БИОГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ

Одним из важных критериев Б. р. является определение в окружающей среде (почвы, воды), а также в кормах или суточных пищевых рационах верхних и нижних пороговых концентраций хим. элементов, выше или ниже которых могут нарушаться регуляторные механизмы процессов обмена веществ в растительных и животных организмах (рис. 1 и 2).

Концентрации хим. элементов, в пределах которых нормально функционируют регуляторные системы и поддерживается оптимальный уровень обмена веществ, принимаются как соответствующие возможным изменениям потребности в макро- и микроэлементах при различных условиях. Большой комплекс критериев, учитываемых при Б. р., охватывает различные части биосферы (см.), как целой экологической системы. При этом изучаются формы взаимоотношений организмов и среды на разных уровнях организации жизни в биосфере (биогеохимические зоны, названные регионами биосферы, субрегионы, соответствующие биогеохимическим провинциям, биоценозы, популяции, организмы, суборганизменные уровни), а также биологические и биохимические механизмы адаптации организмов к условиям меняющихся звеньев биогеохимической пищевой цепи в связи с химической мозаичностью биосферы. Основой разработки системы Б. р. явилось эволюционное единство жизни и геохимической среды в биосфере.

Биогеохимические зоны (регионы биосферы) делят на субрегионы — зональные биогеохимические провинции, в которых комбинируются признаки зон (по концентрации, соотношениям хим. элементов и биологическим реакциям), и азональные, признаки которых не соответствуют характеристике зон (они формируются при рассеянии концентрированных в рудах хим. элементов, в условиях бессточных засолений, в районах вулканизма и т. д.).

Ниже приводится описание отдельных биогеохимических зон и провинций.

Таежно-лесная нечерноземная зона характеризуется недостаточным содержанием кальция, фосфора, калия, кобальта (в 73% всех исследованных образцов почв), меди (70%), йода (80%), молибдена (55%), бора (50%), цинка (49%), достаточным содержанием марганца (72%) и относительным избытком стронция (15%), особенно в поймах рек. Почвы кислые дерново-подзолистые, подзолистые, супесчаные, песчаные, торфяно-болотные, пески.

Биогеохимическая характеристика лесостепной, степной черноземной зон (включая серые лесные почвы) определяется достаточным уровнем содержания кальция, кобальта (в 96 и 77% случаев, соответственно для серых лесных и черноземных почв), меди (72 и 76%), марганца (75 и 71%), а иногда недостатком подвижного марганца; сбалансированностью йода, цинка и молибдена с другими элементами; иногда недостатком калия, редко бора, часто фосфора. В этой зоне обычно не встречаются биологические реакции, характерные для других зон. Эндемическое увеличение щитовидной железы и зоб встречаются в ряде случаев у лиц, проживающих на серых лесных почвах, часто в поймах рек и на выщелоченных черноземах.

Сухостепная, пустынная и полупустынная зоны характеризуются повышенным содержанием сульфатов, бора (88%), цинка (76%), часто стронция (47%), относительно высоким — молибдена (более 40%), относительно низким — йода (80%), меди (ок. 40%) и иногда кобальта (52%); в некоторых пустынных районах — избытком нитратов (возможна эндемия метгемоглобинемии).

В некоторых случаях цинк мало усваивается растениями, что обусловливает возникновение провинций цинковой недостаточности. Почвы — нейтральные и щелочные — бурые, пустынно-степные, светло-каштановые, солонцеватые, солончаковые, солонцы, песчаные, лугово-степные.

Горные зоны на различных высотах имеют различную биогеохимическую характеристику. Биологические реакции разнообразны и определяются непостоянной концентрацией и изменчивым соотношением многих хим. элементов, недостатком йода (95%), иногда недостатком кобальта (31%), меди (28%), цинка (24%), избытком в некоторых случаях молибдена, кобальта, меди, свинца, цинка, стронция и других элементов. Почвы — горные, разнообразные.

В нечерноземной зоне 73% всех исследованных образцов почв содержат относительно низкое количество кобальта, поэтому для данной зоны характерны нарушения обмена кобальта и эндемические гипо- и авитаминозы B₁₂. В черноземной зоне 77% всех исследованных образцов почв содержат достаточное количество кобальта, поэтому в ней практически не встречаются болезни «кобальтовой недостаточности».

В провинциях с недостатком меди в пастбищных травах, а также в сене (в 30% проб растений концентрация меди ниже 3*10^-4 % — до 7,2*10^-5 %), в организме животных снижено содержание меди, что является причиной ослабления синтеза окислительных ферментов, содержащих медь и железо. У животных наблюдаются гемосидероз, эндемические анемии (овцы, крупный рогатый скот, реже другие виды животных).

Известно, что при недостатке йода в нечерноземной зоне (75% проб пастбищных растений содержат йода меньше 8-10-6 % — до 2 * 10-7 %) нарушается функция щитовидной железы, возникают эндемическое ее увеличение и эндемический зоб. В природных условиях нет неизменной корреляции между недостатком йода и распространением зоба (см. Зоб эндемический). Установлено, что особенно яркие проявления эндемического зоба наблюдаются в провинциях с одновременным недостатком йода и кобальта, напр, в Петровском районе Ярославской области. В Алтайском крае была отмечена корреляция распространения зоба с недостатком йода, меди и кобальта.

При одновременном недостатке меди и кобальта (чаще на торфяных почвах) у животных ослаблен синтез витамина B₁₂ и понижен уровень окислительных процессов. В этих условиях появляются эндемические анемии, гипо- и авитаминозы B₁₂, осложненные недостатком меди (овцы, крупный рогатый скот).

При недостатке кальция и относительном избытке стронция возникает эндемия уровской болезни у человека и животных (см. Кашина — Бека болезнь). Отношение в кормах и пищевых продуктах кальция к стронцию здесь равно 140, в контрольных районах — 14.

В сухостепной, пустынной и полупустынной зоне распространены провинции с относительным недостатком меди и с избытком бора. «Медная недостаточность» у животных проявляется как при первичном (алиментарном) недостатке меди, так и при избытке молибдена и сульфатов. В почвах провинций Дагестана отношение медь: молибден : сульфаты составляет 1 : 0,58 : 327 (до 1170); в провинциях Узбекистана — 1 : 0,27 : 890, в контрольных районах — 1 : 0,1 :150. При таких геохимических условиях нарушается обмен меди у различных видов животных (овцы, крупный рогатый скот, буйволы), возникает эндемическая атаксия.

Избыток бора в пищевых рационах приводит к возникновению эндемических энтеритов, иногда пневмоний: в Западном Казахстане как у человека, так и у животных (овцы, верблюды), в Кулундинской степи и в степях Поволжья — у овец.

В горных зонах встречаются провинции, бедные йодом, в которых распространен эндемический зоб; в провинциях, бедных кобальтом, у животных наблюдается гипо- и авитаминоз B¹²; при недостатке меди животные болеют эндемическими анемиями; при недостатке кальция у животных нарушается минеральный обмен в костной ткани.

Известны также многие азональные биогеохимические провинции. К ним относятся: провинции, богатые кобальтом, под влиянием к-рого у животных усилен синтез витамина B₁₂, а в некоторых случаях, наоборот, несколько заторможен; провинции, бедные йодом и марганцем, где усиливается эндемия зоба у человека и животных; провинции, богатые свинцом, в которых у человека наблюдаются нервные заболевания — цефалгии, миалгии и др.; провинции, богатые молибденом, под влиянием к-рого в организме усиливается синтез фермента ксантиноксидазы и образование мочевой к-ты (у человека при этом может появиться эндемическая молибденовая подагра; в Армении, в Анкаванском районе, у 31% взрослого населения обнаружены некоторые симптомы подагры, а у животных — молибденовый токсикоз); провинции, богатые стронцием и кальцием, вследствие чего у животных наблюдается ломкость костей, у человека возможно эндемическое заболевание Кариес зуба), а в бедных марганцем встречается эндемический перозис (чаще болеют птицы).

Б. р. позволяет охарактеризовать биогеохимические зоны и провинции различными реакциями организмов на разное содержание хим. элементов в окружающей среде. Эти реакции организмов показывают закономерную изменчивость обмена веществ у животных и человека, вызываемую разнообразными, но определенными геохимическими условиями среды. В экстремальных условиях резкого недостатка или избытка хим. элементов в среде усиливается внутрипопуляционная дифференциация организмов и обостряется естественный отбор. Б. р. служит одной из основ выяснения общих закономерностей развития и организации экологических систем биосферы.

См. также Районирование медико-географическое.

Библиография: Виноградов А. П. Биогеохимические провинции, Труды юбилейн. сес. АН СССР, посвящен, столетию со дня рождения В. В. Докучаева, с. 59, М. —Л., 1949; Ковальский В. В. Геохимическая экология, М., 1974; он же, Изменчивость обмена веществ у животных, вызываемая естественными химическими факторами среды, Вестн, сельскохозяйств. наук, № 1, с. 64, 1971; он же, Регионы биосферы — оонова биогеохимического районирования, в кн.: Биосфера и ее ресурсы, под ред. В. А. Ковды, с. 90, М., 1971.

В. В. Ковальский.