роста организма и регулятора скорости процессов обмена веществ. В земной коре содержится 0,00004% йода (Виноградов А.П., 1957). Соединениям йода характерна высокая растворимость в воде, кислотный характер, способность легко окисляться, летучесть в элементарном состоянии. Обеднению биосферы йодом способствует горный рельеф, создающий условия для выноса йода атмосферными осадками, высокий уровень грунтовых вод и большое количество осадков. На кислых горных породах развиваются почвы, обедненные йодом, на основных горных породах – обогащенные. Удаленность от морей – один из факторов, обусловливающих дефицит йода в биосфере. Основным источником йода почвы является йод атмосферы.
В почвах количество йода колеблется от 0,1 до 40 мг/кг почвы, в среднем около 5 мг/кг, то есть в 20 раз больше, чем в земной коре. Чем богаче почва органическим веществом, тем больше в ней обнаруживается йода. Почвы черноземные, торфянистые богаты этим элементом, а йодом – дерново-подзолистые; серые лесные почвы, в особенности супесчаные и песчаные, бедны. Территория Забайкалья характеризуется дефицитом йода в почве, кормах (Сеничкина М.Г., Абашеева Н.Е., 1986).
Йод в почвах находится в водорастворимых соединениях, хорошо усваиваемых растениями, и в форме соединений, не растворимых в воде, но растворимых в кислотах и щелочах. Ю.Г. Покатиловым (1983) в биосфере Баргузинской котловины Бурятской АССР отмечено наибольшее количество валового йода в луговокаштановой почве, наименьшее – в дерново-лесной. Почвы Баргузинской котловины слабо обеспечены валовым и подвижным йодом. По профилю почвы йод распределяется в соответствии с содержанием гумуса. В процессе почвообразования происходит аккумуляция йода в гумусовом горизонте, где он связывается с органическим веществом. С течением времени устанавливается состояние динамического равновесия между атмосферой и почвой, при котором поступление йода в почву компенсируется обратным процессом и выносом элемента с поверхностным и грунтовым стоком. Водорастворимый и кислотощелочерастворимый йод обнаруживается по всему профилю почв, а уровень его содержания зависит от количества гумуса. На распределение кислотощелочерастворимого йода оказывает влияние рН почвенного раствора, с уменьшением значе-
ния которого подвижность этой формы йода возрастает. Основное и наиболее существенное количество йода в почве представлено труднодоступной формой. Почвы с более тяжелым гранулометрическим составом содержат больше йода, чем легкие. Почвы ложбин и пойм накапливают больше йода по сравнению с почвами равнинных форм рельефа. Содержание йода в верхних горизонтах почв сильно варьирует.
В почвах с низким содержанием гумуса корреляционная связь йода с ним ослабевает, так как в силу вступают следующие факторы: рН-среды, тонкодисперсные фракции. Количество йода в почвах находится в тесной связи с их механическим составом. В зависимости от механического состава по накоплению йода почвы располагаются в следующий ряд: глинистые, тяжелосуглинистые, суглинистые, легкосуглинистые, песчаные. В Бурятской АССР в каштановых, черноземных и серых лесных почвах содержание йода колеблется в пределах 0,2–1,0 мг/кг почвы (Ефимов М.В., Кашин В.К., 1975). Почвы считаются обеспеченными йодом при содержании его не ниже 2 мг/кг почвы (Виноградов А.П., 1975; Pauwels B.W., 1961).
По мнению М.В. Ефимова (1967), причинами низкого содержания йода в биосфере Забайкалья являются удаленность от океана, низкое содержание гумуса и легкость гранулометрического состава почв, обусловливающих невысокую степень адсорбции йода, а также интенсивная инсоляция и нагревание почв, способствующие активной сублимации йода с почвенных и водных поверхностей. С увеличением содержания в почве тонкой илистой фракции количество йода в ней повышается. Илистая фракция обогащена многими микроэлементами в сравнении с почвой в целом. На нее приходится от 40 до 80% валового содержания микроэлементов (Зырин Н.Г., 1973). Это обусловлено тем, что в илистой фракции содержится наибольшее количество гумуса, глинистых минералов, обладающих хорошо развитой поверхностью и большой поглотительной способностью, сильнее фиксируется йод в сравнении с крупными фракциями.
К факторам, определяющим подвижность йода в почве и его доступность растениям, относятся его абсолютное содержание, форма, в которой он присутствует в почве, содержание органического вещества, рН-среды, взаимодействие и соотношение с другими химическими элементами, увлажненность. В.К. Кашин (1987) ука-
зывает, что на почвах с высоким содержанием валового и подвижного йода концентрация его в растениях была в 220 раз выше, чем в растениях, растущих на почвах с низким содержанием йода.
На торфянистых почвах, несмотря на высокое содержание йода, в растения поступает в 3 раза меньше йода, чем на дерновоподзолистых почвах. Это происходит в результате того, что в торфянистых почвах йод прочно связан с органическим веществом в форме йодно-гумусовых комплексов, а в дерново-подзолистой почве йод находится в легко доступном для растений состоянии. Подвижность йода увеличивается с повышением влажности и при кислой реакции почвенного раствора. Щелочная реакция (рН 8,5–9,5) способствует переходу йода в доступные для растений соединения.
Реакция среды почвенного раствора определяет степень подвижности и уровень накопления йода в почвах. В кислых подзолистых почвах отмечается самое низкое содержание йода, так как в них создаются условия для вымывания и улетучивания его. Щелочные почвы обладают свойствами переводить ионы йода в связанное состояние и накапливать его в больших количествах, образуя в некоторых случаях почвенные геохимические аномалии йода с концентрациями 80–300 мг/кг.
Аномально высокие концентрации йода наблюдаются в щелочных солончаковых породах в Азербайджане и Барабинской степи в Западной Сибири (Зеленова А.И., 1954; Аничкина А.П., 1975). Содержание йода в почвах достигает 80–340 мг/кг. Такие высокие концентрации йода характерны для солончаковых почв. В почвах остальных типов этих же регионов йод содержится в пределах средних концентраций для соответствующих типов почв. Причина высокого йодного уровня заключается в своеобразии солончаковых пород и условий их образования. Изучая поведение иодидов при испарении растворов с различной рН-среды, Б.П. Виноградов и И.А. Лапп (1971) отмечают, что в щелочной и сильнощелочной средах наблюдается увеличение концентрации йода по мере испарения воды из раствора. Б.Я. Розен (1970) установил увеличение накопления йода и брома в водных растворах, содержащих хлориды и сульфаты, при повышении концентрации солей. То же самое наблюдается в естественных условиях в соленых озерах, морских водах и крепких подземных рассолах: при увеличении минерализации воды содержание йода в них повышается. Щелочные условия среды, обилие
легкорастворимых солей в почвах и залегающих под ними грунтовых вод, преобладание испарения над выпадением осадков в летнее время являются причинами формирования и содержания йода в солончаковых почвах.
Среднее содержание йода в почвах земного шара составляет 5 мг/кг при колебаниях в диапазоне 0,5–50 мг/кг (Fellenberg P., 1924; Whitehead D.C., 1973).
Из атмосферы йод поступает в почву с атмосферными осадками и сухим осаждением. Ф.А. Тихомиров (1983) отмечает, что при выпадении дождей, от 60 до 90% содержащегося в дождевой воде йода не задерживается растениями и поступает непосредственно на почву. Сухое осаждение йода на почву происходит ранней весной и поздней осенью, когда почва лишена растительности. В летнее время в условиях плотно сомкнутого растительного покрова основная часть йода в составе сухих выпадений задерживается земной биомассой и не достигает поверхности почвы.
Почвы приморских районов богаче йодом, чем почвы тех же типов, расположенные в глубине материка. Концентрации йода в различных типах почв данного региона существенно различаются. В глубине континентов отмечаются различные уровни содержания йода в почвах. Большая разница в концентрациях йода, достигающая нескольких десятков раз, наблюдается между кислыми дерново-подзолистыми почвами и торфянистыми. Такие различия в содержании йода в разных типах почв приморских и внутриконтинентальных районов обусловлены их генетическими свойствами и количеством органического вещества, которое определяет емкость и прочность поглощения почв по отношению к этому элементу.
В процессе почвообразования происходит аккумуляция йода в гумусовом горизонте, где он связывается органическим веществом. С течением времени устанавливается состояние динамического равновесия между атмосферой и почвой, при котором поступление йода в почву компенсируется обратным процессом и выносом элемента с поверхностным и грунтовым стоком.
Дерново-подзолистая почва имеет слабокислую реакцию среды в дерновом горизонте – рН=6,0 и сильнокислую в нижних горизонтах – рН=2,8. В дерновом горизонте отмечается наибольшее содержание гумуса – 5,1%. Содержание валового йода в профиле почвы колеблется от 0,16 до 0,76 мг/кг. В верхнем горизонте содержа-
ние йода равно 0,50 мг/кг, в горизонтах В и С снижается до 0,24 мг/кг.
Почвы – важное звено в биогеохимической пищевой цепи: атмосфера – почва – растение – животное – человек. В результате обобщения материалов по содержанию йода в почвах и сопоставления их с реакцией живых организмов, выражающейся в виде зобной болезни, В.В. Ковальский (1972) приводит следующие пороговые концентрации валового йода в почвах (мг/кг): <5 – недостаточно, 5–40 – нормально, >40 – избыточно. Между содержанием йода в почвах и распространением эндемического зоба, вызванного недостаточностью йода, существует четкая обратная корреляционная зависимость.
Черноземы европейской части характеризуются высоким содержанием гумуса и считаются самыми плодородными почвами. В них отмечается высокое количество и оптимальное соотношение необходимых для организма микроэлементов. В.А. Ковда и др. (1957) предлагают считать в качестве эталона сравнения обеспеченности почв микроэлементами чернозем Центрально-Черноземного заповедника. Содержание йода в нем равно 5,4 мг/кг. Сравнение кларкового содержания йода в минеральных почвах западного Забайкалья, равного 0,9 мг/кг, с эталонным черноземом показывает, что оно в 6 раз ниже (Кашин В.К., 1987). Среднее содержание йода для всех типов почв СССР составляет 2,6 мг/кг (Ковальский, Андрианова, 1970), в то время как мировой кларк йода в почвах равен 5,0 мг/кг. Причина этого явления заключается в том, что большая часть территории СССР расположена вдали от океанов и морей – главных поставщиков йода на континент.
1.1.5. Кобальт в почвах
Содержание кобальта в земной коре составляет 0,004%. Кобальт входит в состав почвенных алюмосиликатов, находится в поглощенном состоянии на поверхности минеральных и органических коллоидов. В соединениях кобальт проявляется в двух- и трехвалентной форме. Окультуренные почвы содержат больше кобальта, чем слабоокультуренные. Почвы с более тяжелым гранулометрическим составом содержат больше кобальта (почти в 5 раз), чем почвы супесчаные и песчаные. В профиле почв наибольшее содержание отмечается в верхнем перегнойном горизонте. Недостаток кобальта в почвах менее 2,0 мг/кг почвы приводит к сниже-
нию содержания кобальта в растениях. Пониженное содержание кобальта в кормах (менее 0,07 мг/кг сухого вещества) приводит к резкому сокращению продуктивности животных. Содержание кобальта в почвообразующих породах Забайкалья колеблется от 0,8 до 20,0 мг/ кг (Сеничкина М. Г., Абашеева Н. Е., 1986). Наименее обеспечены кобальтом аллювиальные и рыхлые осадочные отложения. Коренные породы содержат значительно больше кобальта, чем почвообразующие. Это свидетельствует о том, что в зоне гипергенеза наблюдается обеднение кобальтом продуктов выветривания горных пород. Миграционные способности кобальта зависят от окислительно-восстановительных условий среды. Среднее содержание кобальта в почвообразующих породах по сравнению с кларком атмосферы очень низкое.
Известкование почвы снижает усвояемость кобальта растениями. Установлено, что при поступлении в растения между ионами кобальта и марганца наблюдается антагонизм. Марганец и железо задерживают поступление кобальта в растение, фосфор, наоборот, усиливает его (Пейве Я.В., 1980).
1.1.6. Йод в растениях
Растения, по мнению В.И. Вернадского (1965), – наиболее могущественная сила биогеохимических процессов трансформации веществ в биосфере. Поглощая химические элементы из почвы, грунтовых вод и атмосферы, растения перемещают их из одних объектов ландшафта в другие, резко изменяя скорость их круговорота в природе. Огромная преобразовательная роль растений заключается в том, что они изменяют форму нахождения элементов в окружающей среде. Если в растения элементы поступают в виде неорганических ионов, то в них они превращаются и возвращаются в почву в виде органоминеральных комплексов, в связи с белками и другими органическими соединениями, обладая новыми активными свойствами.
Отдельные виды растений значительно различаются по содержанию йода, даже если они произрастают в одном и том же районе. Растения отдаленных от моря районов содержат меньше йода, чем растения прибрежных районов.
Содержание йода в кормовых растениях зависит и от ряда других факторов. Меньше всего йода в пастбищных травах весной (Blodow, 1969). В самом растении наиболее богаты йодом корни,
