнения окружающей среды и нарушения экологического равновесия в природе. Эта проблема характерна для большинства современных государств и требует комплексного подхода к развитию научно-технических решений по созданию киберфизических систем для автоматизированного сбора и анализа информации с гетерогенных сенсоров. Повсеместное внедрение технологии Интернета вещей в обозначенной сфере исследований уже сегодня позволило выявить ряд ключевых проблем [1]. Так, в условиях широкой вариативности устройств, инфраструктур и систем, зачастую имеющих метрологически неверифицированные или недостаточные характеристики, требуется стандартизации применяемых цифровых 253 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) технологий в крупнейших международных организациях, включая: Международную организацию по стандартизации (International Organization for Standardization), Международную электротехническую комиссию (International Electrotechnical Commission) и т. д. Требуется разработка и научное подтверждение достоверности методических и алгоритмических решений и подходов, позволяющих обеспечивать комплексирование больших данных с гетерогенных источников информации. Социальная значимость региональных цифровых платформ экологического мониторинга (ЦПЭМ) накладывает повышенные требования как к поддержанию надлежащего уровня надежности при получении и передаче данных, так и защите от преднамеренных атак злоумышленника, что приоритетно в задаче обеспечения целостности результатов количественной оценки загрязнения окружающей среды. Согласно [2] создание и эксплуатация государственной информационной системы, осуществляется в соответствии с законодательством Российской Федерации об информации, информационных технологиях и о защите информации и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации. Таким образом, при разработке ЦПЭМ особенно важно учитывать следующие аспекты системы: масштабируемость, технологии и ограничения измерительной информации, кибербезопасность. Методы 1) Предварительная верификация сенсорных данных В последнее время увеличивается количество использования беспроводных сенсорных сетей [3, 4] ведь они обладают рядом преимуществ: адаптируемая архитектура, автономность, оперативность установки, надежность и др. Перед сбором сенсорной информации с различных типов датчиков необходим предварительный анализ измерительной информации для дальнейшего слияния данных. Целью такого анализа является выделение основных информативных характеристик полученной измерительной информации по различным признакам. С метрической точки зрения различают три типа признаков: количественные, качественные и номинальные. Тип признаков будет зависеть от многих факторов, поэтому при измерении каких-либо параметров объекта исследования его проще рассмотреть как «черный ящик». При этом важно учитывать воздействие не только входных и управляющих векторов, но и внешних возмущений. Упрощенная математическая модель объекта управления представлена на рисунке 1. Представленная модель очень удобна при составлении общего вектора состояния объекта, ведь в процессе исследования объекта получается разнообразная измерительная информация и используются дополнительные априорные сведения и др. Прежде чем приступить к непосредственному получению измерительной информации, необходимо определить достаточность охвата всех качеств, признаков и свойств исследуемого объекта (или явления объекта). Если при прямой задаче измерения на вход системы подаются значения векторов информационных параметров в зависимости от времени и характеристик самого объекта, то при обратной задаче осуществляется определение структуры, свойств и состояния (характеристик) объекта исследования по значениям информационных параметров. Для начала необходимо произвести проверку на адекватность математической формулировки задачи оценивания составу и особенностям имеющихся значений, измеренных ранее. Стоит отметить, что при подобном подходе математическая формулировка данной задачи сводится к решению переопределённой и несовместной систем уравнений. Такая система уравнений может быть линейной или нелинейной в случае косвенных экспериментальных измерений. Несовместная означает, что она не имеет решения в строгом классическом смысле. 254 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Рис. 1. Упрощенная математическая модель объекта управления Основные шаги при решении обратной задачи: ● Шаг 1. Разработка гипотезы о всех возможных характеристик объекта исследования. ● Шаг 2. Составление полной модели объекта исследования ● Шаг 3. Моделирование функционирования объекта исследования с получением измерительной информации ● Шаг 4. Сравнение измерительной информации с реально полученными результатами измерения. ● Шаг 5. Анализ и установление различий в данных из шага 4. ● Шаг 6. Корректировка модели на основе установленных различий в шаге 5. Предложенный подход позволяет провести первичную верификацию поступающих на вход аналитической подсистемы мониторинга сенсорных данных и не допустить ошибок в модулях прогнозирования и оповещения об инцидентах. 2) Анализ вредоносных запросов Не менее важной задачей является своевременное детектирование вредоносного трафика, поступающего в ЦПЭМ с учетом ограничений на вычислительные способности используемого оборудования и применяемые каналы связи. Данное направление лежит в основе разработки методического и алгоритмического обеспечения концепции безопасности при проектировании архитектуры ЦПЭМ. Требуется не только провести исследование применимости и возможности адаптации под проектируемую инфраструктуру существующих технических средств защиты информации, но и провести оценку защищенности разработанных прототипов. Наличие общедоступных в сети Интернет интерфейсов системы обусловливает необходимость определения актуальных угроз безопасности с применением методик оценки угроз, оценки рисков информационной безопасности. Учитывая, что проектируемая для большинства ЦПЭМ телекоммуникационная инфраструктура является мультиагентной, необходимо обеспечить защиту механизмов межмашинного обмена данными (исследование робастности основных алгоритмов при интеграции модулей идентификации и аутентификации для каждого IoT-сенсора и реализации алгоритмов шифрования; проведение нагрузочного тестирования типа “Отказ в обслуживании” для отдельных компонентов и системы в целом). В настоящее время перспективными направлениями при проектировании систем обнаружения атак в настоящее время видится гибридизация подходов, которая позволила бы совмещать в себе преимущества сигнатурных и эвристических методов, а также использование технологий больших данных и проактивного мониторинга безопасности [5]. 255 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Результаты исследований В ходе выполнения проекта исследовались одни из наиболее актуальных уязвимостей ЦПЭМ – уязвимости общедоступных веб-ориентированных интерфейсов. Для проведения исследования был задействован вычислительный кластер ИПУ РАН, а именно виртуальный полигон IoT инфраструктуры, включающий сегмент HoneyNet. Были развернуты контейнеры с веб-ориентированными приложениям, имитирующими внешние оболочки геоинформационных систем (ГИС) с показателями загрязнения атмосферы. Для подходов к анализу безопасности интерфейсов киберфизических систем экологического мониторинга в режиме многопоточной обработки запросов применялись теоретические положения теории вероятностей и математической статистики. На текущий момент разработан прототип системы, регистрирующий потоки запросов к веб-серверам и позволяющий строить персонифицированные модели злоумышленников. Прототип реализован на базе открытой системы обнаружения вторжений (IDS) Suricata. Результаты анализа большого объема журналов аудита свидетельствуют о наибольшем интересе злоумышленников к получению доступа к базе знаний платформы. Наибольшая доля зафиксированных атак на веб-ориентированные компоненты относится к различным классам SQL инъекций и попыткам брутфорс-атак СУБД. Также стоит отметить, что атаки на запущенные контейнеры с эмуляцией ГИС носят сезонный характер и выполнялись в многопоточном режиме известными сканерами уязвимостей. Данное обстоятельство свидетельствует о возможных векторах атак, направленных на нарушение доступности. Заключение В задачи современных ЦПЭМ входят не только задачи непрерывного автоматизированного мониторинга за состоянием окружающей среды. Важным направлением деятельности подобных комплексов является обеспечение достоверного и своевременного информирования ответственных о возникновении тех или иных внештатных ситуаций для принятия эффективных управленческих решений в области природоохранной деятельности и мониторинге загрязнения. В этой связи актуальной научной задачей является выработка и апробация методических и алгоритмических решений по защите циркулирующей в ЦПЭМ информации от преднамеренных и непреднамеренных атак. При этом важно рассматривать аспекты защиты как основных исполнительных модулей (оповещение, принятие решений и др.), но и валидацию сенсорной информации до ее передачи в предиктивные модели. Данные мероприятия позволят быстрее и эффективнее выявлять нарушения в работе системы мониторинга и снизит затраты на устранение негативных последствий вредных выбросов. Настоящее исследование выполнено при частичной финансовой поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-3172.2021.1.6 Литература 1. Исхаков А. Ю., Диане С. А., Исхакова А. О. Разработка мультиагентной технологии экологического картографирования мегаполиса // Труды 2-й Международной научной конференции "Модели мышления и интеграция информационно-управляющих систем". Нальчик-Терскол: Редакционно-издательский отдел КБНЦ РАН, 2018. – С. 145–151. 2. Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации. Государственный экологический мониторинг Минприроды России [Электронный ресурс]. – URL: https://www.mnr.gov.ru/activity/directions/gosudarstvennyy_ekologicheskiy_monitoring/ (дата обращения: 01.08.2021). 256 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) 3. Водовозов А. М., Ордец С. М. О применении беспроводных сенсорных сетей в промышленности // Автоматизация и энергосбережение в машиностроении, энергетике и на транспорте: Материалы XV Международной научно-технической конференции. – Вологда: Вологодский государственный университет, 2021. – С. 79–82. 4. Павлов А. М., Пожидаева И. А. Оценка энергоэффективности агрегирования разнородных данных в беспроводных сенсорных сетях // Экономика. Информатика, 2021. – Т. 48. – № 1. – С. 156–167. 5. Браницкий А. А., Котенко И. В. Анализ и классификация методов обнаружения сетевых атак // Труды СПИИРАН, 2016. – № 2(45). – С. 207–244. SECURITY ASPECTS OF THE INFORMATION COLLECTION SUBSYSTEM OF THE REGIONAL DIGITAL PLATFORM FOR ENVIRONMENTAL MONITORING A. O. Iskhakova, A. Y. Iskhakov, M. A. Romanova, Y. I Bogatyreva Ensuring environmental monitoring of various territories requires the application of new information technologies, including actively developing artificial intelligence and big data technologies. At the same time, the collection of sensor information from sensors of various physical nature is of particular interest with its subsequent intelligent processing in a digital environmental monitoring platform. On the other hand, the use of the Internet of Things technology allows the use of formalized approaches to the collection of information. However, security issues due to emerging new threats and vulnerabilities in the digital environmental monitoring platform are relevant. Keywords: digital environmental monitoring platform, security, sensors. УДК 635.652/654:581.1.043:581.19 ЭКЗОГЕННЫЙ СЕЛЕН КАК ФАКТОР СНИЖЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТИ СЕМЯН ФАСОЛИ ОВОЩНОЙ И. М. Кайгородова, Н. А. Голубкина, В. А. Ушаков Федеральный научный центр овощеводства (п. ВНИИССОК, Одинцовский р-н, Московская обл., Россия) e-mail:

Изучены особенности влияния электромагнитного поля высоковольтных линий электропередач (ЭМП ЛЭП) и обработок растений растворами селената натрия на накопление водорастворимого белка и селена в семенах разных сортов фасоли овощной селекции ФНЦО. Показано отрицательное влияние ЭМП ЛЭП на аккумулирующую способность растений селена и выявлена сортовая специфика его воздействия на накопления водорастворимого белка в семенах. Обработка растений селенатом натрия способствуют увеличению содержания белка в семенах независимо от интенсивности ЭМП ЛЭП. Ключевые слова: электромагнитное воздействие, высоковольтные линии, фасоль овощная (Phaseolus vulgaris L.), водорастворимый белок, обогащение селеном. Введение В настоящее время проблема острого дефицита селена в регионах России является очень актуальной [2]. Поэтому развивающимся направлением стало обогащение сельскохозяйственных растений селеном, для получения продукции с повышенным содержанием этого элемента. Известно, что благодаря накоплению этого элемента в растениях, 257 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) также наблюдается увеличение их антиоксидантного статуса и повышается устойчивость к стрессовым воздействиям внешней среды [1]. Фасоль овощная (Phaseolus vulgaris L.) является ценной высокобелковой культурой и может использоваться в качестве аккумулятора селена [7]. Но уровень накопления этих нутриентов в семенах во многом зависит от условий выращивания, в том числе и от интенсивности электромагнитного фона. Во всем мире линии электропередач покрывают достаточно обширную территорию сельскохозяйственных угодий. Широкое распространение практики выращивания овощных культур под линиями электропередач обуславливает актуальность исследования межвидовых и межсортовых особенностей сельскохозяйственных культур не только по урожайности в условиях воздействия электромагнитного поля ЛЭП, но и по качественным показателям овощной продукции. Поэтому цель нашего исследования – изучить влияния электромагнитного излучения ЛЭП и обработки растений селенатом натрия на содержание водорастворимого белка и селена в семенах фасоли овощной (Phaseolus vulgaris L.). Методы Исследования проводили на экспериментальных полях ФГБНУ ФНЦО (55.65ºN, 37.19ºE) в 2020 году. Почвы опытного участка дерново-подзолистые. Напряженность электрического и магнитного полей измеряли прибором МЕГЕОН 07020 непосредственно под ЛЭП и на расстоянии 140 метров от ЛЭП (далее фон) (табл. 1). Таблица 1. Показатели электрического и магнитного полей на опытных участках выращивания фасоли овощной Расстояние от ЛЭП, м Электрическое поле, В/м Магнитное поле, мкТл ЛЭП (0 м) Фон (140 м) 400–440 5–10 0,53 0 В работе использовали сорта фасоли овощной (Phaseolus vulgaris L.) селекции ФГБНУ ФНЦО: Аришка, Пагода, Сакфит, Московская белая зеленостручная 556 (МБЗ 556). Площадь учетной делянки – 2 м2, повторность – трехкратная. Агротехника выращивания -общепринятая [3]. Обработку растений водным раствором селената натрия проводили двукратно – в фазах "бутонизация – начало цветения" и "начало технической спелости бобов". Уборку семян фасоли проводили при наступлении массовой технической спелости каждого сорта (первая и вторая декада августа). Содержание белка в семенах определяли по Бредфорду, 1976 [6], белок экстрагировали буферным раствором (pH 8,0), с небольшой модификацией. Калибровку осуществляли по бычьему сывороточному альбумину (99 %) фирмы «Диаэм» (Россия). Содержание селена определяли флуорометрически [5]. Обработку данных проводили методами дисперсионного анализа с помощью прикладных программ Microsoft Office Excel 2010. Результаты исследований Содержание селена в семенах фасоли овощной полученных вблизи ЛЭП при высокой интенсивности ЭМП было ниже относительно фоновых значений на 6,5–27,0 % в зависимости от сорта. Наиболее чувствительными к воздействию ЭМП ЛЭП были растения сортов Аришка и Пагода, их семена содержали на 25–27 % селена меньше, чем семена, полученные при фоновых значениях ЭМП. Сорт МБЗ 556 был наименее чувствительным – разница между вариантами была в пределах ошибки опыта (табл. 2). 258 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Таблица 2. Накопление селена в семенах фасоли овощной в зависимости от интенсивности ЛЭП и обработки селеном, мкг/кг сухой массы Сорт вариант Контроль (К - вода) Обработка селенатом натрия (Se) ЛЭП 99±7 3358±57 Аришка фон 132±11 3681±120 ЛЭП 100±10 4030±52 МБЗ 556 фон 107±9 5427±428 ЛЭП 92±6 5100±238 Пагода фон 126±10 6220±92 ЛЭП 117 ±10 3684±346 Сакфит фон 139 ±11 3935±22 НСР0,05 7 427 Двукратная обработка растений селенатом натрия значительно увеличивает содержание селена в семенах в 28–55 раз. Но, как и в контрольном варианте (обработка водой), высокая интенсивность ЭМП ЛЭП приводит к снижению аккумулирующей способности растений фасоли. В семенах растений, выращенных под ЛЭП, содержание селена ниже на 6,4–25,7 %, чем у растений при фоновых значениях ЭМП. При этом достоверное снижение отмечено у двух сортов – Пагода и МБЗ 556. По накоплению водорастворимого белка в семенах фасоли овощной отмечена сортовая специфика. У трех сортов ЭМП ЛЭП не оказывало существенное влияния на содержание водорастворимого белка в семенах фасоли овощной. Чувствительность к высокой интенсивности ЭМП ЛЭП обнаружена только у сорта Аришка, у которой отклонение относительно фона составило – 21,4 %, тогда как у других сортов разница была в пределах ошибки опыта (табл. 3). Обогащение селеном приводит к увеличению содержания водорастворимого белка в семенах фасоли овощной на 13–21 % при фоновых значениях ЭМП и на 10–22 % при высокой интенсивности ЭМП ЛЭП. Сорт Сакфит был более отзывчив на обработки селеном, в семенах которого накапливалось белка на 21–22 % больше по сравнению с контрольным вариантом. Самым чувствительным к влиянию ЭМП ЛЭП оказался сорт Аришка, в его семенах полученных под ЛЭП белка обнаружено меньше на 20,5 %, чем в семенах полученных при фоновых значениях ЭМП ЛЭП. Остальные сорта имели разницу в пределах ошибки опыта. Таблица 3. Содержание водорастворимого белка в семенах фасоли овощной в зависимости от интенсивности ЛЭП и обработки селеном, мг/г Сорт Аришка МБЗ 556 Пагода Сакфит НСР0,05 вариант Контроль (К - вода) Обработка селенатом натрия (Se) ЛЭП фон ЛЭП фон ЛЭП фон ЛЭП фон 132±3 168±5 153±4 141±5 123±2 135±4 146±2 153±2 12 151±5 190±3 169±5 159±4 149±2 154±1 178±3 185±3 9 259 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Обсуждение Полученные данные подтверждают высокую способность фасоли аккумулировать селен в семенах [4; 8]. Обработка кзогенным селеном приводит к увеличению содержания этого элемента в семенах в 28–55 раз в зависимости от сорта. Однако, электромагнитное поле линий электропередач приводит к снижению этой способности. При этом высокая интенсивность ЭМП оказывает отрицательное влияние на накопление в семенах фасоли овощной как природного (контроль), так и экзогенного селена (обработка селенатом натрия). Механизмы этого явления пока не ясны и требуют целенаправленного изучения. По накоплению водорастворимого белка в семенах отмечена сортовая специфика реакции растений фасоли овощной на влияние электромагнитного поля линий электропередачи. У одних сортов отмечена негативная реакция, у других – нейтральная [9]. Обработка селенатом натрия приводит к увеличению содержания водорастворимого белка в семенах фасоли овощной на 10–22 % независимо от интенсивности ЭМП, причем, уровень накопления белка в семенах у обработанных растений был сопоставим с контрольным вариантом при фоновых значениях ЭМП. Заключение Таким образом, двукратная обработка растений селенатом натрия является эффективным приемом получения высокобелкового продукта, обогащенного селеном. Наибольший эффект достигается при низких показателях интенсивности электромагнитного поля. Экзогенный селен можно рассматривать как фактор снижения негативного влияния ЛЭП на качественные показатели семян фасоли овощной. Литература 1. Антошкина М. С., Голубкина Н. А., Бондарева Л. Л. Влияние внекорневого обогащения капусты цветной селенатом натрия на урожайность, пищевую ценность и антиоксидантный статус растений // Овощи России, 2020. – № 3. – С. 63–68. 2. Голубкина Н. А., Ковальский Ю. Г., Тармаева И. Ю., Сенькевич О. А. Новые аспекты селенодефицита в России // Труды XI Международной биогеохимической школы, посвященной 120-летию со дня рождения Виктора Владиславовича Ковальского: В 2 т., 2019. – С. 32–36. 3. Ресурсосберегающая технология производства гороха: Метод. рек. – Орел: ГНУ ВНИИЗБК, 2009. 4. Усубова Е. З., Виноградова И. С., Миронов П. В. Эффективность использования неорганических соединений селена при обогащении семян фасоли (Рhaseolus vulgaris L.) сорта Сакса // Вестник КрасГАУ, 2011. – № 11. – С. 204–207. 5. Alfthan G. A micromethod for the determination o-f selenium in tissues and biological fluids by single-test-tube fluorimetry // Anal Chim Acta, 1984. – Vol. 65. – Р. 187–194. 6. Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Analytical biochemistry, 1976. – Vol. 72. – № 1–2. – P. 248–254. 7. Corbo J., Coscione A., Berton R., Moreira R., Carbonell S., Chiorato A. Toxicity and translocation of selenium in Phaseolus vulgaris L // Journal of Agricultural Science, 2018. – Vol. 10. – № 5. – P. 296–302. 8. Smrkolj P., Osvald M., Osvald J., Stibilj V. Selenium uptake and species distribution in selenium-enriched bean (Phaseolus vulgaris L.) seeds obtained by two different cultivations // Eur food res technol, 2007. – Vol. 225. – Р. 233–237. 9. Rajendra P., Sujatha Nayak H., Sashidhar R. B., Subramanyam C., Devendranath D., Gunasekaran B., Aradhya R.S., Bhaskaran A. Effects of power frequency electromagnetic fields on growth of germinating Vicia faba L., the broad bean // Electromagn. Biol. Med., 2005. – Vol. 24. – № 1. – P. 39–54. 260 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) EXOGENIC SELENIUM AS A FACTOR OF REDUCING NEGATIVE EFFECTS OF ELECTROMAGNETIC RADIATION AND INCREASING NUTRITIONAL VALUES OF SEEDS OF GREEN BEANS (PHASEOLUS VULGARIS L.) I. M. Kaigorodova, N. A. Golubkina, V. A. Ushakov The features of the influence of the electromagnetic field of high-voltage power lines (EMF of power transmission lines) and treatment of plants with sodium selenate solutions on the accumulation of crude protein and selenium in the seeds of different varieties of green beans of the Institution have been studied. The negative influence of EMF of power transmission lines on the accumulating capacity of selenium plants is shown and the varietal specificity of its effect on the accumulation of crude protein in seeds has been revealed. Treatment of plants with sodium selenate contributes to an increase in the protein content in seeds, regardless of the intensity of EMF of power lines. Keywords: electromagnetic influence, high-voltage lines, green beans (Phaseolus vulgaris L.), crude protein, enrichment with selenium. УДК 631.41 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛИГНОГУМАТА НА ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННЫЕ ВЫБРОСАМИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА, МЕТОДОМ ФИТОТЕСТИРОВАНИЯ В. Калеро1, Е. В. Прудникова2,3, Н. Д. Никифорова2, И. А. Козлова2, А. П. Кирюшина3 1 Российский университет дружбы народов (г. Москва, Россия) e-mail:

2 Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (г. Москва, Россия) 3 Институт проблем эволюции и экологии им. А. Н. Северцова РАН (г. Москва, Россия) Выявлено воздействие промышленных ремедиантов (лигногумата) методом фитотестирования на разных типах почв Среднего Урала в районе Первоуральского медеплавильного завода. Обработка почв ремедиантами проводилась в вегетационных и лабораторных экспериментах на 15 образцах почв, отобранных из верхнего почвенного горизонта (0–15 см) исследуемых почв (бурозём, дерново-подзолистая) в районе загрязнения (медеплавильный завод). Выявлено снижение токсического эффекта исследованных тяжёлых металлов (Cu, Zn Cd, Pb) под действием лигногумата в образцах почв с высоким содержанием гумуса. В обедненных гумусом почвах добавка дозы лигногумата не оказывала существенного влияния на содержание в них исследованных поллютантов. Ключевые слова: почвы, гумус, тяжелые металлы, лигногумат, фитотестирование. Загрязнение почв тяжёлыми металлами (ТМ) одна из актуальных проблем нашего времени [1–7]. Одно из решения проблем – по очистке загрязнённых почв агроценозов – применение биоремедиации. В настоящее время используют различного рода ремедианты, среди которых особый интерес представляет лигногумат 261 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) (концентрированный гуминовый препарат) [6–9]. Необходимость в проведении ремедиационных мероприятий в агроценозах многих регионах мира не вызывает сомнения. Лигногумат – препарат, созданный путем ускоренной гумификации растительного сырья (ООО «РЭТ»). Он является естественным стимулятором роста и антистрессантом. Содержит микроэлементы в органически связанной форме, хорошо усваиваемой растениями, соли гуминовых кислот, низкомолекулярные фульвовые кислоты. Выпускается в твёрдой и жидкой форме, в работе была использована последняя. Цель работы – наблюдение снижения токсичности почв, загрязнённых ТМ при биоремедиации с применением лигногумата. Материалы и методы Образцы почв из уральского региона были отобраны стандартным способом в июне 2019 г. участниками совместной экспедиции РУДН и Института экологии растений и животных УрО РАН и предоставлены для данной работы. Отбор почв проводился на площадке 5 точек били расположены вдоль градиента загрязнения на расстояниях 1, 2, 6, 30 и 33 км к западу от Среднеуральского медеплавильного завода. В каждой зоне отбора проб почва бралась лопатой на глубину около 10 см в 3 точках на расстоянии 50–200 м. Каждый образец был проанализирован методами количественного химического анализа. Для тестирования было предоставлено 15 образцов горизонта А. С образцами объёмом примерно по 5 л каждый в лаборатории были высушены на воздухе, гомогенизированы и просеены через сито с диаметром отверстий 2 мм. Экспериментальное исследование заключалась что, проведено фитотестирование эффективности ремедиантов на образцах естественных почв с территории, подверженной воздействию выбросов Среднеуральского медеплавильного завода. Исследования проводили в условиях модельных экспериментов в 2020 года на базе факультета почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова (Лаборатория экотоксикологического анализа почв (ЛЭТАП) и химико-аналитического Центра). Все почвенные образцы исследовали в нескольких вариантах – натурные (условно незагрязненные), после искусственного полиметаллического загрязнения и после добавок лигногумата. Каждую почвенные образцы делили на две части: в одну часть вносили растворимые соли ТМ, в расчетной концентрации 660, 1100 и 650 мг/кг для Cu, Zn и Pb соответственно, что составило пять ориентировочно допустимых концентраций ( 5 ОДК) для каждого из этих элементов [4–5]. Другая часть почвы служила контролем. Загрязненные металлами и незагрязненные (контрольные) почвенные образцы в свою очередь делили еще на 2 части, в одну из которых вносили лигногумат в дозах 5 мл/100 г почвы, а другую оставляли в качестве контроля к действию ТМ. В работе использовались семена Sinapis alba L. (горчицы белой) – однолетнего травянистого масличного растения из семейства Крестоцветных. Статистическая обработка данных проводилась в программе Excel 2010. Результаты и их обсуждение Полученные при фитотестировании результаты показали различия в проявлении эффекта лигногумата на почвенных образцах, различающиеся по содержанию органического углерода (гумуса). Также были получены результаты химического анализа почв по содержанию ТМ (рисунок). 262 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) а б Рис. 1. Содержание тяжелых металлов (а – общее; б – водорастворимые формы ТМ) По существующей градации (допустимая степень токсичности менее 20; токсичен от 20–49,9; 50 и более сильно токсичен) видно, что общее и содержание водорастворимых ТМ зависит от расстояния от медеплавильного завода – максимальное на расстояние 2 км и минимальное – 33 км. Данные по содержанию различных форм ТМ в зависимости от расстояния Среднеуральского медеплавильного завода представлены в табл. 1. Таблица 1. Содержание различных форм металлов в зависимости от расстояния медеплавильного завода Расстояние, км. 1 2 6 30 33 Cu 2452 3574 647 116 98 Общее содержание металлов, мг/кг Cd Pb Zn 11,5 729 815 18,1 342 923 8,8 128 860 1,82 75 273 1,85 65 292 Содержание обменных форм металлов, мг/кг Cu Cd Pb Zn 25,9 0,78 0,28 54,8 56 1,44 0,13 113 1,57 0,21 0,09 40 0,17 0,03 0,09 3,8 0,2 0,05 0,09 4,6 Из таблицы видно, что общее содержание и содержание обменных форм ТМ отмечается на расстояние 2 км от источника загрязнения, что подтверждается анализом данных по индексу суммарного загрязнения почв, Zc (табл. 2). Таблица 2. Индекс суммарного загрязнения почв, Zc Шифр образцов R1W R2W R6W R30W Расстояние от завода (км) 1 2 6 30 Суммарный индекс загрязнения почв Zc 42,2 51,7 13,3 1,3 Согласно методическим указаниям [4–5] уровень загрязнения ТМ образцов почв с 1 и 2 км характеризуются как опасный, с расстояния 6, 30 км как неопасный. Проблема полиметаллического загрязнения почв отмечается и в ряде исследованиях, результаты которых согласуются с нашими результатами. 263 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Рис. 2. Сравнение результатов фитотестирования образцов уральских почв аппликатным методом без и с обработкой лигногуматом (ЛГ) с контролем После применения препарата на образце R1W2 наблюдается ингибирование длины корня относительно контроля на 37,31 %, что даёт основание признать его токсичным. Причины стимуляции токсичности в данном случае предстоит анализировать в дальнейшем в совокупности с оценкой содержания химических элементов и почвенных свойств. Известно, что эффективность применения гуматов в большой степени зависит от почвенных свойств. Полученные результаты свидетельствуют о том, что все образцы почв до обработки лигногуматом токсичные, то есть рост корней относительно контроля ингибирован более чем на 20 %. Однако, после обработки ремедиантом образцы R6W3 и R30W2, рост которых был игибирован на 18,71 и 3,41 процентов соответственно, перестали быть токсичными. Положительная тенденция для этих образцов может быть связана с их удалённостью от источника загрязнения и с относительно невысокой исходной токсичностью, обусловленной превышением ОДК не по всем катионам. Следует подчеркнуть, что лигногумат на всех образцах проявил положительный фитоэффект. Заключение Таким образом, полученные нами данные показывают, что общее и содержание водорастворимых ТМ зависит от расстояния от медеплавильного завода – максимальное на расстояние 2 км и минимальное – 33 км. Данная тенденция наблюдается и по общему содержанию обменных форм ТМ, в котором отмечается, что на расстояние 2 км от источника загрязнения выявлено высокое содержание ТМ в почвенном слое. Полученные данные в целом согласуются с положениями о том, что стимулирующие и ремедиационные свойства лигногумата большой степени зависят от почвенных свойств, в частности, от наличия органического углерода. Результаты фитотестов показали, что под действием «улучшителей» наблюдается более высокий уровень роста тест-культуры Sinapis alba L., что может свидетельствовать о снижении доступных форм тяжёлых металлов. Вероятно, это происходит ввиду их закрепления в почве из-за образования комплексных соединений с органическими веществом или благодаря фиксации в структуре почвы. Благодарности: авторы благодарны А. Неаману, предоставившему образцы почв для исследования. 264 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Литература 1. Аскарова Д. А., Плющиков В. Г., Глебов В. В. Влияние пылевых выбросов УстьКаменогорского металлургического комплекса на накопление тяжелых металлов в выращиваемых тест культур // В сборнике: Актуальные проблемы экологии и природопользования. Сборник научных трудов XXI Международной научно-практической конференции: в 3 т. – М.: РУДН, 2020. – С. 250–254. 2. Бондаренко Л. С., Магомедов И. С., Терехова В. А. и др. Нанокомпозиты на основе магнетита и активированного угля: синтез, сорбционные свойства, биодоступность // Журнал прикладной химии, 2020. – Т. 93. – № 8. – С. 1160–1169. 3. Водяницкий Ю. Н. Оценка суммарной токсикологической загрязненности почв тяжелыми металлами и металлоидами // Агрохимия, 2017. – № 2. – С. 56–63. 4. ГН 2.1.7.2041-06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. 5. ГН 2.1.7.2511-09 Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. 6. Глебов В. В., Яблочников С. Л., Ерофеева В. В., Шакиров К. Ф. К вопросам тяжелых металлов в окружающей среде и их негативному влиянию // В сборнике: Охрана биоразнообразия и экологические проблемы природопользования. Сборник статей Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Под общей редакцией Г. В. Ильиной. – Пенза: ПГАУ, 2020. – С. 82–85. 7. Глебов В. В. Биомониторинг экологического состояния экосистем столичного мегаполиса // В сборнике: Глобализация, региональное развитие и проблемы окружающей среды. Сборник материалов международной научно-практической конференции. Ответственные редакторы В. Н. Ефанов, Е. Н. Лисицына. – 2013. – С. 139–141. 8. Ерофеева В. В., Яблочников С. Л., Глебов В. В. Проблемы экотоксикологии: тяжелые металлы и их влияние на здоровье человека // В сборнике: Актуальные проблемы природопользования и природообустройства. Сборник статей II Международной научно-практической конференции, 2019. – С. 130–132. 9. Кирюшина А. П., Парамонова А. И., Прудникова Е. В. и др. Фитотестирование ростостимулирующей активности биочара и лигногумата на почвах разного гумусного статуса // Агрохимия, 2020. – № 11. – С. 14–20. 10. Пукальчик М. А., В. А. Терехова, В. М. Вавилова, М. М. Карпухин Сравнение элюатных и контактных методов биотестирования при оценке почв, загрязненных тяжелыми металл(иод)ами // Почвоведение, 2019. – № 4. – С. 507–514. ASSESSMENT OF THE EFFECT OF LIGNOHUMATE ON SOILS POLLUTED BY EMISSIONS OF HEAVY METALS FROM A COPPER SMELTER BY PHYTOTESTING V. Kalero, E. V. Prudnikova, N. D. Nikiforova, I. A. Kozlova, A. P. Kiryushina The effect of industrial remediants (lignohumate) by phyto-testing on different types of soils of the Middle Urals, in the Pervouralsk copper plant area, was revealed. Soil treatment with remediants was carried out in vegetation and laboratory experiments on 15 soil samples taken from the upper soil layer (0–15 cm) of the studied soils (brown soil, sod-podzolic) in the area of contamination (copper smelter). A decrease in the toxic effect of the studied heavy metals (Cu, Zn Cd, Pb) under the action of lignohumates in soil samples with a high humus content was revealed. In humus-depleted soils, the addition of a dose of lignohumate did not significantly affect the content of the studied pollutants in them. Keywords: soils, humus, heavy metals, lignohumate, phytotesting. 265 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 550.3 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ МОНЕТИЗАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Н. В. Козлова, В. К. Сарьян Российский научно-исследовательский институт радио имени М. И. Кривошеева (г. Москва, Россия) e-mail:

; e-mail:

В настоящее время сложилась благоприятная ситуация для преобразования фундаментальных научных биогеохимических и экологических исследований (БГХиЭ), проводимых в Российской Федерации, в востребованные массовые услуги. Примером успешной практической реализации такого преобразования в нашей стране может служить реализация проекта координатно-временного и навигационного обеспечения (КВНО). В статье обсуждаются сходства и отличия экономических и правовых аспектов монетизации услуг на базе КВНО и БГХиЭ исследований. Ключевые слова: биогеохимические и экологические исследования, координатновременное и навигационное обеспечение, информационные услуги, монетизация результатов БГХиЭ исследований. Введение В [4] показана возможность и своевременность преобразования (использования) результатов фундаментальных научных биогеохимических и экологических исследований окружающей среды, проводимых в разных регионах нашей страны учеными многих институтов РАН и высших учебных заведений в инновационный продукт, востребованный массовым пользователям. То, что это преобразование, другими словами, процесс монетизации фундаментальных исследований, не является тривиальной задачей служит пример формирования рынка услуг координатно-временного и навигационного обеспечения (КВНО). Создателям рынка КВНО услуг для создания востребованного инновационного продукта востребованного на инфокоммуникационным рынке пришлось объединить результаты фундаментальных исследований по обеспечению КВНО, которое включает в себя изучение и разработку опорных системам отсчета, параметров вращения Земли, шкал времени, теории движения искусственных спутников Земли, эфемероидного обеспечения, гравитационного поля Земли, релятивистских негравитационных эффектов и др., привлечь организации, которые разрабатывали и осуществляли выпуск измерительной и абонентской аппаратуры , создать необходимую инфраструктуру формирования и предоставления и администрирования услуг, заинтересовать потенциальных потребителей. ФГУП НИИР с самого начала участвовал в этом процессе [1], а Генеральный директор тех лет Бутенко В.В. входил в состав рабочей группы по КВНО при Президиуме РАН, так что многие сотрудники ФГУП НИИР знают все нюансы этого процесса не понаслышке. Кроме того, в это же время были решены экономические и правовые аспекты регулирования рынка услуг. И хотя это преобразование затянулось почти на 10 лет, в настоящее время оно демонстрирует стремительный рост и коммерческий эффект. Достаточно только зайти на сайт государственного оператора услуг КВНО «Эра - ГЛОНАСС» [6], чтобы убедиться в востребованности услуг на основе КВНО. Похоже, что задача, поставленная Правительством РФ о выходе КВНО на полую самоокупаемость, будет в самое ближайшее время выполнена, что расширит фронт научных работ. Такая же счастливая участь ожидает и БГХиЭ исследователей в результате монетизации результатов БГХиЭ исследований. 266 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Экономические аспекты монетизации результатов БГХиЭ исследований Этот и следующий раздел данной статьи будет построен на выявление причин сходства и различия в экономических и правовых аспектах предоставления массовых БГХиЭ и КВНО услуг. Рис. 1. Структура САУ Основной экономический вопрос при формировании массовых инфокоммуникационных услуг является расчет технико-экономической эффективности, то есть сравнение суммы невосполнимых затрат на производства услуги и доставку его массовому потребителю- абоненту общей инфокоммуникационной среды (ИКС) и получаемой прибылью от продажи услуг. На рис 1приведена типовая блок-схема инфраструктура и система администрирования инфокоммуникационных услуг (САУ) [2, 3]. Из рис.1 видно, что САУ имеет сложную структуру, которая в своих элементах выполняет множество функций: – система криптографической защиты информации (СКЗИ) — это программа или устройство, которые шифруют документы и генерируют электронную подпись (ЭП); – биллинговая система — это программное обеспечение, разработанное специально для операторов (провайдеров). Она позволяет считывать (учитывать) и тарифицировать оказанные услуги доступа; – авторская платежная система защищает авторское право правообладателя контента; – геоинформационные (КВНО, например, ГЛОНАСС или GPS)) и др. технологии, в том числе и БГХиЭ; – сервис-центр – определяет порядок доступа к услуге и контролирует достоверность услуги, то есть правильную работу всех составляющих услуги; – система условного доступа обеспечивает порядок взаимодействия разных поставщиков информации в случае конвергентных услуг, которые на рисунке для простоты не указаны. Очевидно, что все составляющие инфраструктуры САО одинаково значимы как для КВНО, так и для БГХиЭ услуг. Значит к числу невозвратных расходов надо отнеси 267 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) и расходы на функционирование всех составляющих САУ, которые будут для рассматриваемых двух услуг практически одинаковыми. и прибыль от продаж услуг надо делить между соисполнителями можно делить по уже отработанной схеме. Очевидно, что только при массовом пользователе система начнет окупаться. Сходство между КВНО и БГХиЭ услугами в том, что ввиду критичности их значения для функционирования многих важных процессов в стране они находятся под строгим государственном регулировании и не останутся при любых перипетиях без финансирования. Так было с КВНО услугами на протяжении долгих почти восьми лет, когда услуги были готовы, а рынок еще не сформирован. С БГХиЭ услугами ровно наоборот, массовые рынки услуг персональной медицины и услуги индивидуализированного управления спасением человека при возникновении чрезвычайного события уже готовы, а БГХиЭ услуг еще нет, так как БГХиЭ исследования отстают в вопросах их цифровой трансформации [4]. Так что, у БГХиЭ исследователей более выгодные стартовые условия. Особо отметим, что КВНО и БГХиЭ информационные услуги раз появившись на рынке е могут исчезнуть никогда. Кроме того, у БГХиЭ услуг в нашей стране нет конкурентов, в отличии от КВНО на базе ГЛОНАСС, с которыми до недавнего времени успешно конкурировал GPS. Отмечаются сходство и различия в экономических правовых аспектах инновационного рыночного продукта между КВНО и БГХиЭ исследованиями. Можно отметить еще одно отличие БГХиЭ услуг от КВНО услуг. Это отличие связано с использованием БГХиЭ услуг для получения маркеров наступления будущих негативных событий и их своевременного купирования. Было бы справедливым, чтобы какая-та часть сбереженной суммы от возможных, но купированных (несостоявшихся) негативных событий добавлялась в сумму прибыли БГХиЭ исследователям окружающей среды, Авторы заметили эту особенность [5,7] и в настоящее время изучают возможность реализации такой экономической особенности БГХиЭ услуг. Правовые аспекты монетизации результатов БГХиЭ исследований Рассматривая правовые аспекты монетизации результатов БГХиЭ исследований и формирования рынка информационных услуг, необходимо отметить почти полное сходство. Это сходство проистекает их совпадения главных критериев их функционирования ввиду их критической значимости) – безопасность и достоверность. А реализовать эти критерии – невозможно выдержать без эффективного администрирования со стороны государства [3]. Но есть небольшое различие, которое свидится к тому, что достоверность данных легче обеспечить в при предоставлении КВНО услуг так как там производитель информации один, в то время как в БГХиЭ услугах их может быть много. Заключение На примере КВНО услуг показана возможность преобразования, то есть монетизации, фундаментальных научных исследований, проводимых в институтах РАН и высших учебных заведениях в востребованный стремительно развивающемся и прибыльным массовым рынком инфокоммуникационных услуг. Решение этой задачи позволяет разработчикам КВНО приблизиться к решению задачи самоокупаемости научных исследований, что имеет важное народно-хозяйственное значение. Показано, что разработчикам БГХиЭ услуг целесообразно воспользоваться опытом разработчиков КВНО услуг. В то же время, анализируя сходство отличие было отмечено, что создатели БГХиЭ услуг имеют стартовые преимущества перед разработчиками КВНО услуг, так как их рынок массовых услуг уже сформирован и ждет готовности разработчиков БХиЭ услуг. Кроме того, ввиду специфики БГХиЭ услуг у них может быть 268 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) максимально возможный пользователь, что будет источником больших доходов. Создание всероссийской междисциплинарной ассоциации БГХиЭ исследователей наряду с неизбежным ускорением темпов цифровой БГХиЭ исследований позволит значительно ускорить процесс формирования цивилизованного рынка БГХиЭ услуг в отличии от стихийно сформированного рынка КВНО услуг. Литература 1. Бутенко В. В., Назаренко А. П., Сарьян В. К. Массовые инфокоммуникационные услуги на базе координатно-временного и навигационного обеспечения – второй этап // Труды ИПА РАН, 2–13. – Вып. 27. – С. 34–43. 2. Назаренко А. П., Сарьян В. К. О возрастании роли администрирования услуг КВНО на современном этапе // Труды ИПА РАН, 2017. – Вып. 43. – С. 3–13. 3. Сарьян В. К., Левашов В. К. Основные тенденции развития информационно-коммуникационных систем принятия государственных управленческих решений // Актуальные проблемы российского права, 2020. – Т. 15. – № 6. – С. 33–42. 4. Сарьян В. К., Мещеряков Р. В., Босомыкин Д. В. Необходимость создания всероссийской междисциплинарной ассоциации биогеохимических и экологических исследователей окружающей среды // Труды XII международной биогеохимической школы. Тула, в печати. 5. Сарьян В. К., Якубовский Р. М., Козлова Н. В. Разработка объектовой экспертной системы ИУСА на базе стандартов и требований пожарной безопасности МЧС // Сборник трудов XV Международной отраслевой научно-технической конференции «Технологии информационного общества». – М.: МТУСИ, 2021. – С. 218–221. 6. ЭРА-ГЛОНАСС –официальный сайт. – URL: https://aoglonass.ru 7. Sarian Villiam, Kozlova Nadezhda. Aspects of the implementation of predictive analytics (PA) methods in the economy of emergency situations // International scientific conference «The impact of the COVID-19 pandemic on the economy and the environment in the Era of the Fourth industrial revolution». Book of Abstracts. Beograd: Zemun Akademska izdanja, 2021. – P. 38. ECONOMIC AND LEGAL ASPECTS OF MONETIZATION OF THE RESULTS OF BIOGEOCHEMICAL AND ECOLOGICAL STUDIES OF THE ENVIRONMENT N. V. Kozlova, V. K. Saryan Currently, a favorable situation has emerged for the transformation of fundamental scientific biogeochemical and ecological research (BHC&E) carried out in the Russian Federation into popular mass services. An example of the successful practical implementation of such a transformation in our country is the implementation of the project of coordinate-time and navigation support (KVNO). The article discusses the similarities and differences between the economic and legal aspects of the monetization of services on the basis of KVNO and BGHE studies. Keywords: biogeochemical and ecological research, coordinate-time and navigation support, information services, monetization of the results of BGHE research. 269 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) УДК 550.47:550.424 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОДВИЖНОСТИ ЖЕЛЕЗА, МАРГАНЦА И СТРОНЦИЯ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ПИТЬЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ 1 Л. И. Колмыкова1, Е. М. Коробова1, Б. Н. Рыженко1, С. Л. Романов2 Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (г. Москва, Россия) 2 УП «Геоинформационные системы» (г. Минск, Беларусь) e-mail:

;

;

;

Методом термодинамического моделирования рассчитан минеральный состав и формы нахождения химических элементов в разновозрастных подземных водах Брянской области, отобранных в период с 2015 по 2017 г. (n=41). Установлено, что равновесный минеральный состав изученных вод включает в себя кварц и кальцит, при этом для вод верхнедевонского гидрогеологического комплекса также характерно присутствие стронцианита и фторапатита. Согласно расчетам, железо и марганец в подземных водах региона присутствуют главным образом в форме простых двухвалентных катионов (содержание данных форм может достигать 90 %). Менее значимыми формами этих элементов являются комплексные ионы и нерастворимые карбонаты (менее 10 %). Стронций, наряду с Sr2+, может находиться в растворе в форме SrSO4 (61 %). Таким образом, показана возможность существования этих элементов в растворенном состоянии выше экологических порогов, что может усугублять проявление эндемических заболеваний в условиях природного дефицита эссенциальных микроэлементов (I, Se). Ключевые слова: эндемические заболевания, формы нахождения химических элементов, термодинамическое моделирование. Введение Брянская область входит в состав нечерноземного субрегиона, который характеризуется низким содержанием йода в окружающей среде [1, 3, 7]. Концентрация микроэлемента в подземных водах данного региона, при достаточно широком варьировании (0,07–41,2 мкг/л), редко достигает или превышает нижнюю границу физиологически оптимального уровня (10 мкг/л) [4]. Исключением являются напорные воды верхнедевонского водоносного горизонта, используемые в качестве централизованного источника питьевого водоснабжения северной и северно-восточной частей области (Ме= 9,97 мкг/л). Ранее были обнаружены некоторые взаимосвязи между химическим составом питьевых вод, а именно содержанием йода и селена, и проявлением эндемических заболеваний щитовидной железы среди местного населения [7]. Кроме того, с помощью термодинамических расчетов определены основные формы нахождения этих микроэлементов в системе вода-порода [2]. Помимо низких уровней йода, в ряде случаев, подземные воды характеризуются превышением ПДК по железу, марганцу и стронцию (Fe – до 25 ПДК, Mn – до 10 ПДК, Sr – до 2 ПДК) [2]. Целью данного исследования было изучение гидрогеохимических особенностей поведения железа, марганца, стронция и условий их накопления, в связи с возможным влиянием высоких концентраций этих элементов в питьевых водах на проявление эндемических заболеваний щитовидной железы среди местного населения. 270 XII Международная биогеохимическая школа (Тула, 16–18 сентября 2021 г.) Методы Термодинамическое моделирование системы вода-порода выполнялось по данным химического анализа 41 пробы природных вод, характеризующих верхнедевонский (n=9), верхнемеловой (n=11), палеогеновый (n=9) и четвертичный (n=12) гидрогеологические горизонты, c помощью программного комплекса HCh [6]. Для оценки форм нахождения металлов рассчитывался равновесный состав многокомпонентных систем, соответствующ