<<
>>

Регионы биосферы и исследованные биогеохимические провинции СССР, входящие в состав некоторых регионов биосферы

Таежно - лесной нечерноземный регион биосферы. Биологические реакции организмов в этом регионе биосферы определяются недостатком кальция, фосфора, калия, кобальта (7 3%)-*-, меди (70%), йода (80%), молибдена (55%), бора (50%)» цинка (49%), достатком марганца (7 2%), относительным избытком стронция (15%), особенно в поймах рек.

Почвы здесь кислые дерново-подзолистые, подзолистые, супесчаные, песчаные, торфяно-болотные, пески.

Для характеристика биогеохимических зон по содержанию микроэлементов в растениях удобно пользоваться средними укосами пастбищных трав, так как при этом сохраняется естественное соотношение между отдельными видами, могущими в различной степени концентрировать химические элементы.

Содержание и соотношение микроэлементов в пастбищной траве таежно-лесной нечерноземной зэны близко к следующим величинам (в среднем):

j

Со

Мо

Си

Zn

Мп

Fe

Количество микроэлементов в мг/кг су кого вещества растений

0,10

0,25

1,03

5,5

20

70

100

Соотношение с I

1

2,5

10,0

/>55

200

700 Ю00

Лесостепной, степной черноземный регион биосферы (включает серые лесные почвы). Биологические реакции организмов определяются достаточным количеством кальция, кобальта (96-77%), соответственно для серых лесных и черноземных почв, меди (72-76%), марганца (75-71), иногда 'недостатком подвижного марганца, сбалансированностью йода, молибдена с другими элементами, иногда недостатком калия, редко - бора, часто - 4gt;ocqbopa.

Содержание и соотношение микроэлементов в пастбищных растениях черноземной зоны близки к следующим величинам (средние):

j

Со

Мо

Си

Zn

Мп

Fe

Количество микроэле- ментов в мг/кг сухого вещества растений пастбищ

Соотношение с I

0,2

1

0,32

1,6

0,92

4,6

6,2

30

24

120

50

250

200

1000

Черноземные почвы наиболее благополучны по содержанию микроэлементов в них и в растениях.

В лесостепном, степном черноземном регионе обычно не встречаются биологические реакции, характерные для других зон. Эндемическое увеличе-

Процент встречаемости указанных признаков среди образцов исследованных почв.

ние щитовидной железы и зоб встречаются иногда на серых лесных почвах, часто в поймах рек и не выщелоченных черноземах.

Важно отметить, что пойменные почвы, по—видимому, независимо от зоны имеют некоторые общие черты по содержанию и соотношению в них микроэлементов. Микроэлементы в растениях пойменных пастбищ характеризуются величинами (в среднем):

j

Со

Мо

Си

Zn

Мп

Ке

Количество микроэлементов, в мг/кг сухого вещества растений Соотношение с I

0,16

1

0,21

1,3

0,58

3,6

5,5

34

12

75

70

440

170

1062

Подкормка высокопродуктивных животных солями микроэлементов, солями йода (в местах распространения эндемии зоба) дает положительный эффект.

Сухостепной, полупустынный, пустынный регион биосферы. Биологические реакции определякгся здесь повышенным содержанием сульфатов, бора (88%), цинка (76%), часто - стронция (47%), относительно высоким молибдена (более 40%), относительно низким - йода (80%), меди (около 40^ и иногда кобальта (52%), в некоторых пустынных районах — избытком нитритов и нитратов (возможна эндемия матгемоглонемии).

Соотношение и содержание микроэлементов в пастбищах этой зоны характеризуются следующими величинами (в среднем):

j

Со

Мо

Си

Zn

Мп

Fe

Количество микроэлементов, в мг/кг сухого вещества растений Соотношение с I

о,2;

1

В 0,73 3,2

2,44

10,6

5,7

25

17

74

40

170

450

1956

Здесь на 1 часть йода приходится 3,2 части кобальта. Такое относительно высокое содержание кобальта может в некоторых случаях оказать тормозящее действие на функцию йода. Высокое содержание молибдена по отношению к меди (на 1 часть меди приходится около 0,43 части молибдена, иногда даже 1,0, тогда как в лесостепном, степном черноземном регионе - 0,15, в таежно-лесном нечерноземном регионе - 0,19) может быть причиной нарушения обмена меди, что наблюдается при эндемической атаксии. В сене отношение молибдена к меди : также смещено в этих условиях и равно в среднем около 0,5, тогда как для таежно-лесного нечерноземного, лесостепного и степного черноземного регионов оно равно соответственно 0,04 и 0,16,

Отношение цинка к меди в пастбищных растениях лесостепного, степного черноземного (равно 3,9) и таежно—лесного нечерноземного (3,6) регионах является, вероятно, более благоприятным для животных по сравнению с сухостепным, полупустынным, пустынным регионом, где оно понижено (около 3), и особенно речных пойм (2,2).

Почвы нейтральные и щслочно— бурые, пустынно-степные, светло-каштановые, солонцеватые, солончаковые, солонцы, песчаные, лугово-степные.

Горные per и он ы биосферы на различных высотах имеют различную биогеохимическую характеристику. Биологические реакции разнообразны и определяются изменчивыми концентрациями и соотношением многих химических элементов, недостатком йода (95%) и иногда недостатком кобальта (31%), меди (28%), цинка (24%), избытком в некоторых случаях молибдена, кобальта, меди, свинца, цинка, стронция и других элементов. Почвы горные, разнообразные.

Сравнение различных регионов биосферы по встречаемости почв с недостаточным, нормальным или избыточным содержанием (в % к числу исследованных) позволяет выявить характерные особенности регионов (Ковальский, Андрианова, 1970).

Кобальт и медь в почвах таежно-лесного нечерноземного региона в большинстве случаев (около 70%) содержатся, в среднем, в недостаточном количестве и в 25% случаев - в норме. Сухостепной, полупустынный пустынный регион характерисуется относительно низким числом почв с нормальным содержанием кобальта (около 50% случаев).

Характеристики различных регионов биосферы по количеству образцов почв с недостатком, нормальным содержанием или избытком марганца обнаруживают большое сходство.

Высокое число образцов с избыточным содержанием цинка характерно для сухостегшого, полупустынного, пустынного региона и для черноземных почв (от 60% до 80% образцов от числа исследованных). Почвы таежно-лесного нечерноземного региона в 50% случаев характеризуются недостаточным содержанием цинка. Почвы с нормальным содержанием цинка чаше встречаются в таежно-лесном нечерноземном регионе (около 45%), реже — в сухопутном, полупустынном, пустынном регионе (около 10%), Наибольшее число образцов почв с недостатком молибдена обнаружено в таежно-лесном нечер- наземном регионе, наименьшее - в сухопутном, полупустынном, пустынном регионе. Наибольший процент встречаемости почв с нормальным содержанием бора характеризует серые лесные почвы, а с избытком - сухостепной, полупустынный и пустынный регион. Избыточное содержание в почвах стронция чаще наблюдается в почвах сухостепного, полупустынного, пустынного региона и , вероятно во всех регионах в почвах речных пойм.

Большой процент почв с недостаточным содержанием йода (78 - 85%, даже 95%)» по-видимому характеризует все регионы и пойменные- почвы, но такое заключение еще мало обоснованно, так как литературные данные противоречивы и малочисленны.

Приведенные данные по содержанию в почвах кобальта, меди, цинка, марганца, молибдена, бора и стронция достаточны для обоснования заключения о характерных особенностях, присущих регионам биосферы.

Характеристика регионов биосферы по содержанию химических элементов в растениях различных семейств может быть представлена только кратко в связи с отсутствием необходимых фактических данных. Но даже материал, которым мы располагаем, представляет в этом отношении большой интерес. При сравнении растений ряда изученных семейств (злаковых, маревых, зонтичных, бобовых, сложноцветных, крестоцветных, гречишных), собранных в условиях, таежно-лесного нечерноземного региона и в условиях сухостепного, полупустынного, пустынного региона, по средней концентрации в них кобальта легко установить закономерное, более высокое содержание его в растениях сухостепного, полупустынного, пустынного региона. Создается впечатление?, что кобальт не может являться признаком таксономическим, характеризующим семейства. Его ердений уровень в изученных семействах - признак экологический. Кобальт концентрируется сильнее всего, в среднем, растениями семейств Розановых, зонтичных, сложноцветных и гречишных в условиях сухостепного, полупустынного, пустынного региона. Минимальное

его содержание, в среднем, наблюдается в условиях таежно-лесного нечерноземного региона у растений семейств маревых и сложноцветных.

Среднее содержание цинка в растениях различных изученных семейств тех же двух регионов биосферы характеризуется обратной зависимостью по сравнению с кобальтом, уровень этого элемента всегда выше в растениях таежно-лесного нечерноземного региона. Содержание цинка в растениях тех же семейств лесостепного, степного, черноземного региона занимает промежуточное положение. Исключение составляют пасленовые. Очевидно и в этом случае экологические условия регионов биосферы сильнее сказываются на способности растений концентрировать цинк, чем систематическое положение. В таежно-лесном нечерноземном регионе маревые растения, по средним данным, являются лучшими концентраторами цинка.

Растения различных семейств (ранее перечисленных) по содержанию меди не дают ясной экологической зависимости от условий регионов биосферы. Содержание в них меди является близким к средним значения» По особенности концентрировать медь в таежно-утесном нечерноземном регионе выделяются семейства губоцветных, маревых, осоковых, лютиковых, и, особенно, зонтичных, а в сухостепном, полупустынном, пустынном регионе - лилёйных, сложноцветных, пасленовых.

Молибден дает четкую закономерность: растения всех изученных семейств сухостепного, полупустынного, пустынного региона содержат в среднем больше молибдена, чем в других регионах. Наиболее выраженными концентраторами этого элемента по средним данным являются злаки и бобовые растения.

Наиболее высокое содержание бора в растениях различных семейств наблюдается в условиях лесостепного, степного черноземного региона (сем. Розановых) и сухостепного, полупустынного пустынного региона, особенно у маревых и бобовых.

Приведенные характеристики регионов биосферы по среднему содержанию в растениях ряда семейств некоторых микроэлементов показывают, что при этом имеют важное значение экологические условия регионов: именно они, в основном, а не систематическое положение определяют в большой степени способность растений концентрировать металлы.

Вез учета экологических условий трудно оценить значение химического элементарного состава растений в их систематике. Для решения этчх вопросов недостаточно основываться на среднем химическом элементарном составе организмов. Индивидуальное изучение состава растений показывает высокую внутри популяционную изменчивость их, которая часто перекрывает средние, так называемые "систематические признаки". При биогеохимичес- ком изучении субрегионов биосферы и биогеохимических провинций должны учитываться специфические адаптации организмов в условиях среды.

Регионы биосферы в пределах СССР характеризуются различным содержанием химических элементов в почвах, растениях и различными преобладающими биологическими реакциями организмов на изменчивость геохимической среды жизни. Необходимо дельнейшее исследование регионов биосферы с целью выявления их новых характерных различий (баланс химических элементов и энергии, круговорот элементов, геохимическая энергия организмов), так как регионы биосферы несомненно являются важными структурными частями биосферы, в которых организация экосистем достигает высокого уровня. Путем объединения экосистем регионов биосферы могут быть охарактеризованы закономерности строения биосферы, как единой экосистемы. С другой стороны рассмотрение регионов биосферы позволяет охарактеризовагь субрегионы биосферы и биогеохимические провинции, и на этой основе, ьероятно, может быть дана классификация ландшафтов и биогеоценозов.

T а б лица

Регионы биосферы, субрегионы биосферы и биогеохимические провинции СССР

im* 6

Субрегионы биосферы и биогеохимические провинции, в которых комбинируются признаки региона по концентрациям химических элементов, их соотношениям и специфическим биологическим реакциям

Химические эле

Распространение

Характеристика почв, вод, растений

Реакции организмов. Эндемии

менты

субрегиогов и

(кормов, пищевых продуктов)

биогеохимических

провинций

1. Таежно-лесной нечерноземный регион биосферы. Биологические реакции организмов определяются недостатком кальция, фосфора, калия, кобальта, меди, йода, бора, молибдена, цинка, достатком, в некоторых случаях - избытком, марганца, относительно повышенным содержанием стронция, особенно в поймах рек. Почвы характеризуются повышенной кислотностью

Со- недостаток По всему региону Дерново-подзолистые, подзолистые, супесчаные, торфяно-болотные, пески.В пастбищных растениях и в сене содержится кобальта 5.10""^% и меньше, иногда - до 2,4.10~^% или несколько больше. Снижение содержания кобальта в тканях; снижение витамина В^2 в печени (следы - 13 мкг%), в мышцах (следы - 5 мкг%), в молоке (следы - 3 мкг на литр). Ослабление синтеза витамина В121 белков, нуклеопротеидов; понижение основного обмена. Понижена мясная и шерстная продуктивность, воспроизводство. Ослаблены иммунно-биологические свойства. Акобальтозы, гипо- и авитаминозы В12* Болеют овцы, реже- крупный рогатый скот, редко - лошади и свиньи.
Си - недостаток Распространены по региону, особенно на торфяных почвах Дерново-подзолистые, подзолистые, су- . песчаные, песчаные, торфяно-болотные, пески. В пастбищных травах и сене недостаток меди, 30% проб - ниже 3.10""^%, даже 7,2.10-^%. Может быть снижение содержания меди в крови в 3 раза, в печени в 30-40 раз; повышенное содержание железа в печени в десятки раз. Ослаблен синтез окислительных ферментов. Анемии у овец, крупного рогатого скота, реже у других видов.

к»

чgt;

ugt;

о

Химические эле

Распространение

Характеристика почв, вод, растений

Реакции организмов. Эндемии

менты

субрегионов и

(кормов, пищевых продуктов)

биогеохимических

провинций

Си + Со недостаток

Распространены, особенно в болотистых местностях, на торфяных почвах

Дерново-подзолистые, подзолистые, супесчаные, песчаные, торфяно-болотные, пески. В пастбищных растениях понижено содержание меди и кобальта (меди около 3.10"^- 7,2.10-5%, кобальта около 5.10""®)

Ослабление синтеза витамина В12 и окислительных ферментов. Акобальтозы, гипо- и авитаминозы В 12, осложненные недостатком меди; болеют овцы и крупный рогатый скот, реже - другие виды.

j - недостаток

Распространены по всему региону

Дерново-подзолистые, подзолистые, супесчаные, песчаные, торфяно-болотные, пески. 75% образцов почв содержат йода меньше 1.10~4%, из них 25% - меньше 1.10 °%; вода 40% исследованных ис-

Q

точников 6.10"" -3.10 %. Низкое содержание йода в кормах и пищевых продуктах; 75% проб пастбищных растений содержат йода меньше 8.10"®% до 2.10~^%.

Нарушение обмена йода и синтеза иодированных аминокислот и тироксина щитовидной железой; уменьшение синтеза белков. Наблюдается у всех видов домашних животных и у человека, чаще - у овец, козлят, телят. Недостаток йода снижает воспроизводство. Введение в рацион йода уменьшает яловость.

Со + J недостаток

Встречаются в некоторых районах Ярославской области, Марийской АССР и др.

Дерново-подзолистые, супесчаные, песчаные. Пониженное содержание одновременно йода и кобальта в кормах и пищевых продуктах.

Нарушение обмена йода и синтеза тироксина усиливается недостатком кобальта. Эндемическое увеличение щитовидной железы и эндемический зоб, чаще у овец и человека.

J - недостаток,

Мп — повышенное содержание

Некоторые районы Марийской АССР, Татарской АССР.

Дерново-подзолистые, супесчаные, песчаные. Пониженное содержание йода, повышенное - марганца

Нарушение обмена йода вызывается недостатком его и усиливается избытком марганца. Эндемическое увеличение щитовидной железы и эндемический зоб-

Са - недостаток Sr - относительный избыток

Встречаются в восточных районах Читинской области, Зейском районе Амурской области, некоторых районах Тувы и др., а также в поймах многих рек региона.

Дерново-подзолистые, песчаные, луговоболотные, — на деллювии и аллювии. Недостаток кальция, фосфора, йода, меди, кобальта; избыток стронция и бария, отношение кальция к стронцию - понижено. В растительных кормах и продуктах питания уменьшено содержание Са, увеличено стронция, уменьшено отношение кальция к стронцию.

Нарушение обмена кальция, фосфора, серы в эпифизарном хряще; нарушен рост и формирование костной ткани (карликовый рост). Понижено отношение кальция к стронцию в костях. Уровская болезнь; болеют человек, домашние животные, дикие животные - в молодом возрасте.

Са + Р - недо- таток

Во многих местах региона, в частности - в центральной • нечерноземной зоне, в Барабинской низменности и гтп_

Низкое содержание кальция и фосфора в кормах и растительных пищевых продуктах; в Барабинской низменности: кальция - 0,2-0,5, фосфора - 0,13-0,18%.

Нарушение обмена кальция и фосфора в организме, в частности, в костной ткани; истощение. Заболевание костно-суставной системы у рогатого скота, овец, лошадей, чаще в молодом возрасте.

2. Леостепной, степной черноземный регион биосферы. Биологические реакции определяются достатком, реже избытком, кальция, достатком кобальта, меди, йода, иногда недостатком калия, подвижного марганца, часто недостатком фосфора. Почвы нейтральные или слабо щелочные


Сухостепной, полупустынный, пустынный регион биосферы. Биологические реакции определяются повышенным содержани- ' ем натрия, кайьция, хлоридов, сульфатов, часто - бора, иногда - молибдена, недостатком _ меди,иода, марганца, в некоторых случаях - избытком нитратов. Почвы характеризуются нейтральной и щелочной реакцией

Химические элементов

Распоостоанение субригионов и

биогеохимических

провинций

Характеристика почв, вод, растений (кормов, пищевых продуктов)

Реакции организмов. Эндемии

Cu - недостаток или норма; SO^ и Мо - относительный избыток

J

Дагестан — Терско— Сулакская низменность, некоторые районы Узбекской ССР, Азербайджанской ССР, Ставропольского края, Грузии, Актюбин- ской обл.,Кулундин- ских степей

Лугово-степные, солончаковые, глинистые, суглинистые, песчаные почвы. В пастбищных растениях недостаток меди или достаточное количество, избыток сульфатов и молибдена; отношение меди к молибдену от 1:1 до 1:1,33

В центральной нервной системе пониже, но содержание меди, ослаблена функция окислительных ферментов, усилена — ка- талазы; полушария головного мозга иногда недоразвиты; наблюдается демиэ линизация центральной нервной системы нарушена координация движений, судороги, параличи. Эндемическая атаксия и параплегия. Заболевают ягнята, реже козлята, телята, овцы, жеребята, буйволята.

В - избыток

Ар ало— Каспийская низменность, Кулу- ндинские степи, Ка- ра-Калпакская АССР, Актюбинская обл. и др.

Бурые, пустынно-степные, светло-каштановые, солонцеватые, солончаковые, солонцы (4.10~[V]-2,8.1СГ2%).В пастбищных растительных пищевых продуктах содержание бора повышено (1,5.1с)""4- 1.10" %). Исключение составляют злаки, не концентрирующие бор.

При накапливании бора в животном орга низме нарушается борвыделительная функция почек, понижается активность амилазы и, частично, протеиназ пищеварительного тракта (овцы, человек). Эндемические борные энтериты, иногда сопровождающиеся пневмониями. Болеют овцы, верблюды, человек.

Нитрат натрия - избыток

Встречаются в пустынях Средней Азии

В кормах - избыток нитратов

Эндемическая метгемоглобинемия

Различные горные Горные подзолистые, карбонатные, серо— регионы: Карпатский, земы и др.

Кавказский, Крымский, Т яньшаньский и др.

Субрегионы биосферы и биогеохимические провинции, признаки которых не соответствуют характеристике региона.

Со - избыток

Некоторые районы

Азербайджанской

ССР

Каштановые, бурые, лесные, обогащенные кобальтом. Пастбищные растения обогащены кобальтом

Усиление синтеза витамина В^2

Си - избыток

Некоторые районы Башкирии, Южного Урала

Степные сероземные и каштановые, черноземные, лесные'подзолистые, супесчаные, обогащенные медью. Высокое содержание меди в пастбищных растениях, в сене, в пищевых продуктах

Избыточное отложение меди во всех органах; прогрессирующее истощение. Эндемическая анемия, гепатиты, иногда цирроз печени. Болеют овцы и другие виды. У человека эндемическая нормо- хромная и гипохромная анемия, возможны гепатиты.

М о - избыток

Армения - Анка- ванская провинция

Каштановые, бурые лесные. В почвах отношение молибдена к меди повышено. В пастбищных растениях высокое содержание молибдена (9.10-4%) и низкое меди (1.10—4%). Отношение молибдена к меди высокое.

Увеличенное содержание молибдена в тканях, повышенный синтез ксантино- ксидазы; уровень мочевой кислоты повышен в 2-4 раза. Эндемическое нарушение пуринового обмена у овец и крупного рогатого скота. Эндемическая 'молибденовая' подагра у человека.

- избыток

Районы Актюбинском Кустанайской, Оренбургской, Челябинской обл., Башкирской АССР

Светлокаштановые, темнокаштановые, солонцеватые, солонцы, суглинистые, лежащие на серпентинитах, обогащенных никелем. Увеличено содержание никеля в пастбищных растениях до 20 раз. Иногда недостаток кобальта, марганца.

Увеличено содержание никеля в тканях, особенно эпидермальных; значительное отложение никеля в роговице глаз (4.10“^%). Атипичное течение кожных заболеваний, остеодистрофия крупного рогатого скота. Заболевают ягнята и телята

Химические элементы

Распространение субрегионов и биогеохимических провинций

Характеристика почв, вод, растений (кормов, пищевых продуктов)

Реакции организмов. Эндемии

Pb - избыток

Армения - Актыз- ская, Ахталыкская провинции

Каштановые, бурые лесные. Содержание свинца в них повышено (7,6.10"^ - 1,2.10~^%). В растениях повышено содержание свинца ( п 10"*^- п 10~^%). Растительные пищевые продукты обогащены свинцом в 2—5 раз, иногда — в 10

Организм животных и человека обогащен свинцом (человек в сутки получает с пищей около 0,7-1,0 мг свинца). У людей - эндемические заболевания (цефалгии, миалгии, ишиалгйи и др.)

F - избыток

Кольский полуостров — Апатиты, провинции Центральной Якутии, Казахстана и др.

раз.

Фтор мало адсорбируется почвами. Содержание фтора в природных водах в среднем выше 5.10~5%(2-4 мг/литр воды). Растения мало концентрируют фтор. Иногда в растениях фтор теряет токсичность

(например в люцерне)

Дистрофия эмали зубов. Нарушение окостенения, деформация костей, сужение полости костномозгового канала. Флюороз, пятнистость эмали зубов. Поражаются животные и человек.

F — недостаток

Провинции в различных регионах

- Содержание в воде ниже 5.10*“5%.

В эмали и дентине зубов снижается содержание фтора. Эндемический кариэз зубов. Поражаются животные и человек.

Мп — недостаток

Провинции различных регионов

Содержание марганца в костях уменьшается. Ослабляется активность фосфатаз, |фосфорйлазы,. изолимонной дегидрогеназы. Перозис у птиц.

Se - недостаток

Районы Читинской, Амурской, Иркутской, Кировской, Архангельской, Сверgt;- дловской, Псковской областей, Центральной Якутии, Литовской, Латвийской, Эсктонской ССР, Марийской, Удмуртской АССР

Содержание селена в растениях низкое, например, 0,01 - 0,001 мг%.

Уменьшение активности глютотион-пе— роксидазы. Беломышечная болезнь.

/>Se — избыток

Провинция Тувинской АССР (Барыкская долина)

Повышено содержание селена в светло- каштановых и каштановых супесчаных почвах (8.10""5 - 9.10“6%5 2.1СГ4- 4.10‘~4). В растениях повышено содержание селена ( 3,4.10““^-1,3.10“^%).

Деформация копыт, потеря шерстного покрова, гипохромная анемия. Селеновый токсикоз* овец, крупного рогатого скота и других ВИДОВ.)

Zn — недостаток

Узбекистан, Таджикистан. Лёссовые равнины у предгорья Туркестанского и Зарав- шанского хребтов, Голодной и Кар- шинской степей.

Светлые, типичные, темные сероземы. Содержание цинка в 1,5-2 раза понижено Содержание цинка в растениях понижено до 7,5-2,5 мг/кг сухого вещества

Понижение содержания цинка в крови . до 1,8 мг/л, в шерсти в 2-3 раза. Понижена активность ряда цинк-содержащих ферментов. Эндемический пара- кератоз.

Li - избыток

Узбекистан, среднее и нижнее течения Заравшана

Сероземы, серобурые почвы, содержание лития может быть высоким 66—109 мг/к В растениях содержание лития может быть повышено в 2,5-3 раза и больше.

Возможны морфологические изменения г. и патология растений

Необходимым методом биогеохимического районирования служит биогео- химическое картирование, основанное на количественной характеристике звеньев биогеохимической пищевой цепи (химический элементарный состав почвообразующих пород, почв, вод, растений, животных организмов) и на данных геохимической экологии: пороговых концентрациях химических элементов в объектах геохимической среды, в кормах, пищевых продуктах, пищевых рационах, концентрировании химических элементов организмами, точках приложения их к ферментным реакциям на многообразных путях метаболизма и возникновении биологических реакций растений и животных, в частности, эндемий.

Последовательные пути биогенной миграции элементов в биосфере (звенья биогеохимической пищевой цепи) могут быть показаны серией карт, на которых нанесены количественные данные о содержании химических элементов в породах, почвах, водах, растениях, кормах, пищевых продуктах, в растительных и животных организмах и о биологических эффектах, в частности, эндемиях. Такими картами могут быть литологическая, почвенная и климатическая, гидрологическая, геоботаническая, административная карты. Перечисленные карты, как фундаментальные, могут служить основами для комплексного биогеохимического картографирования территорий различного размера. В результате могут быть получены производные карты биогеохимического районирования (сравнить, Сочава, 1965), Практическое использование биогеохимического районирования облегчается при учете данных о распространении культурных растений, плотности животноводства, химического состава кормов, плотности населения, химического состава средних рационов, распространения эндемий и нанесения этих материалов на административные карты (Лебедев, Авцын, 1965). Большое значение могут приобрести био- геохимические подходы к агрохимическому районированию микроудобрений (Пейве, 1958; Каталымов, 1965; Макеев, 1967).

Из сказанного следует, что биогеохимическое картографирование результатов комплексной работы различных специалистов (биогеохимиков, географов, почвоведов, гидрохимиков, геоботаников, зоотехников, агрохимиков, медицинских и ветеринарных врачей, биохимиков, антропологов) требует тщательной координации их усилий при получении и обсуждении информации.

В настоящее время интенсивно разрабатываются методы медицинского географического картографирования (Мешенко, 1964, 1968; Мещенко ри- маиович, 1968; Симанович, 1968; Игнатьев, 1968); в основу исследований кладутся представления о биогеохимических провинциях (Виноградов,

19 38), биогеохимическом районировании и геохимической экологии, биогеохимических пищевых цепях и пороговых концентрациях химических элементов во внешней среде (Ковальский, 1957, 1971) или геохимических ландшафтах (Полынов, 1946; Перельман, 1966).

Многие из таких производных карт, созданных на основе фундаментальных, могут иметь самостоятельное значение, например, геохимическая карта распределения химических элементов в породах, изготовленная на литологической основе (Ферсман, 1955; Щербаков, 1931), карты распределения микроэлементов в почвах (Ковальский, 1957, 1971; Пейве, 1960), растительном покрове или в природных водах. Но когда эти карты построены по единому плану всех звеньев биогеохимической пищевой цепи, когда вся их серия одномасштабна, они при наложении позволяют открыть новые закономерности биогеохимического районирования, эффектно показывая единство жизни и геохимической среды. Они позволяют представить формы дифференциации жизни, организмов, живого вещества в биосфере не только по делению на таксономические единицы и группы, но и по функциональному признаку пороговой чувствительности организмов к определенным концентра-

циям химических элементов. Кроме того, этим путем могут быть установлены связи между геохимическими свойствами среды и распространением био- геохимических эндемий.

При биогеохимическом картографировании одной из основных служит литологическая геохимическая карта с количественными данными о содержании химических элементов в породах. Такая карта дает картину концентрации ряда элементов и их связи с определенными литологическими и петрографическими комплексами (Ферсман, 1933, 1934, 1955). Д.И. Щербаков (1931) считает, что должен быть разработан один способ геохимического картирования, при котором на литологическую карту наносятся не только соответствующие химические элементы, но и отмечаются на ней типы тех процессов, с которыми связаны или накопление или миграция отдельных элементов.

Геохимическое картографирование еще мало разработано, поэтому в каждом отдельном случае картирования биогеохимической провинции на основу топографической литологической карты наносится количественное содержание химических элементов по материалам собственных исследований. При сопоставлении такой карты с картами рельефа, гидрохимии и биогеохимическими картами, полученными на основе почвенной и геоботанической, возникает возможность обсуждения биогеохимической характеристики изучаемой местности.

В зависимости от условий биогеохимическими картами могут охватываться различные территории - от нескольких кв.км (20-30 км^), например, молибденовые провинции Армении, до многих тысяч кв. км, например, борная биогеохимическая провинция Сев. Казахстана, занимающая площадь более 200 тыс. кв. км. Биогеохимические карты могут охватить не только провинции, субрегионы и регионы биосферы, но и административные области, государства, материки и, конечно, очень важным является составление обзорной карты биогеохимического районирования Мира.

Естественно, что для разных условий биогеохимического районирования карты могут иметь разный масштаб. При биогеохимическом районировании выбор масштаба основывается на тех же критериях, как при составлении медико-географических карт (Шошин, 1962; Лебедев, Авцын, 1965). Крупномасштабные (топографические) карты отдельных провинций и субрегионов биосферы, районов, областей (1:50000, 1:200000), как и среднемасштабные (от 1:200000 до 1:1000000) являются ценными для выявления и характеристики биогеохимических ситуаций и практического использования. Большие биогеохимические провинции могут быть представлены в масштабе 1:1000000 и даже 1:2500000. Карты более мелких масштабов (1:5000000, 1:10000000) являются обзорными, обобщенными и пригодны для биогеохимической характеристики страны и материков (Шошин, 1962).

При составлении крупномасштабных биогеохимических карт, например, карт субрегионов биосферы, образующихся над рудными телами, может использоваться метод нанесения картографической сетки и изолиний концентрации химических элементов в почвах и растениях.

Картирование биогеохимических провинций с целью составления крупномасштабных карт, если провинции занимают большие площади (сотни, тысячи кв. км), требует дорогостоящей организации специальных полевых работ. Поэтому, пи'ле осмотра местности с предполагаемой биогеохимической провинцией и сопоставления ее с необходимыми геохимической, почвенной и др, картами, ограничиваются картированием с помощью маршрутных разрезов местности, выбранных с расчетом получения биогеохимической характеристики изучаемой провинции или субрегиона биосферы. Разработка методов картирования на основании аэрофотосъемки может приобрести большое значение при биогеохимическом районировании (Сочава, 1965; Шошин, 1962).

Успехи биогеохимического картографирования зависят от удачного выбора химических элементов (Ковальский, 1958; Шошин, 1962), В первую очередь должны быть картированы биогеохимические провинции с недостатком или избытком тех элементов, для которых известны точки приложения к процессам обмена веществ, например, кальций, магний, фосфор, железо, медь, кобальт, молибден, марганец, стронций, йод, фтор, селен, бор, литий.'

При выборе химических элементов необходимо выделять ведущий элемент, имеющий определенную роль в обмене веществ, но следует изучать также вторичные химические элементы, действие которых может быть связано с ведущим (биогеохимические условия территории распространения эндемических заболеваний). Исследование большого числа химических элементов в среде и в тканях организмов при их различном функциональном состоянии могут дать некоторые указания на роль отдельных элементов в обменных процессах. Но в таких случаях эти элементы должны изучаться в условиях моделирования. В первую очередь необходимо изучить их обмен в зависимости от функционального сотояния организма и установить активную форму соединения исследуемого элемента,

Биогеохимическое картирование, применяемое при изучении биогеохимичес- ких провинций и субрегионов биосферы, как ранее указывалось, результат комплексного изучения территории. Оно проводится путем наложения на карту геохимических провинций карты распределения элементов в почвах, водах, растениях и, наконец, в животных организмах с учетом ареалов биологических реакций растениях и животных, в частности, эндемий.

Выделение внутри провинции территорий с различной степенью проявления определенного эндемического заболевания или изменений обмена веществ, вызываемых определенным химическим элементом, это общее явление для всех изученных провинций и субрегионов биосферы. Во всех случаях мы должны изучать внутри субрегиона биосферы постоянные биологические эффекты, проявления эндемического заболевания, районы изменений химического состава организмов и обмена веществ (географическая патология, Авцын, 1964, 1972), районы возможных изменений обмена* веществ и появления эндемий (потенциально опасные территории и районы свободные от эндемий), выделяя таким образом биогеохимические провинции.

При чтении карт биогеохимического районирования можно получить информацию о возможной изменчивости у растительных и животных организмов обмена веществ, о зависимости его от геохимических условий среды. Данные геохимической экологии могут охватывать огромные территории, характеризуя в различных их частях общую направленность и специфические изменения обмена веществ. Из сказанного следует, что биогеохимическое районирование и картографирование - это важные способы изучения биосферы, раскрытия картины ее биогеохимического строения.

Биогеохимическое районирование позволяет охарактеризовать регионы биосферы, субрегионы биосферы и биогеохимические провинции различными реакциями организмов на разное содержание химических элементов в окружающей среде. Эти реакции организмов показывают закономерную изменчивость, обмена веществ у животных, вызываемую разнообразными, но определенными геохимическими условиями среды. Геохимическая экология (Ковальский, 1958,1974              ), таким образом, объясняет географическую изменчивость

обмена веществ, определяемую геохимией окружающей среды.

Геохимические провинции с резко выраженным избытком или недостатком химических элементов являются центрами с особенно сильно выраженной изменчивостью обмена веществ и синтезов биологически активных соединений в живых организмах, обостренного естественного отбора на основе изменчивости химических признаков, выработки приспособительных изменений

обмена веществ, ведущих к сохранению вида, усиленного расхождения химических и физиологических признаков, и, следовательно, возникновения новых физиологических или химических разновидностей. Значение биогеохимических провинций, как центров обостренного эволюционного процесса, предугадывал А.П. Виноградов (1938) в своей первой работе, посвященной биогеохимичес - ким провинциям.

Изучение вопросов геохимической экологии и биогеохимического районирования представляет не только естественноисторический интерес, но является важной основой развития краевой медицины, ветеринарии и зонального применения подкормок животных микроэлементами, нормализугацих питание и повышающих продуктивность. Биогеохимические исследования в области медицинской и ветеринарной географии должны рассматриваться в связи с выявлением роли биогеохимической среды в возникновении и течении различных заболеваний, а не только геохимических эндемий (Бабенко, 1965; Ковальский, Ноздрю хина и др., 1973; Ковальский, 1974). Нарушение обмена микроэлементов наблюдается у различных организмов в зависимости от содержания микроэлементов в рационе, что создает фон для патологии и для проявления особых симптомов болезни.

Проблема биогеохимического районирования все более усложняется в связи с изменением естественной среды жизни на Земле и все более быстрым развитием ноосферы в биосфере (LeRoy,1927; Вернадский, 1944). Деятельность человека делается могущественной геологической силой, преобразующей биосферу (искусственные пресноводные континентальные моря, изменения направления течения рек, сведение лесов, распашка целинных земель, искусственное орошение, удобрение почв микро- и макроэлементами, выведение новых сортов растений и пород животных, организация промышленного животноводства и пр.). Биосфера загрязняется отходами химической промышленности и транспорта, применением в сельском хозяйстве гербицидов, пестицидов, дефолиантов. Создаются условия, оказывающие значительное влияние на биогенную миграцию химических элементов в биосфере. В некоторых случаях трудно дифференцировать естественные химические факторы среды от искусственных. Поэтому при биогеохимическом районировании необходим тщательный анализ происхождения биологических эффектов у человека, животных, растений и микроорганизмов и в каждом случае установление причинных связей между морфологическими и биохимическими изменениями организмов, с одной стороны, и факторами окружающей среды, с другой. Кроме того, при изучении биологических эффектов у человека (например, эндемических заболеваний) должны учитываться медико-санитарные и социально-экономические факторы, а при биогеохимическом изучении культурных растений и сельскохозяйственных животных - формы организации хозяйственных условий разведения, содержания и кормления животных, а также условия возделывания культурных растений.

Литература

АвцынА.П. - Предмет, задачи и методы советской географической патологии - В кн.: Проблемы географической патологии. Ин-т морф, челов.

АМН СССР. М., 1964.

АвцынА.П. - Введение в географическую патологик} М., "Медицина", 1972 Бабенко Г.А. - Микроэлементы в экспериментальной и клинической медицине. Киев. "Здоровье", 1965,

Виноградов А.П. - Биогеохимические провинции и эндемии. Докл. АН СССР,

т. 18, К? 4-5, 1938.

В ернадский В.И. - Несколько слов о ноосфере. Успехи совр. биол., 1944, т. 18, вып. 2.

Игнатьев Е.И, - Медико-географический аспект проблемы биогеохимических эндемий. - В кн.: Географические аспекты некоторых эндемических болезней в Сибири и на Дальнем Востоке. Л. "Наука", 1968.

Каталымов М.В. - Микроэлементы и микроудобрения. М.-Л. ''Химия",

1965.

Ковальский В.В. - Периодическая изменчивость химических свойств организмов и ее биологическое значение. Успехи совр. биол,, 1941. т. 14, вып. 3.

Ковальский В.В. - Новые направления и задачи биологической химии сельскохозяйственных животных в связи с изучением биогеохимических провинций. Изд-«о Мин. сельск, х-ва СССР, 1957.

Ковальский В.В. Новые направления и задачи биологической химии сельскохозяйственных животных в связи с изучением биогеохимических провинций. Изд-во Мин. сельск. х-ва СССР, 1958.

Ковальский В.В, Химическая изменчивость внутренних сред организмов и ее эволюционное значение. - Журн. общ. биол., 1965, 26, № 21.

К овальский В.В. Регионы биосферы - основа биогеохимического районирования. В кн.: Биосфера и ее ресурсы, М., "Наука"., 1971.

КовапьскийВ.В. Биологическая роль йода - В кн.: Биологическая роль йода. М., "Колос", 1972.

Ковальский В.В. Химическая среда, здоровье, болезни. - В кн.: Теория и методика географических исследований экологии человека. Ротапринт.

Ин^г географии АН СССР, 1974.

КовапьскийВ.В. Геохимическая экология. М., "Наука", 1974.

Ковальский В.В., Андрианова Г.А. Микроэлементы в почвах СССР., М., "Наука", 1970.

КовапьскийВ.В., Ноздрю хин а Л.Р. и др. Использование лекарственных препаратов, обогащенных микроэлементами, для профилактики-и терапии ишемической болезни сердца. - В кн.: Современные аспекты сердечно-сосудистой патологии и болезни обмена веществ. М., "Наука", 197 3.

Ковальский В.В., ПетрунинаН.С. Картирование борной биогеохимической провинции Северо-Западного Казахстана. Геохимия, 1970, 10.

КовапьскийВ.В., ПлетневаИ.А. Биологический ритм и суточный перио- дизм углеводной функции печени. Тр. Института акушерства и гинекологии. Изд-во АМН СССР, 1948» т. 1.

Ковальский В.В., Чулкова З.С. Проницаемость эритроцитов для катионов. Докл. АН СССР, 1955, т. 79, № 5.

Лебедев А.Д., АвцынА.П. Задачи медицинской географии и географической патологии. - В кн.: Методы медико-географических исследований. Моек, филиал географ, об-ви Союза ССР. М., 1965.

Макеев О.В. Биогеохимия и агрохимия микроэлементов в Сибири и на Дальнем Востоке. - В кн.: Микроэлементы в биосфере. Улан-Уде. 1967. МешенкоВ.М. Изучение географического распространения биогеохимических эндемий. - В кн.: Медицинская география. Иркутск. 1964.

МешенкоВ.М, Биогеохимическая ситуация в Сибири и на Дальнем Востоке и эндемические заболевания человека. В кн,: Географические аспекты некоторых эндемических болезней в Сибири и на Дальнем Востоке. Л., "Наука", 1968.

МещенкоВ.М., Симонович В.К. Опыт медико-географического картографирования ситуации, влияющей на развитие биогеохимических эндемий в Забайкалье. — В кн.: Принципы и методы медико—географ, картографирования. Иркутск. 1968.

Пейве Я.В., Почвенные условия и эффективность применения микроудобрений В кн.: Микроэлементы в растениеводстве. Рига, 1958.

Пейве Я.В. Микроэлементы ( кобальт, медь, цинк, молибден) в почвах Латвийской ССР. - Тр. Биогеохим. лаб. АН СССР, 1960, т. 12,

Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М., *Географгиз*. 1961,

Полы нов Г.Г. Геохимические ландшафты. Вопросы геохимии, минерал., петрографии. М., Изд-*о АН СССР, 1946.

Симонович В.К. Некоторые методические вопросы картирования биогеохи- мических эндемий. В кн.: Географические аспекты некоторых эндемических болезней в Сибири и на Дапьнем Востоке. Л., 'Наука'1', 1968.

СочаваВ.Т. Сопряженное картографирование при комплексных географических исследованиях. - В кн.: Картографические методы комплексных географических исследований. Иокутск, Воет. Сиб, книж. изд-во, 1965.

Тимофеев-Ресовский И.В., Яблоков А.В., ГлотовН.В, Очерк учения о популяции. М., 'Наука', 197 3,

Шошин А.А., Основы медицинской географии. М.-Л., Изд-во АН СССР,

1962.

Le Roy E.L'exigene idealiste et fait d evolution. Paris. 1927

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме Регионы биосферы и исследованные биогеохимические провинции СССР, входящие в состав некоторых регионов биосферы:

  1. Регионы биосферы и исследованные биогеохимические провинции СССР, входящие в состав некоторых регионов биосферы
  2. Структурность геопространства.