Геохимические свойства и закономерности миграции стронция в почвах
6 мин чтения
Как стронций ведет себя в почве и почему он важен для растений
В почвенных процессах стронций выступает как прямой аналог кальция из-за схожести их ионных радиусов. Растения легко усваивают его из почвенного раствора, где элемент находится в виде ионов Sr²⁺ или подвижных хелатных комплексов. Поскольку стронций активно вовлекается в круговорот веществ, его избыток напрямую влияет на качество и безопасность выращенного урожая.
При избыточном накоплении в среде стронций начинает замещать кальций в тканях растений. Предельно допустимая концентрация элемента в почве составляет 600–1000 мг/кг, при этом его реальное содержание в поверхностных горизонтах может колебаться от 18 до 3500 мг/кг.
При выветривании минералов стронций переходит в растворимые бикарбонаты, хлориды и сульфаты. Сульфаты и карбонаты этого элемента растворяются хуже кальциевых солей, но его бикарбонат значительно более растворим. Из-за этого в регионах с высокой влажностью стронций вымывается из корнеобитаемого слоя интенсивнее кальция. Свободный стронций частично связывается глинистыми минералами и органикой, но основная его масса выносится с водным стоком в океан.
В геохимических процессах стронций ведет себя специфически. Он концентрируется в осадочных породах при испарении влаги вместе с гипсом, а также накапливается в бессточных хлоридных водах. По сравнению с кальцием этот элемент менее биофилен и больше склонен к накоплению в морской воде. В биосфере соотношение Sr:Ca остается относительно постоянным, поэтому его отклонение используют для выявления опасных концентраций элемента.
- Кларк в земной коре — 4·10–2 %
- Кларк в почве — 3·10–2 %
- Содержание в растениях — 1·10–4 %
- Содержание в животных — 1·10–3 %
- Содержание в морской воде — 1·10–3 %
География распределения: зоны избытка и дефицита
Концентрация стронция в пахотном слое зависит от состава материнских пород и климата. В почвообразующих породах содержание элемента колеблется от 72 до 1380 мг/кг, причем тяжелые глинистые фракции удерживают его значительно лучше легких песчаных. В лёссовидных породах стронций распределен равномерно, а в аллювиальных отложениях, известняках и мергелях — крайне пестро из-за неоднородности гранулометрического состава.
| Почвообразующая порода | Содержание стронция, мг/кг |
|---|---|
| Лессовидные тяжелые суглинки | 167–279 |
| Лессовидные глины | 129–209 |
| Аллювий глинистый | 150–410 |
| Аллювий суглинистый | 316–414 |
| Делювий глинистый | 118–233 |
| Элювий глинистых сланцев | 111–154 |
| Мергели, мел, известняки | 143–544 |
Повышенное содержание стронция характерно для торфяно-болотных почв тундры на щелочных породах выветривания, а также для черноземов Зауралья и светло-каштановых почв. Этот элемент также активно накапливается в сероземах, пойменных и лугово-болотных комплексах таежно-лесных областей.
Дефицит стронция со средним валовым уровнем не более 120 мг/кг обычно отмечается в подзолистых и дерново-подзолистых почвах лесной зоны. Мало элемента содержат почвы степной и лесостепной черноземной зоны, песчаные массивы пустынь, а также черноземы горных районов.
В почвах южных регионов среднее количество стронция в 2–3 раза ниже среднего показателя по стране. Особенно выражен дефицит в горных некарбонатных почвах влажных зон и в легких аллювиально-луговых почвах.
Поведение стронция в почве напрямую зависит от ее типа, кислотности и водного режима. В кислых почвах влажных зон элемент активно вымывается в нижние горизонты и почвообразующую породу. В то же время карбонатные и выщелоченные малогумусные черноземы удерживают стронций в верхнем гумусово-аккумулятивном слое.
В почвенном растворе элемент находится в виде растворимых солей — карбонатов, бикарбонатов, хлоридов и сульфатов, а также входит в почвенный поглощающий комплекс в виде обменных катионов. Именно из этих подвижных форм стронций легко усваивается корневой системой растений и мигрирует по профилю. Постоянное присутствие элемента в почвенных растворах обеспечивает его непрерывный круговорот в системе «почва — вода — растения — живые организмы».
| Тип почвы | Содержание стронция, мг/кг |
|---|---|
| Черноземы малогумусные карбонатные | 271–259 |
| Черноземы малогумусные выщелоченные | 167–187 |
| Черноземы слитые | 129–155 |
| Черноземы слабогумусные | 167–279 |
| Черноземы среднегумусные выщелоченные | 209 |
| Лугово-черноземные | 298–410 |
| Аллювиально-луговые | 316–414 |
| Лугово-болотные | 150–170 |
| Серые лесные и лесостепные | 118–233 |
| Бурые горно-лесные | 111–154 |
| Перегнойно-карбонатные | 278–544 |
| Горно-луговые | 143–208 |
Вытеснение стронция растворами, содержащими кальций, имеет ключевое практическое значение. Этот прием используют для мелиорации и восстановления почв, загрязненных радиоактивными изотопами.
Поведение радиоактивного изотопа стронция-90 в почвенном профиле
Изотоп 90Sr представляет серьезную опасность, так как в биологических процессах он имитирует кальций. Попадая через цепочку «почва — растения — животные» в организм человека, радиоактивный стронций накапливается в костных тканях и может оказывать канцерогенное действие.
Прочность закрепления стронция-90 зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы, ее pH, емкости поглощения и содержания органического вещества. Тяжелые по гранулометрическому составу почвы обладают наибольшей сорбционной способностью и прочнее всего удерживают этот нуклид. Дальнейшее вертикальное перемещение элемента вглубь профиля происходит за счет диффузии, конвективного массопереноса и корневых систем растений.
В зависимости от прочности связи с почвенным поглощающим комплексом стронций-90 разделяют на три формы: водорастворимую, обменную и необменную. Их соотношение определяет биологическую доступность изотопа для сельскохозяйственных культур. На пахотных землях доля наиболее прочно связанной, необменной формы заметно отличается от аналогичных показателей на целинных участках.
- Варьирование содержания в горнолесных почвах — 16,6–18,1 %
- Закрепление 90Sr в верхнем слое (0–5 см) — 70–90 %
- Доля необменного 90Sr в пахотном слое — 20–30 %
- Доля необменного 90Sr в целинной почве — 6–40 %
Читайте также
Агрохимия Студенту
Роль молибдена в почвах и закономерности его распределения
Растениеводство Студенту
Особенности агротехники на почвах загрязненных радионуклидами
Агрохимия Студенту