agronom.me
Меню

Агрохімія

Геохімічні властивості та закономірності міграції стронцію в ґрунтах

Студентові

6 хв читання

Геохімічні властивості та закономірності міграції стронцію в ґрунтах

Як стронцій поводиться у ґрунті і чому він важливий для рослин

У ґрунтових процесах стронцій виступає як прямий аналог кальцію через схожість їхніх іонних радіусів. Рослини легко засвоюють його з ґрунтового розчину, де елемент знаходиться у вигляді іонів Sr²⁺ або рухливих хелатних комплексів. Оскільки стронцій активно залучається до кругообігу речовин, його надлишок прямо впливає на якість і безпеку вирощеного врожаю.

При надмірному накопиченні в середовищі стронцій починає заміщувати кальцій у тканинах рослин. Гранично допустима концентрація елемента в ґрунті становить 600–1000 мг/кг, при цьому його реальний вміст у поверхневих горизонтах може коливатися від 18 до 3500 мг/кг.

При вивітрюванні мінералів стронцій переходить у розчинні бікарбонати, хлориди та сульфати. Сульфати та карбонати цього елемента розчиняються гірше за кальцієві солі, але його бікарбонат значно більш розчинний. Через це в регіонах з високою вологістю стронцій вимивається з кореневмісного шару інтенсивніше за кальцій. Вільний стронцій частково зв’язується глинистими мінералами та органікою, але основна його маса виноситься з водним стоком в океан.

У геохімічних процесах стронцій поводиться специфічно. Він концентрується в осадових породах при випаровуванні вологи разом із гіпсом, а також накопичується в безстічних хлоридних водах. Порівняно з кальцієм цей елемент менш біофільний і більше схильний до накопичення в морській воді. У біосфері співвідношення Sr:Ca залишається відносно постійним, тому його відхилення використовують для виявлення небезпечних концентрацій елемента.

  • Кларк у земній корі — 4·10–2 %
  • Кларк у ґрунті — 3·10–2 %
  • Вміст у рослинах — 1·10–4 %
  • Вміст у тваринах — 1·10–3 %
  • Вміст у морській воді — 1·10–3 %

Географія розподілу: зони надлишку та дефіциту

Концентрація стронцію в орному шарі залежить від складу материнських порід і клімату. У ґрунтотворних породах вміст елемента коливається від 72 до 1380 мг/кг, причому важкі глинисті фракції утримують його значно краще за легкі піщані. У лесоподібних породах стронцій розподілений рівномірно, а в алювіальних відкладеннях, вапняках і мергелях — вкрай строкато через неоднорідність гранулометричного складу.

Ґрунтотворна порода Вміст стронцію, мг/кг
Лесоподібні важкі суглинки 167–279
Лесоподібні глини 129–209
Алювій глинистий 150–410
Алювій суглинковий 316–414
Делювій глинистий 118–233
Елювій глинистих сланців 111–154
Мергелі, крейда, вапняки 143–544

Підвищений вміст стронцію характерний для торф’яно-болотних ґрунтів тундри на лужних породах вивітрювання, а також для чорноземів Зауралля та світло-каштанових ґрунтів. Цей елемент також активно накопичується в сіроземах, заплавних і лучно-болотних комплексах тайгово-лісових областей.

Дефіцит стронцію із середнім валовим рівнем не більше 120 мг/кг зазвичай відзначається в підзолистих та дерново-підзолистих ґрунтах лісової зони. Мало елемента містять ґрунти степової та лісостепової чорноземної зони, піщані масиви пустель, а також чорноземи гірських районів.

У ґрунтах південних регіонів середня кількість стронцію у 2–3 рази нижча за середній показник по країні. Особливо виражений дефіцит у гірських некарбонатних ґрунтах вологих зон і в легких алювіально-лучних ґрунтах.

Поведінка стронцію в ґрунті прямо залежить від його типу, кислотності та водного режиму. У кислих ґрунтах вологих зон елемент активно вимивається в нижні горизонти та ґрунтотворну породу. Водночас карбонатні та вилугувані малогумусні чорноземи утримують стронцій у верхньому гумусово-акумулятивному шарі.

У ґрунтовому розчині елемент знаходиться у вигляді розчинних солей — карбонатів, бікарбонатів, хлоридів та сульфатів, а також входить до ґрунтового поглинального комплексу у вигляді обмінних катіонів. Саме з цих рухливих форм стронцій легко засвоюється кореневою системою рослин і мігрує по профілю. Постійна присутність елемента в ґрунтових розчинах забезпечує його безперервний кругообіг у системі «ґрунт — вода — рослини — живі організми».

Тип ґрунту Вміст стронцію, мг/кг
Чорноземи малогумусні карбонатні 271–259
Чорноземи малогумусні вилугувані 167–187
Чорноземи злиті 129–155
Чорноземи слабогумусні 167–279
Чорноземи середньогумусні вилугувані 209
Лучно-чорноземні 298–410
Алювіально-лучні 316–414
Лучно-болотні 150–170
Сірі лісові та лісостепові 118–233
Бурі гірсько-лісові 111–154
Перегнійно-карбонатні 278–544
Гірсько-лучні 143–208

Витіснення стронцію розчинами, що містять кальцій, має ключове практичне значення. Цей прийом використовують для меліорації та відновлення ґрунтів, забруднених радіоактивними ізотопами.

Поведінка радіоактивного ізотопу стронцію-90 у ґрунтовому профілі

Ізотоп 90Sr становить серйозну небезпеку, оскільки в біологічних процесах він імітує кальцій. Потрапляючи через ланцюжок «ґрунт — рослини — тварини» в організм людини, радіоактивний стронцій накопичується в кісткових тканинах і може чинити канцерогенну дію.

Міцність закріплення стронцію-90 залежить від гранулометричного та мінералогічного складу ґрунту, його pH, ємності поглинання та вмісту органічної речовини. Важкі за гранулометричним складом ґрунти мають найбільшу сорбційну здатність і найміцніше утримують цей нуклід. Подальше вертикальне переміщення елемента вглиб профілю відбувається за рахунок дифузії, конвективного масоперенесення та кореневих систем рослин.

Залежно від міцності зв'язку з ґрунтовим поглинальним комплексом стронцій-90 поділяють на три форми: водорозчинну, обмінну та необмінну. Їх співвідношення визначає біологічну доступність ізотопу для сільськогосподарських культур. На орних землях частка найбільш міцно зв'язаної, необмінної форми помітно відрізняється від аналогічних показників на цілинних ділянках.

  • Варіювання вмісту в гірсько-лісових ґрунтах — 16,6–18,1 %
  • Закріплення 90Sr у верхньому шарі (0–5 см) — 70–90 %
  • Частка необмінного 90Sr в орному шарі — 20–30 %
  • Частка необмінного 90Sr у цілинному ґрунті — 6–40 %

Читайте також