Разработка методик многоэлементного инструментального нейтронно-активационного анализа для оценки биогеохимического и экологического состояний почв тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

КАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

РГ Б ОД

на правах рукописи КУЗИЕВ ШАВКАТ АБДУПАТТАЕВИЧ

УДК 543.53

АЗРАБОТКА МЕТОДИК МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ЕЙТРОННО-АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ОЦЕНКИ БИОГЕОХИМИЧЕСКОГО И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЙ ПОЧВ

Специальность: 01.04.16 - фпзпка ядра п элементарных частпц

АВТОРЕФЕРАТ дпссерталпп на сопсканпе учено"' степени кандидата технических наук

Ташкент - 1994

Работа выполнена в Институте ядерной физики Акадеыи Наук Республики Узбекистан.

Научные руководители: - доктор технических наук,

В.Н.С., ХАТАМОВ Ш - кандидат технических нау1 ТИЛЛАЕВ Т

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор мухамедов с. - доктор физико-математиче! ких наук,проф. арипов Г.,

Ведущая организация: - Научно-исследовательский

институт прикладной Физики ТашГУ '

Защита состоится "_"_1994 г.

в _ часов на заседании специализированного совета

К 015.15.22 при институте ядерной физики АН Республики Узбекистан по адресу: 702132, Ташкент, Мирзо Улугбекский район, пос. Улугбек

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯФ АН Республики Узбекистана.

Автореферат разослан " 3 " - ._1994 г.

Ученый секретарь у ^у-

Специа/ зировакного совета, д^тор^£ | С

физико-математических наук, профессор ИСМАТОВ Е.И.

Общая характеристика работы

Актуальность темы, изучение биогеохимического и экологического состояний, почв необходимо вести по двум основным направлениям, первое-увеличение числа изучаемых элементов, второе- рассмотрение вопросов в тесной связи с составом других объектов окружавшей среды (сухих выпадений, растений, вод орошения, минеральных удобрений и т.д.).

Известно, что элементный состав почв, в основном, определяется составом первычних и вторичных минералов, которые образуются в процессе почвообразования, кроме того, элементные и минералогические составы могут изменятся в результате антропогенного воздействия.

В'хгьязи с этим, разработка и использование многоэлементных методик аналитики, с целью вовлечения как можно большего .исла элементов в рассмотрение и разработки методов анализа минералогического состава почв являются актуальной и важной задачей современной аналитики.

Изучение антропогенного воздействия на почву является сложной задачей, так как, почва- открытая, динамическая система. Поэтому изучение биогеохимического и экологического•состояний крупных географических регионов очень трудно. В связи с этим, мы в рамках дан-чой работы проводили исследования состава объектов биосферы, как в региональном аспекте, так и локальном уровне с целью создания моде-пи взаимодействия почвы с другими объектами окружающей среды.

Цель работы, работа посвящена разработке и усовершенствованию высокочувствительных и многоэлемектных методик инструментального яейтронно-актива- чонного анализа (ИНАА) почв, растений, некоторых гипов удобрений и других объектов, и рентгеноструктурно-о анализа [РСА) почв и их использованию при массовом анализе объектов окружа-ощей среди, в частности, для оценки биогесхимического н экологического состояний почв Узбекистана.

Лля достижения этой цели было необхс^имо решать следующие »адачи:

- исследование метрологических характеристик методик активаиионного шализа почв, растений, некоторых типов удобрений и других объектов, путей повышения предела.определения отдельных элементов изуче-1ием процессов пробоподготозки, облучения и измерения спектрометри-шской информации на базе микро-ЭВМ и современной измерительной техники;

- усовершенствование методик инаа почв, растений;

- разработка методик анализа минеральных и микро- удобрений;

- нз'-ченяе состава почв а растений, отобранных из различных ла! шафтно-геохимических провинций Узбекистана;

- изучение аналитических параметров РСА и разработка методики ощ деления минералогического состава почэ;

- выбор соответствующих математике- статистических методов и сг собов для оценки биогеохимических к экологических состояний пс путем оЬределения баланса микроэлементов.

Научная новизна работы. Разработаны и усовершенствованы мет дики миогоэлементного ИНАА удобрений, почв, растений, их органы РСА почв, заключавшиеся в расчетных и экспериментальных исследос ниях метрологических характеристик нейтрокно-активациоииого аналя объектов окружающей среды, в выборе соответствующих иатемати« статистических методик обработки спектрометрических и экологичес* данных, которые позволили улучшить пределы определения отделы) элементов и установить соответствующие критерии для оценки биог< химического и экологического состояний почв. О рамках этих исследований:

- изучена воспроизводимость, правильность определения и устано лены пределы обнаружения более 20 элементов.

- разработаны методики многоэлементного ИНАА удобрений, почв, ра тений и других объектов окружающей среды на содержание более элементов с пределом обнаружения от Ю-3 г/г до Ю-8 г/г.

- установлены средние элементные составы типичных луговых почв, о шаемых-луговых и болотно-луговнх почв, растений, минеральных удо рений, вод срошения и т.д., отобранных из различных хлопкосеющ регионов Республики.

- изучен микроэлементный состав почв более чем 50-ти летней давно ти и на основе сравнения их с составом староорошаемых почв постро ены геохимические спектры почв, растений и путем вычисления кла ков концентраций, коэффициентов обогащения, коэффициентов биолог ческого поглощения (КБП) и т.д., установлена степень загрязнен почв хлопкосеющих регионов Республики такими элементами, как 3: Вг, РЗЭ и их обеднения рядо- элементов (Со. Сг).

- составлены крупномасштабные картосхемы распределения валовых подвижных форм для 20 химических элементов (для некоторых хо: яйств!;

- ид основе изучения климатических характеристик и распределения климатичесхого потенциала загрязнения определен фоно-ый район с точки зрения изучения экологического состояния почв Ферганской долины;

- создан алгоритм математической обработки экологических данных на базе микро-ЭВМ искра-226,

- выяь енн парные корреляционные связи более 15 химических элемент тов в почвах и их подтипах;

- на основе экспериментальных данных установлена связь между содержаниями подвижных и валовых форм для 20 химических элементов в почвах;

- впервые разработана методика количественного РСА для некоторых типов почв и установлено присутствие 8 минералов в нх составе.

Практическая значимость работы заключается в:

1. Разработке и усовершенствовании методики многоэлементного ИНаа почв, растений, некоторых типов удобрений и других объектов окружающей среды на содержание 20 элементов.

2. Изучении метрологических характеристик разработанных методик, выявлении источников погрешностей и способов их исключения.

3. Использовании многоэлементного ИНАА в биогеохимических и экологических исследованиях, которое позволило:

- установить средний элементный состав почв, растений хлопкосеющих хозяйств Республики ь глобальном и локальном уровнях;

- выявить основные источники загрязнения почв хлопкосеющих зон;

- создать картосхемы распределения 20 элементов для некоторых хлопкосеющих хозяй-тв и на их основе разработать рекомендации по внесению марганецсодиржатих удобрений в почвы, где содержг -ие марганца было значительно ниже нормы;

- установить, что элементный состав почв и растений находится в прямой зависимости от состава подпочвенных рас,-оров;

- установить информативность данных о валимых содержаниях химических элементов в почвах для оценки обеспеченности их теми, или другими питательными элементами.

4. Разработке методики определения минералогического состава некоторых типов почв.

На задиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований, позволившие разрабо-

0

тать многоэлементкый ИНАА почв, растении И некоторых типов удобре-

ний.

Z. Результаты исследований по выбор' соответствующих математике статистических методов обработки спектрометрических и эксперимен тальных экологических данных - для решения бисгесхимических и arpo химических задач.

3. Результаты ИНАА, полученные при изучении элементного состав почв и растений некоторых лекальных зон Центральной Ферганы.

4. выбор комплекса критериев и способов впервые позволившие устано вить количественно степень техногенного загрязнения и обеднени почв Центральной Ферганы некоторыми химическими элементами.

5. Результаты экспериментальных исследований по взаимосвязям ва ловнх и подвижных форы, а также параметров распределения химически элементов от их некоторых физико-химических свойств.

6. Результаты полученные по разработанной методике количественног РСА минералогического состава почв.

Апробация работы. Основное содержание диссертации и отдельные е -азделы докладывались на XI Всесоюзной конференции по биологическо роли микроэлементов и их применения в сельском хозяйстве и едицин /Самарканд, 1990/, на I делегатском съезде почвоведов Узбекистан /Ташкент, 1990/, на IV Совещании по применению ядерно-физически методов в охране окружающей среды /Алма-ата, 1991/, на II и II конференциях молодых ученых ИЯФ АН РУз /Ташкент, 1992,1993/, на об щеинститутском семинаре УзНИИхлопководства /Ташкент, 1993/.

Объем и структура работы. .Диссертация состоит из введения, че тырех глав, выводов и четырех приложений (в том числе с актами вне дрения). Она изложена на 141 стр. машинописного текста, содержит 2 табл. и 23 рис. Список использованных литератур состоит из 126 наз ваний.

внедрение работы. Разработанные методики ИНАА почв и растени были использованы 3-мя научно- производственными организациями Рес публики: УзНИИхлопководства, ИЛА АН РУз, Ташкентский Аграрный Уни верситет.

. Основное•содержание работы во введении сформулированы актуальность, цели и задачи выпол ненных исследований, привод! ся научная новизна и практическая зна чимость работы, основные положения защищаемые автором, а также дан ные об апробации работы и публикациях, объеме и структуре диссерта ции.

_В первой главе рассмотрены современные физико-химические методы определения элементного состава почв и растений.

Элементный состав почв, почвообразуюиих пород и растений сложен и требует применения достаточно надежных, высокочувствительных методик анализа, в связи с этим, рассмотрены различные физико-химические методы анализа ( эмиссионный спектральный анализ-ЭСА, атом-но-абсрбционный анализ-ААА, рентгбнофлуоресцентный анализ-РОА, нейтронно-активациокный анализ-НАА, рентгеноструктурный анализ-РСА и т.д) используемые при анализ«; почв и растений. Сопоставление характеристик вышеуказанных методик показывают, что по пределу обнаружения, надежности, многоэлементности и производительности самым приемлимым в анализе почв и растений является метод НАД.

Вторая глава посаяыена разработке высокочувствительных нейтрон-но-активационных методик анализа элементного состава объектов окружающей среды и РСА минералогического состава почвы.

Известно, £То проведение селективного нейтронно-активапионного анализа зависит от параметров используемой ядерной установки, сое-\ лва анализируемых объектов, временных факторов анализа, совокупности физических приемов и способов, позволяющие улучшить отношения золез.чего сигнала к фону.

Б связи с этик, нами рассмотрены характеристики анализируемых о^гэктов окружающей среды, проведен выбор оптимальных временных режимов анализа, оценены погрешности анализа на стадии отбора ¡: про-боподготовки и т.д. Временные параметры методики ИНАА обеспечивающий суммарную погрешность анализа <30% в объектах окружающей среды приведены в табл.1.

В качестве источника нейтронов использован ядерный реактор ввр-см ияф ан РУз с потоком 5-ю13 нейт./смг-с.

Содержания определяемых элементов, в зависимости от их ядерно-физических характеристик, определялись в три этапа. 1ля этого были выбраны оптимальные временные режимы проведения анализа исходя ..з суммарной погрешности анализа <30% удовлетворяющие условию

где N и соответственно, полезный сигнал от аналитического оа-п ф

даонуклида и фон от мешающих радионуклидов а данной энергетической области'спектра.

(1)

а -

• таблица i.

Временные параметры методик ИНАА эбеслечиваюкие суммарную , погрешность анализа оох 9 объектах окружающей среди

" Исследуем«* объект (sec пробы) определяемые Временные режимы

*обл *ост. *изм.

Вода На» К. Нп. to с. 3 час. 100 с.

(~100-МЛ) Бг, La, S». 3 час. 5-6 дк. 200 с.

Sc,Cr,Fe,Со,Zn, Rb,Sb,C«,Ce,Eu. S час. 20-25 ДН. 400 с.

Хлопчатник Na, K, Hn. 20-30С. 30 МИН. 50 с.

(листья,корми. Br, La, Sa, Au. 1 час. 3-4 ДН. 200 с.

стебели,семена- Sc, Cr, Fe, Co, Zn, Rb. 5.час. 20-25 ДН. 400 с.

П0 100 иг) Sb,Cs,Ce,Eu.Tb,Th,

(ВОЛОКНО-500МГ) Ba.Hg.

Удобрения Na, K, Hn. 3-10С. 3-5 час. ' 50 с.

а)аммиачная Br, La, Sm, Au. 3 час. 5-6 да. 200 с.

селитра-ЮОмг Sc, Cr,Fe, Co,Zn,

б)сернокислый Rb,Sb,Cs,Ce,Eu. 5 час. 20-25 ДН. 400 с.

марганец-100мг

В результате, на основе разработанных методик массового многоэлементного ИКАА в почвах была определена концентрация 20 химических элементов со следующими пределами определения (г/г): Na-7-XO" , К-9.8-10"3, Sc-1-lO"7, Сг-3-10"4, Кп-4.810"6, Fe-5-XO"4, Со-5• Ю-7, Zn-l-10~s, Br-3-lC-7, Rb-3-XO-6, Sb-5-XO*"7, . Cs-B XO"7, La-

2-ХО-7, Се-2-10~7, Sm-2-10*8, Eu-1-10-7, ТЬ-2-Х0~7, Hf-X-X0~6, Yb-

3-10-7, Th-9-X0~7.

ГШ результатам анализа парциальных ошибок, вносимых в отдельных этапах анализа установлены Общие суммарные погрешности определения для этих химических элементов. В среднем эта погре_ность составила «10%.

Найдена связь общей погрешности анализа от концентрации определяемых элементов, которая х ющо описывается степенной функцией .

S=A-CB (2)

где, коэффициент в определяет наклон прямой линии в логарифмическом масштабе, а А-характеризует погрешности анализа при концентрации элемента равной единице в выбраниых единицах измерения. Видно, что

(рис.1.) чем меньше В, тем вире диапазон определяемых концентраций, которые определяются погрешностью менее, чем эаданиая верхняя граница

Для изучения минералогического состава псчв использовался метод РСА, который основан на регистрации соответствующих рефлексов на дифракционной картине (рентгенограмме), присущей соответствующим кристалтическим структурам вещества. Сравнивая интенсивности структурных рефлексов на рентгенограмме исследуемой фазы (Х() и эталона (1ЭТ) можно определить количество 1- присутствующего минерала. Для определение содержания кремнезема использован метод внутренного стандарта:

К-Рэт

ХГ/1ЭТ=--х;=кх| Поскольку хэт=сопзг и х1=х|/(1-хэт),

кэт'р.'хэт

где к=■

Кэт-рГхэт

где х| и хэт~ весовые содержания, соответственно, определяемой фазы после добавления эталонного вещества и эталона; к1 и кэт-постоянные коэффициенты, определяемиз условиями эксперимента; р^н рдт-плотнос-ти определяемой фазы и эталона;

Относительная ошибка определения кремнезема составила з(5-10УЛ. Поскольку, минеральный состав почвы сложен и состоит из множества кристаллическ: : фаз, для определения каждой из них далее был

применен метод отношений интенсивностей аналитических линий.

х./Р. /к > гц •

хг/Р2 хг

X

1г/1з=кгэ'

I /I =к , • и )».=1

п-1 п п-1.п

п 1

Путем совиестного решения этих п уравнений, были определены весовые содержания остальных минералов почвы. Относительная ошибка определения фаз составила около Ю%.

Измерения проведены на рентгеновском дифрактометре ДРОН-ЗМ с изо

лучением ,СиКа(Х=1.7Е4178А ). При съемке дифрактограмм с непрерывным сканированием были выбраны оптимальные ширины щелей для получения

0.001 0.01

С, иг/к

Рис.1 Зависимость погрешности ИНАА от содержания элементов в почве и определение приемлемого предела погрешности.

Табл.2

Результаты рентгеноструктурного анализа почв.

минералы Формула минарала содержания минерала, X от общего веса

№ СП-3 луговые почвы (Наманган.обл) типичный серозс (Ферганская обл

1. кварц 3102 65.^5 46.03 20.52

2. натриевые полевые шпаты Иа20 А1203 63Ю2 12.79 13.25 5.51

3. калиевые-

полевые ыпаты К20 А1203 62102 8.79 6.89 3. 96

4. кальцит СаС03 3.83 13.61 53.36

5. мусковит К20А1203631022Н20 3.35 6.28 1.76

6. каолинит А1г°3231022Н20 2.21 5.11 2.28

7. доломит СаМд(С03)2 1.49 5.59 10.97

8. хлориш (Мд6_хуГеуА1х)

(514_ХА1Х)О10(ОН^ 0.96 1.66 1.12

9. Х-мипе-оалы - 0.84 0.61 0.50

лучшего разрешения. Образцы почвы для измерения размещались в специальной кювете из аморфного кварца диаметром 28 мм и глубиной 0.5 мм, вес пробы почт составлял ~ юо мг. Минералогические составы почвенного стандарта СП-3, серозема и луговой почвы ;нтральной Ферганы приведены в табл.2.

В третьей главе приведены результаты исследований элементного состава почв и органов хлопчатника.

Для понимания биогеохимических и экологических процессов в почве следует обратить внимание на две взаимно связанные задачи. Во-первых, необходимо производить оценку почв всей респуб~ики в целом, и во-вторых, всесторонно изучать процессы и явления, которые позволяют оценить биогеохимичекое и экологическое состояния почв на локальном уровне.

Для исследований почв Республики было отобрано и гпоанализпрова-но более тысячи проб почв и 2 тыс.проб (отдельные органы) хлопчатника из различных регионов,' помимо этого отбирались - ->чвы из стен дувалов (10-12 роб, весом 5-10 г), построенные более 50 лет назад. Такую пробу можно назвать эталонной, поскольку сна менее всего подвержена к внешним воздействиям (табл.3).

При сравнении полученных данных тремя разными способами, а именно, по кларку концентрации- КК, Cqc/C„ и геохимическим спектрам обнаружено, что происходит обеднение староорашаемых почв Se, Со, Zn, Rb, Cs, Hf с одновременным накоплением Вг. Na, Sb, РЗЭ и т.д. В целом, в почвах хлопко1--»юиих озяйств Республики мало изменились содержания К, Сг, Hr>, Fe.

Данные табл.3 характеризуют почвы Республики (типичный серозем) в среднем, а на локальном уровне могут быть отклонения от среднего в широких пределах, эти отклонения в первую очередь зависят от мощности источников загрязняющих веществ (рис.2). В связи _ этим, были определены преобладающие каналы поступления и выноса химических элементов из почвы, основными факторами ответственными а поступления являются "атмосферные выпадения>удобррчич>воды (речные) орошения". Когда для орошения используются коллекторные воды данный порядок изменяется: "атмосферные выпадения, коллекторные всды>удобре-ния>воды (речные) орошения" т.е. основным источником техногенного загрязнения' почв, в нашем случзе, являются удобрения.

пестициди, биостимул.,.

листья

«100%

«100%

корни хлопок

сырец

«1С

семена

Рис.2 Круговорот химических элементов в системе "почва-растение

Рис.3 Временные ряды применения удобрений по годам: а) азотных, б) калийных, в) фосфатных, г) общая сумма всех типов удобрений

Габл.З

среднее содержание некоторых химических элементов в почвах (типичный серозем) Узбекистана и листьях хлопчатника, мг/кг сух.веса

элемент Почва дувалов (сд> - Почва освоенная (сос5 с /с ОС ^д КК1 листья хлопчатника «V ККг

На 8233 ± 303 14400 ± 530 1. 75 0. 58 4114 ± 246 0.16

К 15180 ± 750 14870 ± 740 0. 98 0. 59 8420 ± 420 0.34

Эс 14.3 + 0.64 6. 7 0.3 0. 47 0. 67 0.52 4 0. 02 0.05

Сг 58.0 ± 2.3 51 + 2 0. 88 0. 61 16 2 0. 8 0.2

Мп 600 ± 33 800 ■4 44 1. . 33 0. 80 178 ± 19 0.18

Ре 36500 2000 31260 + 1720 0. 86 0. 67 136 ± 17 о.ооз

Со 15.5 + 2.5 8.2 + 1.4 0. . 53 0. 46 1.0 ± 0. 4 0.06

гп 122 ± 23 81 ± 15 0. 66 0. 92 10.0 + 1. 5 0. 12

Вг 51.4 ± 0.3 56.5 ± 0.3 1. , 10 26.9 21.4 ± 4. 1 10.2

ИЬ 83 ± 7 55 ± 5 0. ,66 0. 57 9.1 ± 1. 0 0.06

ЭЬ 2. 1 + 0.5 3.4 ± 0.8 1, , 62. 2. 8 0.3 ± 0. 03 0. 60

Сэ 11. 8 ± 0.5 6.7 ± 0.3 0. 57 1. 8 0.62 ± 0. 1 0. 17

Ьа 20.0 ± 0.2 36. 0 + 0.4 •1. ,80" 1. 24 10.5 + 1. 1 0, 38

Бт 13.0 ± 0.7 20.0 ± 1.1 1 54 2. 5 0.21 ± 0. 01 0.03

НГ 1.8 ± 0. 09 1.4 ± 0. 07 0. .78 1. 4 н. о. н. 0.

где кк,=сос./слит.: КК8аСЛИСТ./СЛНТ.

В табл.4 приведены данные по составу двух типов удобрений определенные нами.

Проведенные расчеты с использованием этих и ^.лтературных данных показали, что вместе с удобрениями (аммиачной селитрой, двойным суперфосфатом и т.д.) в почву поступают до 3 кг/га-год инородных элементов, действия которых во многом еде неизучены. В этом отношении определенный интерес представляет динамика внесения минеральных удобрений в почвы Республики, которые описываются уравнениями вида у(1)=А12+В1+С- для азотных и у(г)=А/(1-ехр(В-<Н))- для калийных и фосфатных удобрений (рис.3). С учетом всех каналов поступления И

выноса (рис. 2) определены отношения /св„„ " (рис.4) для

листу п• вынос

изученных элементов, где видно, что в почвах Центральной Фергань (колхс. 'Гигант* Задарьинсхого района) наблюдается незначительное обогащение почв Со, Се, РЗЭ, '¿.п и значительные обогащение Сг, Вг > БЬ, значительный вынос К, 5с и незначительный вынос Ла, Ке, ИЬ.

Табл.4

о Содержание химических элементов в некоторых минеральных

удобрениях, м./кг

удобрения эле- удобрения

элемент аммиачная селитра сернокислый марганец мент аммиачная селитра сернокислый марганец

Ка 290150 180130 Вг 611 5.611. 3

К 180140 90001400 БЬ 1. 5±0 06 0.8±0. 2

Бс 1.510.05 0.510.1 Ьа 5.610 6 0.710. 05

Сг 1.4±0.1 311 Се 9515 Н. 0.

Мп 1513 3900001500 Бт 1012 1.6+0. 6

Ге 150110 730170 Ей 4.510 5 0.4+0. 1

Со 0. 0510.01 4415 И Н. 0 2.55±0. 5

гп 50110 60115 Аи И. 0 0.01310. 003

Одним из показателей, показывающих степень загрязнения почвы химическими веществами являются ПДК этих вецеств в почве. Для подавляющего числа элементов их содержания в почве находятся ниже ПДКп за исключением БЬ в некоторых контурах изученного района (колхо: Навои, контуры 314- 6.3 мг/кг, 556- 6.5 кг/кг при ПДК2ь=4.5 мг/кг).

Причины превышения ПДКп в этом случае, по видимому, являйте: следствием без контрольного внесения удобрений и ядохимикатов.

в четвертой главе приведены результаты исследования элементной состава почв Ферганской долины на локальном уровне.

В длинной цепочке движения загрязняющих веществ в природе почв; является практически последним звеном, где в конце "онцов накапли ваются эти вещества, т.е. почва выступает в роли аккумулятора заг рязнит лей. Чрезмерное накопление загрязняющих веществ-пестицкзов тяжелых метал ->в, радиоактивных элементов и т.д. в почве может при вести к необратимым изменениям ее состава и свойств, е конечно счете к потере ее плодородия и передаче загрязнителей по пищгво

Рис.4 Яс туплечие и вынос химических элементов в.луговых почвах центральной Ферганы.

цепи.

По степени аккумуляции загрязнителей почву можно разделить на ря, групп:

1. Почвы фоновых районов, где поступление загрязнителей ограничи Бается глобальными, общепланетарными процессами (сухие выпадения осадки и др.);

2. Почвы сельскохозяйственных районе, вдали от промышленных цен тров, где основными источниками загрязнения являются удобрения, по ливные воды;

3. Почвы вокруг промышленных центров, где основными источникам! загрязнения являются поступления веществ в окружающую среду из-з; деятельности промышленности, транспорта и т.д.

4. Почвы промышленных центров, т.е. территории промышленных обь ектов, городов и т.д.

5. почвы районов эхологических, промышленных и др. катастроф.

нами для проведения исследований по изучению элементного сослв;

почв на локальном уровне была выбрана Центральная часть ^ерганско] долины.

Отличительной чертой выбранной зоны является то, что во- первы: она расположена в центре Ферганской долины, во- вторых находите: относительно далеко от промышленных центров, а загрязнение поч! происходит в основном за счет внесения минеральных удобрений и обработки сельхозкультур химикатами и т.д.

В этом смысле выбранная зона является достаточно приемлимой ш фоновым признакам, например, по значению климатического потенциал; загрязнення-она находится в IV зоне, когда вся Ферганская долина характеризуется очень высоким потенциальном загрязнения (V зона).

При исследованиях элементного состава почв этого района (хозяйств "Гигант" и Навои- Наманганской обл.) было установлено средне« валовое содержание 20 химических элементов (табл.5).

Для этих почв изучены также корреляционные связи между 20 химическими элементами и вычислены коэффициенты парных корреляций, которые, как оказалось, изменяются в пределах от о.001 до 0.85, наблюдаются корреляционные с*.,1зи между щелочными металлами (Na, К), элементами, входящими в группу железа (Fe, Мп, Со) и элементами, входящими в группу РЗЭ (Ей, Се). Несмотря на эго, для группы РЗЭ i

вах дансого региона корреляционные связи менее устой .¿вы. Наибо-вереятняв объяснением этого факта можеТь. быть нарушение статного соотношения между концентрациями РЗЭ, происходящего из-за юлнительного внесения РЗЭ в почву в составе с минеральными удоб-[иями определенный интерес представляет изучение корреляционных [зей химических элементов в различных подтипах почв. '

Рассмотрены корреляции химических элементов в луговы , болотяо-

Табл.5

Содержание химических элементов в некоторых типах почв Центральной Ферганы, в мг/кг

эле- •Гигант" Кавои эле- •Гигант* НаВОИ

кент N=95 . N«118 мент N=95 N»118

Na 1050G-2100 1060012500 Sb 1.510.4 .: 311 •

К 2390019500 2650018700 Cs 612" 913

Se 1013 1414 La . 40110 38113

Сг 42±19 47117 Ce 60110 Я8117

Мп 6401120 6501160 Sia 612 612

Fe 2700013000 4000018900 Eu 1.010.2 1.510.4

Со 10±2 1314 Tb 0.410.15 0.910.7

Zn 200190 2601 30 Hf 5.511.2 1114

Br 915 " 913 Yb 2.511.4 1. 410.8

Rb 110120 100120 Th 1012 1314

ютовых п орооаемо-луговых подтипах луговых почв. Во Всех трех ти-IX почв корреляционные коэффициента в целом, устойчивы, за исклю-гниеа К-Иа (о.40; 0.26; 0.50), La-Zn (о.46; 0.60 о.20), Br-sá 0.25; 0.06; 0.40) и некоторых пар, что связано, по видимосу кис-отныии и целочными свойствами данных подтипов почв.

для установления степени отличия поч- центральной Ферганы от ругих типов проводились сравнения состава луговых почв с другими очвами по стандартам СП-i, сп-2, сп-3 и литосферой rio коэффициенту богапения; K06=(c1,/csc)o6p^<Cx/Cs<!,onp.: Установлено, что луговые очвы Центральной Ферганы обогащены Zn, Br, На, Rb, Sb, Fe, К, La и |беднены Сг, ТЪ, Hf по сравнению с литосферой, курским.черноземом СП-i), московской дерновоподэолистой почвой (СП-2), прикаспийской :ветлокаот"ановой почвой (СП-3).

В агрохимических исследованиях для изучения эффективности вносимы минеральных и органических удобрений принято определять содержания подвижных форм элементов; но его широкое применение сдей-живается тем. что используемые методики выделения подвижных фор> являются сложными, трудоемкими и малопроизводительными.

В этом отношении практический интерес представляет изучение корреляционных связей между валовыми и юдвижными формами элементов Для выделения подвижных форм использовалась методика разработанная в ИПА АН РУз. Для 20 элементов определены значения коэффициентов корреляции и установлено, что между валовыми и подвижными фор маки (для данного метода вытяжки и луговых почв Центральной Фер ганн) наблюдается слабая связь для элементов Ка (г =0.23)

ху

К(0.30), Ьа(0.28), Еи(0.24) и НГ(-0.23), т.е. для этих элементов, определенной мере, о концентрации подвижной формы можно судит п валовым концентрациям. Для других элементов корреляция еще слабь-или отсутствует. Результаты по обеим формам приведена в табл.б.

Таблица 6.

Среднее содержание валовых и подвижных форм макро- и микроэлементов в луговых почвах Среднеазиатской пустынной провинции в мг/кг N=50

элемент По колхозу "Гигант" элемент Пс колхозу "Гиг &H

валовые подвижные валовые l i Г.СЛВ с

На 10400 ± 1200 260 ± 110 Sb 1.6 X 0 3 0.3 ± С 2

К 20800 ± 9000 360 i 170 Cs 6 ± 1 0 . 009 i и

Sc 11 ± 3 0.03 ± 0.01 La 34 ± 4 з + 1

С'г 42 ± 13 Н. 0. Се 65 + 6 4. 4 ± 1 5

Мп 580 ± 80 91 ± 18 Sir. 5 4- 1 0. 5 ± 0 2

Fe 28000 ± 3000 45 t 20 Eu l.C + 0 2 0. r ± 0 02

Со 10 ± г 0.4 х 0.1 Tb 0.4 ± 0 .5 0. 03 + с 01

Zr 160 ± 50 1.3 ± 1.0 Hf 6 ± 1 0. 06 ± 0 02

Вг 7 ± 3 2 ± 1 Yb 3.5 ± 1 2 0.12 ± 0 40

Rb 120 ± 11 0.35 0.10 Til 10 ± 2 0.33 ± 0 11

Известно, что процессы накопления и перераспределения химическ] элементов в определенной мере зависят от их рертикального распред! ления в почва, поэтому нами были исследованы два почвенных рязре

(орошаемые-луговые и болотно-луговые), где изучалось вс.тикальное распределение 20 химических элементов по отдельным горизонтам. Полученные результаты свидетельствуют о то*, что в этих разрезах в нижних горизонтах болотно-луговых почв наблюдаются более высокие концентрации К, Бс, Мп, Га, Со, ¿п, Вг, Юз, Се, Се, Бл:, УЬ, ТЪ, а в орошаемо-луговых почвах- К, Эс, Мп, Ре, Со, Хп, Ей.

Более низкие концентрации в нижних горизонтах наблюдаю"1Я для Ка и НГ, а для остальных элементов зависимость концентрации от глубины носит более сложный характер.

.Еще одным аспектом применения многоэлементной аналитики является составление крупномасштабных картосхем горизонтального распределения микро- и макроэлементов в почвах. В рамках настоящей работы составлены крупномасштабные картосхемы валовых и подвит ых форм для 20 элементов дв,х хозяйств Центральной оерганы и установлено крайне неравномерное распределения элементов в пахотном слое почвы даже в пределах одного хозяйства.

В исследованиях органов хлопчатника обнаружено, что происходит крайне неравномерное распределение и накопление химических элементов отдельными органами хлопчатника. Преимущественно все химические элементы накапливаются в листьях.

Основные выводы дисертац и заключаются в следующем:

1. Разработаны и усовершенствованы методики многоэлементного ИНАА почв, растений с пределами обнаружения от 10~3г/г до 10*8 г/г;

2. Впервые разработана методика ИНАА марганецсодержащих удобрений типа Мп304-п(Н20) и определен их примесный состав;

3. Для некоторых типов почв, впервые разработана методика количественного РСА;

4. Впервые предложен и использован комплексный подход . ля изучения биогеохимического и экологического состоян"ч почв, подсчета баланса микроэлементов в системе "почва-окружающая среда";

5. На основе применения разработанных методик ИНАА и РСА:

- определены микроэлементные составы обычного серозема и типичных луговых, орошаемо-луговых и болотно-луговых почв, изучены корреляционные связи 20 химических элементов;

- установлено, в целом, загрязнение почв хлопкосеющих регионов Республики БЬ, Вг, РЗЭ;

. ^оставлены крупномасштабные картосхемы распределения валовы подвижных форм для 20 химических элементов (для некоторых хозяйс и показано крайне неравномерное распределение химических эдеме* в пахотном горизонте, даже в пределах одного типа почв и хозяйст 6. Показана переспектиьность использования инаа в почвенные исс дованиях в плане многоэлеиентности х я решения экологических зад

основные результаты м положения диссертации опубликованы в 8 научных работах,

1. Применение многоэлементного инструментального нейтронно-акти ционного анализа для оценки элементного состава почв хлопкосею зон Узбекистана./Кузиев Ш.А.. Чупринин М.В., Хатамов Ш., и др./ кн.: Тезисы докладов XI Всесоюзная конференция Биологическая р микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицин Самарканд. 1990,- с.524-525.

2. Хатамов Ш., Кузиев Ш.А. особенности накопления отдельных элем* тсв растениями в пределах рудного поля.//Там же,- с.239-241.

3. кугиев ш.А., Чупринин М.В. многоэлементный инструментальный ш тронно-активационный анализ почв хлопхоссющих зон Узбекистана./« кн.: Тезисы докладов I делегатского съезда почвоведов Узбекистан; Ташкент, 1990,- с.112-113.

4. Некоторые общие закономерности накопления химических элемет растениями. /Хатамов Ш. , Кист A.A., Тиллаев Т., Кузиев Ш.А. и дг Там же.- с.172.

5. Еиогеохкмическая оценка химизма почв некоторых хлопкосеющих хс яйств Узбекистана./Хатамов ш., кист A.A., Тиллаев Т., кузиев Ш.А. Там же.- с.173.

6. Биогеохимическая оценка состояний почв и растений хлопкосеюш хозяйств Узбекистана./Хатамов ш., Тиллаев т., Кузиев ш.а. и др. Ташкент, 1991,- 20с. (препринт ияф ан руз; р-з-520).

7. К вопросу о взаимосвязи параметров распределения химических эл ментов в почвах с их физико-хииичесхими свойствами. /Хатамов Ш. , К зиев ш.А., тиллаев т., Хак,.аев м.// хлопководство.- 1994.- »г.- с

8. Рентгеноструктурный анализ минералогического состава почв Фе ганской долины./Тиллаев Т., Калонов М., Кузиев ш.А., Хатамов ¡п., Ташкент, 1994.- ис. (Препринт ИЯФ АН РУз; р-3-608).

АННОТАЦИЯ

Диссертация такомпллаштпрплган пнструментал нейтрон-актпва-цп'-т тахлпли (ИНАТ) ва рентген структурами (РС) усулпнп хуллаб Республика на Марказиа Фаргонашшг тупрога ва успмлпкларп (руза)да элементларнпнг мшсдорп, такспмот конунпятлара ^ харакат-чан шаклларпнп урганнш, шу орхалп тупродагаг бпогеохпмиявпй ва экологпк холатпнп бахолашга багашланган.

ИНАТ усулипппг злементлар мпвдорпни анвдлашнпнг куп зле-ментлплпги нмконпятларп (20 дан ортпк) тупрохг I кенг куламлп урганпшга тадбпк этплдп. Бу усул учун намуна тайёрлашдаги, унп реактор хурплмаспда нурлантнрпшдагп ва унда хоспл булган раднонукльдларнп улчашдагп пардпал хатолпклар анпхландп, уларпп мумкпн хадар камайтпрпш пулларп курсатплдп, бунпнг натнжа-спда тупрок, успи.тпк ва баъзп бпр угптлардагп хпмпявпп элемент-лар мпкдорпнп анпклашнппг кенг куламлп ИНАТ усулпнпнг оптп-мал варпантларп яратплдп. РС усулп тупрокнпнг минерал кпсмпни урганпш учун такомпллаштпрплдп, бунпнг натпжаспда тупрок стандартп (СП-3) ва Марказпй Фарронаппнг утлок тупрокларида & шшерал урганнлдг

ТУпрокнннг бпогеохпмпявтш ва экологпк холатпнп бахолашда комплекс ёндошпш таклиф килпндп, пахта экпладиган майдонлар тупро-гада элементларнпнг тзтланпшпда туташ мухнтлар (атмосфера ёганларн, к}' лланплаётган минерал угатлар ва сугорпшда пшлатплади-ган сувлар олпб борплган тадкпкотлар ва илмпп адабпёт^ар ёрдампда) нпнг роли урганплдп ва асоснй манба х}'п:1аш1лаётган минерал угптлар эканлпгп анпкландп, бунпнг натпжаспда бпр катор онхр ..¿еталлар (Вг, БЬ) ва подпр ер элементларп бплан пфлосл?-шп даражасп турлп усуллар бплан курсатплдп.

Бу бажарплган тадкпхотллрнц батафспл утказпш учун рпвожлап-ган саноат шахарларпдан узовда, (тоза жоп спфатпда) Марказпй Фар-ронада жойлашгап пккп (Накопи ва " Гпгант") жамоа хужалиги тупрок-ларпнпнг элемент таркпбшт горцзонтал ва вертпкал такспмотларп, шу худуд тупрогада устпрплган руоа органларида уларнпнг такспмла-нппш урганплдп.

ABSTRACT

The dissertation is dedicated to studies of elemental content, ◦ eleuent distribution regularites and their mobile forms in soils and plants (in partucular, cotton-bush', of the Repablic and of the Fergana valley using refined INA and X-ray structural methods of analyses and also to assesment of biogeochemical and enviromental states of soils. Multielemental (more than 20) analysis capability of INAA has been utilized for large scale studies of soil states. This method has been applied in sampling, reactor irradiation and in estimation of produced radionuclides partial errors.

Suggestion has been made on diminishing these errors. Optimal versions of INAA has been developed for chemical elements content determinations on a large scale in plants and some fertilizer; X-ray structural method for studies of mineral part of soils has been refined and, as a result, 8 minerals have been studied in standard (SP-3) and in Central Fergana midows soils.

A complex approash for estimation of soil biogeochemical and enviromental states has been suggested. The role of contacting natural media in accumulation of elements in the soil of cotton plantations has been studied and chemical fertilizers have been found to be the main source of those elements. As a result the degrees of soil contamination by a number of heavy metals (such as Sb, Br) and by rare earths have been studied using differend methods.

In order to exclude the influence of industrial pollutions experimental sites for studies of horizontal and vertical element distributions in soils and distributions of elements in organs of cotton bush planted have been chosen far from industrial centers, namely, in two Centeral Fergana collective farms (Mavoi and "Gigant")