Поморский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2006 год, Том 3, выпуск 4), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

Биоэлементы привлекательны для исследователей-экологов благодаря их  физиологической роли, поддерживающей нормальное функционирование живых организмов. Марганец – важный биогенный элемент, один из десяти металлов жизни. Он содержится почти во всех живых организмах. Механизм его действия заключается в  том, что марганец активирует многие ферменты, путём образования мостиков между ферментом и субстратом. Это кофактор более 35 ферментов, важнейшие из которых –  аргиназа, холинэстераза, фосфоглюкомутаза, фосфоенолпируваткарбоксилаза и др. При высоких концентрациях катион марганца может вытеснять Mg2+ из соответствующих ферментов, становясь активатором несвойственных для него реакций. Например, вместо магния он может участвовать в активации АТФ. В растительных клетках Mn2+ содержится в основном в хлоропластах, где выполняет особую функцию, связанную с фотоокислением воды и выделением кислорода во время световой фазы фотосинтеза.
В минеральном царстве марганец содержится во всех природных средах, но, конечно же, в преобладает в литосфере. По распространенности в земной коре марганец занимает одиннадцатое место среди всех природных химических элементов. В чистом виде марганец в природе не встречается. В рудах он присутствует в виде оксидов (пиролюзит, браунит, гаусманит) и карбонатов (родохрозит, манганокальцит, манганосидерит). В горных породах минералы марганца сопутствуют минералам железа. Основной минерал, содержащий марганец, - пиролюзит (MnO2) – относительно мягкий, тёмно-серый камень. В нём 63,2% Mn. Затем марганец встречается в виде Mn2O3, составляющий минерал гаусманит. Он встречается также в природе как безводный Mn2O3 – браунит и водный – манганит (Mn2O3 * H2O). Однако в таких формах марганец не доступен для растений. Переходу марганца из горных пород в растворимые формы способствуют низкие значения pH растворов. В биосфере марганец энергично мигрирует в восстановительных условиях и малоподвижен в окислительной среде. Наиболее подвижен марганец в кислых водах тундры и лесных ландшафтов, где он находится в форме Mn2+. В кислых слабодренированных почвах возможно проявление марганцевой токсичности для растений. По литературным данным валовое содержание марганца в различных типах почв колеблется от 100 до 4000 мг/кг (в среднем 850 мг/кг), содержание подвижных форм (Mn2+ ,Mn3+) – от 15 до 170 мг/кг (в среднем 110 мг/кг).
Для выявления количественного содержания подвижных форм марганца в почве использовался колориметрический метод Добрицкой, основанный на извлечении подвижного марганца раствором серной кислоты и окислении марганца до марганцевой кислоты персульфатом аммония в присутствии нитрата серебра и ортофосфорной кислоты. Измерение оптической плотности окрашенных растворов проводилось на фотоэлектроколориметре. Концентрация перманганат-аниона в исследуемых растворах определялась по калибровочному графику, построенному по перманганату калия. Содержание же марганца в почве рассчитывалось по формуле.
    Анализировались почвенные образцы из верхнего и нижнего горизонтов, собранные с 15 пробных площадей г. Архангельска, характеризующихся различным типом почв, механическим составом, степенью захламлённости, рекреационной нагрузкой (частота движения автотранспорта). Содержание подвижных форм марганца в различных почвенных образцах изменяется в пределах от 4,4 до 48,4 мг/кг (средняя относительная ошибка 3,6 %, максимальная – 8,5 %). 
    Не выявлена зависимость содержания подвижного марганца от степени захламлённости почвы и рекреационной нагрузки. Прослеживается зависимость содержания марганца в почвах от типа почв. Так, самое высокое среднее содержание подвижных форм марганца наблюдается в культуроземах – наиболее близких по свойствам к природным почвам, – 34,56 мг/кг, среднее – в урбаноземах – 21,29 мг/кг и самое низкое в реплантоземах – 16,45 мг/кг. Также подтверждается зависимость содержания марганца от содержания железа в почвах. Известно, что марганец часто сопутствует железу в составе горных пород, поэтому и в почвенных образцах, содержащих железистые пятна, марганца содержится больше, чем в почвах, не содержащих железистых пятен. Железистые пятна встречаются в основном в нижнем горизонте, так и содержание марганца в нижнем горизонте выше по сравнению с верхним горизонтом.
    Таким образом, городские почвы г. Архангельска характеризуются ниже среднего содержанием подвижного марганца по сравнению с естественными почвами. Поэтому нельзя считать марганец техногенным полютантом почв г. Архангельска, как и нельзя говорить о дефиците подвижного марганца в питании растений, произрастающих в городской черте.
Данная работа поддержана грантом РФФИ и администрации Архангельской области № 05-04-97531

Литература
1.    Методы определения микроэлементов в почвах, растениях и водах /Под ред. И.Г. Важениной. – М.: Колос, 1974. -  284 с.
2.    Орлов Д.С. Химия почв. – М.: Изд-во МГУ, 1992. – 399 с.
3.    Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв /Орлов Д.С. и др. – М.: Изд-во МГУ, 1994. – 272 с.
4.    Физиология растений /Под ред. И.П. Ермакова. – М.: Изд. центр «Академия», 2005. – 640 с.