CC BY
65
Экология
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
А
С. В. И Ш КОВ А, 44б442_ Самарская обл., г. Кинель, аспирант, п. Усть-Кинельский, ул. Учебная, д. 2; Самарская государственная сельскохозяйственная академия e-mail: [email protected]
Положительная рецензия представлена Н. В. Прохоровой, доктором биологических наук, профессором Самарского государственного университета.
В структуре земельного фонда Самарской области наибольший удельный вес занимают земли сельскохозяйственного назначения — 76,66 %. Регион обладает развитым сельским хозяйством, основу которого составляет растениеводство с преобладающим производством пшеницы, ржи, подсолнечника, ячменя, проса, гречихи и других культур [1].
Увеличение объемов сельскохозяйственной продукции, обеспечение продовольственной и экономической безопасности области предусматривается, прежде всего, за счет эффективности использования земель сельскохозяйственного назначения. Решение этих задач возможно лишь при условии достоверной информации о состоянии их плодородия. Из всего комплекса показателей почвенного плодородия, от которых зависит уровень урожаев, наибольшее значение имеют содержание гумуса, подвижных форм азота, фосфора и калия, микроэлементов, серы [1, 2].
Ведение земледелия на загрязненных тяжелыми металлами (ТМ) почвах становиться одной из актуальных практических задач сельскохозяйственных работников. Самое пристальное внимание заслуживает техногенное накопление ТМ, особенно в почвах — начальном звене пищевой цепи [3].
Цель исследования — дать оценку землям сельскохозяйственного назначения лесостепной зоны (на примере Сызранского района) Самарской области по состоянию плодородия почв и степени загрязненности ТМ.
В задачи наших исследований входило: определить агрохимические свойства почв (содержание гумуса, подвижного фосфора, обменного калия и легкогидролизуемого азота) и содержание подвижных и валовых форм ТМ ^е, Сг, Си, £п, РЬ, Мп и Cd), выявить динамику показателей почвенного плодородия во времени, дать рекомендации по организации агроэкологических мероприятий обследованных территорий.
Материалы и методы исследований.
Сызранский район расположен в западной правобережной части Самарской области, в бассейне р. Волга и ее правых притоков: Кубры, Сызрани, Крымзы, Тишерека. По природно-сельскохозяйственному районированию страны территория района относится к Среднерусской провинции лесостепной зоны. Этот район характеризуется довольно сложным геоморфологическим строением. Основной массив его представлен Приволжской возвышенностью, пересеченной глубокими речными долинами, балками и оврагами на отдельные, более мелкие возвышенности. Основными элементами рельефа являются широкие платообразные увалы с пологими и покатыми склонами.
Густая сеть оврагов и балок, большая глубина местных базисов эрозии (138-142 м) способствуют водной эрозии почв.
Почвенный покров района отличается разнообразием. Основной фон почвенного покрова на водоразделах составляют черноземы: выщелоченные, типичные, типичные карбонатные и типичные остаточно-карбонатные. Они сформировались на открытых степных
пространствах, характеризуются хорошо выраженным гумусовым горизонтом и значительной его мощностью. В основном используются в пашне.
Значительно менее распространены серые и темно-серые лесные почвы. Они выделяются вблизи лесных массивов или на местах сведенного леса. Характеризуются слабой гумусированностью и небольшой мощностью гумусовых горизонтов. Используются в пашне и под кормовыми угодьями.
Общая площадь сельскохозяйственных угодий Сызранского района составляет 106,5 тыс. га, в том числе пашни — 77,2 тыс. га, многолетних насаждений —
2,5 тыс. га, сенокосов — 0,4 тыс. га, пастбищ — 26,4 тыс. га [2].
Систематические почвенные и агрохимические обследования земель сельскохозяйственного назначения Сызранского района проводятся с 1964 г. С этой целью была сформирована сеть полигонов эталонных стационарных и реперных участков для наблюдения за состоянием и использованием земель различных сельскохозяйственных угодий. За прошедший период проведено 5 туров наблюдений. Последний отбор почвенных образцов был произведен в августе 2011 г.
Смешанные почвенные образцы отбирали по видам сельскохозяйственных угодий с пробных площадок размером 100 х 100 м стандартными методами и анализировали на содержание гумуса, подвижного фосфора, обменного калия, легкогидролизуемого азота, содержание валовых и подвижных форм ТМ [4-10].
Результаты исследований.
Установлено, что наиболее динамичным показателем является содержание гумуса, сопоставление которого за анализируемый период свидетельствует о его снижении в почвах пашни по всему району. Так, содержание гумуса в пахотном слое в первый тур обследования (1975-1981 гг.) составило 5,20 %, во второй (1987-1992 гг.) — 4,70 %, в третий (1993-2000 гг.) — 4,30 %, в четвертый (2002-2003 гг.)—4,10 %. Таким образом, за 25 лет сельскохозяйственного использования пашни разница в содержании гумуса составила 1,1 %, что соответствует средней ежегодной потере из обрабатываемого слоя почвы 1,2 т/га гумуса.
Динамика площадей почв пашни и многолетних насаждений по содержанию гумуса такова, что за период между обследованиями площади среднегумусных и ма-логумусных почв сократились соответственно на 6,8 % и 4,3 %. Площади слабогумусированных почв увеличились на 6,4 %, микрогумусных почв — на 4,7 %.
В настоящее время по содержанию гумуса (табл. 1) в районе преобладают малогумусные и слабогумуси-рованные почвы. Они занимают соответственно 43,6 % и 37,9 % от площади сельхозугодий. Менее распространены среднегумусные — 7,6 % и микрогумусные почвы — 10,9 %.
Водной эрозии подвержены 29,4 % от площади сельхозугодий района, из них слабосмытых — 20,3 %, среднесмытых — 3,7 %, сильносмытых — 5,4 %. Дефлированные почвы занимают 7,7 % площади сель-
42
www. m-avu. narod. ru
Экология |Д)
Таблица 1
Агрохимические показатели почв сельскохозяйственных угодий Сызранского района (2011 г.)
Угодье Гумус, % Элемент, мг/кг почвы
РА К2О N
Пастбище 3,2 21,7 67,2 33,6
Пашня 4,1 37,5 379,0 40,1
Залежь 2,1 76,1 49,7 32,6
Пар 3,8 121,8 113,5 34,6
Многолетние насаждения 6,4 97,7 101,1 48,7
Таблица 2
Среднее содержание валовых и подвижных форм ТМ в почвах различных сельскохозяйственных угодий (2011 г.)
Угодье Элемент, мг/кг почвы
РЬ Са Ее Zn Си Мп Сг
Пастбище < 0,2* 2,4 < 0,02 0,07 23,1 11007,8 0,07 30,8 10,0 89,8 < 0,01 3,3 0,04 9,6
Пашня 1,7 10,9 0,03 0,07 5,1 12357,1 0,2 57,4 33,9 478,8 < 0,01 17,4 < 0,01 32,3
Залежь < 0,2 4,6 < 0,02 0,07 21,6 3347,0 0,1 21,8 16,8 236,6 < 0,01 8,2 < 0,01 11,7
Пар 0,5 7,4 0,02 0,09 15,3 7768,5 0,4 44,3 19,5 346,1 < 0,01 13,0 0,07 23,2
Многолетние насаждения 1,2 12,3 < 0,02 0,08 13,5 11983,3 0,5 62,4 42,7 553,4 < 0,01 18,1 < 0,15 30,9
ПДК [11] подвижных валовых форм ТМ 6,0 32,0 1,0 2,0 38000 23.0 220.0 3,0 132,0 140.0 1500.0 6,0 100,0
Примечание: * над чертой — содержание подвижных, под чертой — валовых форм ТМ.
хозугодий района, из них слабодефлированные —
7,5 %, среднедефлированные — 0,2 %.
Вследствие влияния эрозионных процессов в совокупности с другими факторами в почвах наблюдаются такие негативные процессы, как дегумификация, уменьшение гумусового слоя, потеря важнейших элементов питания: азота — 0,3 %, фосфора — 0,15 %, калия — 2 % от веса смытой почвы.
К уменьшению плодородия почв ведет резко отрицательный баланс питательных веществ при выращивании сельскохозяйственных культур. Так, вынос питательных веществ (ЫРК) с урожаем 2002 г. в среднем по району составил 90,8 кг/га пашни, а внесение — 19,0 кг/га. Отрицательный баланс составил 71,8 кг/га.
Большая часть обследованных площадей по фосфору приходится на категорию малообеспеченных. Причем. обеспеченность подвижным фосфором почв пастбища и пашни низкая (21,7-37,5 мг/кг почвы), залежи и многолетних насаждений — средняя (76,1-97,7 мг/кг почвы), пара на фоне внесенных удобрений — повышенная (121,8 мг/кг почвы).
Почвы района характеризуются в целом как хорошо обеспеченные калием. Обеспеченность обменным калием почв залежи и пастбища средняя (49,7-67,2 мг/кг почвы), пара и многолетних насаждений — повышенная (101,1-113,5 мг/кг почвы), пашни — очень высокая (379,0 мг/кг почвы).
Содержание легкогидролизуемого азота в почвенных образцах пастбища, пара и залежи соответствует низкому уровню для выращивания основных видов сельскохозяйственных растений, пашни и многолетних насаждений — среднему.
Кроме того, произошли изменения в площадях антропогенно-измененных почв по сравнению с 1991 г Увеличилась площадь переувлажненной пашни (с 929 до 1489 га), на которой задерживаются сроки весенней обработки, площадь пашни с вторичным засолением (с 287 до 302 га). Выявлены участки нарушенных земель — это изрытые участки пашни (0,5 га) и пастбищ (8,5 га), примыкающие к карьерам. шшш.т-эуи. пэгоб. ги
Содержание большинства ТМ в обследованных почвах не превышает норм ПДК (табл. 2). Загрязнение ТМ выявлено на полях, находящихся в зоне промышленных предприятий г. Сызрань. Так, по данным обследования 2003 г. содержание Со на контрольной площадке, расположенной в 0,5 км от Сызрани составляло 21,2 мг/кг почвы, что превышало ПДК в 1,5 раза, содержание Сг находилось на пороге допустимой концентрации (100 мг/кг почвы). В 1995 г. наблюдалось превышение ПДК содержания валовой формы Си в 1,2 раза, в 2011 г. превышение составило 1,8—4,2 ПДК на всех сельскохозяйственных угодьях, кроме пастбища. По данным 1991 г обследования содержание подвижной формы Си в почвах превышало ПДК в 4,2 раза, в 2011 г. превышение составило 3,3-14,2ПДК в почвах всех сельскохозяйственных угодий.
Во всех обследованных почвах наблюдается низкое содержание подвижных форм Zn и Мп (0,07-0,5 и < 0,01мг/кг почвы соответственно), при недостатке которых в растениях происходит нарушение процессов фотосинтезаи дыхания, синтеза хлорофилла, белкового, углеводного и фосфорного обмена веществ, наблюдается хлороз листьев, задержка роста растений [6, 12, 13].
По сравнению с обследованиями 1991-2003 гг. содержание РЬ, Cd, Fe, Мп и Сг снизилось в 1,2-8,0 раза, Си — повысилось в 1,4-8,8 раза; содержание валовой формы Zn в почвах пашни и многолетних насаждений возросло в 1,2 раза, в почвах остальных сельскохозяйственных угодий — снизилось по сравнению с фоновым в 1,2-2,4 раза.
Максимальные концентрации валовых и подвижных форм Zn и Си, а также валовых форм РЬ, Мп и подвижного Сг наблюдаются в почвах под многолетними насаждениями. Содержание подвижных форм РЬ и валовых форм Fe в почве пашни превышает таковое в почвах остальных угодий в 1,1—8,5 раз. Минимальные концентрации валовых и подвижных форм Си, а также валовых форм РЬ, Мп, Сг и подвижного Zn наблюдаются в почвах пастбища. По суммарному уровню за-
Экология
4. выявлено недостаточное содержание в обследованных почвах подвижных форм микроэлементов — Zn (0,07-0,5 мг/кг почвы) и Мп (< 0,01 мг/кг почвы);
5. по содержанию элементов плодородия и накоплению ТМ кормовые угодья (пастбища и сенокосы) наиболее приближены к природным экосистемам по сравнению с другими сельскохозяйственными угодьями и являются более стабильными агросистемами.
По результатам проведенного исследования были даны рекомендации:
1. в целях решения проблемы стабилизации почвенного плодородия и одновременного увеличения объемов производства сельскохозяйственной продукции в перспективных системах земледелия предусматривается развитие естественных воспроизводительных процессов. Агротехнические и биологические направления решения проблемы — сидеральные пары, применение на удобрение соломы зерновых культур, расширение посевов зернобобовых культур и многолетних трав и др.;
2. обеспечение бездефицитного баланса гумуса и питательных веществ является непременным условием ведения культурного земледелия. Расчетным путем по методике ВАСХНИЛ Шатилова установлено, что для обеспечения бездефицитного баланса гумуса необходимо внесение органических удобрений — 5,3 т/га ежегодно. Для выравнивания баланса питательных веществ и сохранения почвенного плодородия необходимо ежегодно вносить не менее 30 кг/га азота, 25 кг/га фосфора и 20 кг/га калия;
3. необходимо снизить концентрацию Си в почвах обследованных земель сельскохозяйственного назначения (особенно пашни и пара) до оптимальных значений. Рекомендуется временно использовать обследованные участки пашни для выращивания технических культур;
4. для своевременного предупреждения попадания ТМ в почву и продукцию растениеводства необходимо периодически проводить их химический анализ, а также проверять вносимые удобрения и мелиоранты на содержание ТМ. Компенсировать недостаток Zn и Мп можно путем внесения сульфатов цинка (содержит 21-25 % водорастворимого Zn) и марганца (24,6 % оксида Мп) [12, 15].
грязнения ТМ в почвах различные сельскохозяйственные угодья образуют следующий ряд: пастбище < пар < залежь < пашня.
Суммарный показатель загрязнения почв отражает степень опасности их загрязнения комплексом элементов. По величине этого показателя почвы пастбища и залежи Сызранского района отнесены к категории с допустимым уровнем загрязнения, Zc (по Fe, Сг, Си, гп, РЬ, Мп и Са) для них составляет 2,13 и 12,0 соответственно. По уровню загрязнения комплексом ТМ почвы пашни (2с = 31,19) и пара (гс = 20,90) отнесены к умеренно опасной категории, почвы под многолетними насаждениями (гс = 36,59) — опасной [14].
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. выявлен отрицательный баланс питательных веществ (в первую очередь гумуса) в пахотных почвах, вызванный высоким уровнем использования территории (80-90 %), интенсивными обработками почвы, нарушением естественного хода гумусообразования из-за смешивания верхних плодородных слоев почвы с бедными нижележащими слоями, отрицательным балансом элементов питания в системе «почва - растение - удобрение» и др.;
2. анализ качественного состояния земель сельскохозяйственного назначения показал, что на территории Сызранского района Самарской области наблюдается тенденция деградации почвенного покрова, отражающаяся на продуктивности земель и вызывающая расширение ареалов проблемных и кризисных экологических ситуаций. Антропогенные воздействия на земли возрастают, их негативные последствия характеризуются усилением процессов эрозии, подтопления, загрязнения и захламления земель, разрушения почвенного и растительного покрова;
3. по агрономическим показателям почвы обследованных участков пригодны для сельскохозяйственного использования. По содержанию ТМ валовые и подвижные формы Си превышают нормы ПДК.
Суммарный показатель загрязнения почв пастбища и залежи (гс — 2,13-12,0) соответствует допустимому уровню загрязненности почв, почвы пашни (гс = 31,19) и пара (гс = 20,90) отнесены к умеренно опасной категории, почвы под многолетними насаждениями (гс = 36,59) — опасной; Литература
1. Государственный доклад о состоянии окружающей среды и природных ресурсов Самарской области в 2008 г Вып. 19. Самара, 2009.
2. Технический отчет по почвенному обследованию земель с целью создания государственного учета показателей состояния плодородия земель сельскохозяйственного назначения Сызранского района Самарской области. Самара : ФГУП «ВолгоНИИгипрозем», 2003.
3. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л. : Агропромиздат. Лен. Отд., 1987.
4. ГОСТ 17.4.4.02-84 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. М. : Издательство стандартов, 1986.
5. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М. : ФГНУ «Росинформагротех», 2003.
6. Флоринский М. А., Лунев М. И., Кузнецов А. В. и др. Методические указания по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий. М. : Центр научн.-техн. информ., пропаганды и рекламы, 1994.
7. ГОСТ 26205-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Мачигина в модификации ЦИНАО. М. : Издательство стандартов, 1992.
8. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. М. : Издательство стандартов, 1992.
9. Практикум по агрохимии : учебное пособие / под ред. И. В. Пустовой. 5-е изд., перераб. и доп. М. : Колос, 1995.
10. Кузнецов А. В., Фесюн А. П., Самохвалов С. Г. и др. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства. М. : ЦИНАО, 1992.
11. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами. Утверждены заместителем Главного государственного санитарного врача СССР от 13.03.1987 г № 4266-87.
12. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М. : Мир, 1989.
13. Виноградов А. П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растениями и средой // Микроэлементы в жизни растений и животных. М., 1952.
14. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы.
15. Артюшин А. М., Державин Л. М. Краткий справочник по удобрениям. М. : Колос, 1971.
44
№№№. т-Э¥и. пэгос!. ги
