Научная статья на тему 'Агроэкологическая оценка качества почвы при техногенном прессе'

Агроэкологическая оценка качества почвы при техногенном прессе Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
196
72
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАЧЕСТВО ПОЧВЫ / ТЕХНОГЕННЫЙ ПРЕСС / АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА / SOIL QUALITY / TECHNOGENIC PRESSURE / AGRO-ECOLOGICAL EVALUATION

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Чикенёва Ирина Валерьевна

Исследованы изменения в морфологической и эколого-геохимической структурах почвенных профилей при длительном и непрерывном техногенном воздействии. Показано, что при техногенном прессе происходит морфологическая перестройка (разрушение почвенного профиля) и соответственно физико-химических и экологических свойств и режимов городских почв. Обнаружены значительные изменения в морфологической структуре почвенного покрова района исследования. Они связаны с приспособлениями почвенно-грунтовой массы к доминирующему фактору урбопедогенезу. Установлено, что наиболее характерным и экологически значимым процессом урбаногенного преобразования почв является химическое загрязнение (в первую очередь тяжёлыми металлами и нефтепродуктами), которое проявляется уже при морфологическом описании разрезов и охватывает в той или иной степени практически всю территорию в пределах городской черты. Накопление почвой промышленных выбросов приводит к нарушению биопродуктивности, уменьшению поглотительной способности почв и изменению в них окислительно-восстановительных процессов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Чикенёва Ирина Валерьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

AGROECOLOGICAL EVALUATION OF SOIL EXPOSED TO TECHNOGENIC PRESSURE

Transformations occurring in the morphological and ecologic-geochemical structures of soil profiles under long-term and uninterrupted technogenic impact have been studied. It is shown that in the process of technogenic pressure there occurs morphological destruction of the soil profile and, correspondingly, that of the physical, chemical and ecological properties and regimes of urban soils. Considerable changes in the morphological structure of soil cover in the area under study have been identified. These are connected with the soil-ground mass adaptation to the dominating factor, i.e. the urban pedogenesis. It is ascertained that the most distinctive and ecologically significant process of the urbanogenic transformation of soils is chemical contamination (first of all, heavy metals and oil products), which is manifested even at morphological description of soil profiles and, to a certain extent, covers practically the whole territory within the urban limits. Accumulation of the products of industrial emissions leads to violations of soil bioproductivity, reduction of absorptive capacities of soils and changes in the oxidation-reduction processes.

Текст научной работы на тему «Агроэкологическая оценка качества почвы при техногенном прессе»

Агроэкологическая оценка качества почвы при техногенном прессе

И.В. Чикенёва, к.б.н., Оренбургский ГПУ

Орско-Новотроицкий промышленный узел занимает площадь около 1,8 тыс. км2, расположен на территории крайнего востока европейской части России и является крупнейшим металлургическим центром Южного Урала, в пределах которого сконцентрировано большое количество экологически опасных объектов широкого спектра отраслей. Орско-Новотроицкий промузел имеет достаточно сложное строение почвенного покрова. Исследуемая территория вне речных долин находится в чернозёмной зоне, в подзоне южных чернозёмов, граничащей на юге с подзоной тёмно-каштановых почв. По речным долинам рек Ори и Урала в районе Орско-Новотроицкого промузла южным чернозёмам свойственна комплексность, обусловленная наличием солонцов солончаковых. В восточной части, в подзоне тёмно-каштановых почв, широко развиты песчаные арены, являющиеся очагами дефляции. На формирование почвенного покрова существенное влияние оказал сухой, жаркий климат и дефицит осадков. Характерная черта почвенного покрова — его неоднородность [1].

Согласно схеме почвенных районов Оренбургской области зона исследуемой территории входит

в подзону обыкновенных чернозёмов с комплексным почвенным покровом [2].

Естественный почвенный покров на большей части исследуемой территории в результате древней и современной денудации претерпел кардинальные изменения, в результате чего возникли маломощные разновидности чернозёмов, а также скелетные модификации почв с укороченным профилем. Длительное и непрерывное техногенное воздействие привело к значительным перестройкам в морфологической и эколого-геохимической структурах почвенных профилей и четырёх горизонтов. Строительство зданий и промышленных объектов, прокладка коммуникаций и т.д. приводят к постоянному преобразованию городских ландшафтов и почв. Происходит морфологическая перестройка (разрушение почвенного профиля) и соответственно физико-химических и экологических свойств и режимов городских почв. Вершины сопок и южные склоны покрыты сильно щебёнчатыми маломощными южными чернозёмами с укороченным почвенным горизонтом и высоко залегающими карбонатами и гипсом. На востоке Оренбургской области можно отметить наличие тёмно-каштановых карбонатных почв. Почвы имеют существенные признаки, унаследованные

от предшествующих стадий почвообразования. Важнейшие из них — трещиноватость, потёчность. Почвенный покров, формирующийся в специфических экологических условиях города, имеет ряд отличительных особенностей — он уплотнён, покрыт слоем строительного мусора, пропитан нефтепродуктами и содержит тяжёлые металлы.

Были обнаружены значительные изменения в морфологической структуре почвенного покрова Орско-Новотроицкого промузла. Они связаны с приспособлениями почвенно-грунтовой массы к доминирующему фактору — урбопедогенезу [1, 2].

Наиболее характерным и экологически значимым процессом урбаногенного преобразования почв Орско-Новотроицкого промузла является химическое загрязнение (в первую очередь тяжёлыми металлами и нефтепродуктами), которое проявляется уже при морфологическом описании разрезов и охватывает в той или иной степени практически всю территорию в пределах городской черты.

В почве городов Орска и Новотроицка значительно превышены допустимые концентрации солей тяжёлых металлов за счёт выбросов в атмосферу и неудовлетворительной утилизации промышленных отходов предприятий. Количество проб почв, в которых концентрации тяжёлых металлов превышали предельно допустимые значения, в среднем по г. Орску составляет 43,0%. Основная масса металлов в почве района формируется под влиянием техногенеза.

Накопление почвой промышленных выбросов приводит к нарушению биопродуктивности, уменьшению поглотительной способности почв и изменению в них окислительно-восстановительных процессов.

Материалы и методы. На исследуемых участках на каждом элементе микрорельефа закладывали почвенный профиль для исследования химических свойств и морфологических признаков почв по генетическим горизонтам. Нами были взяты пробы почвы на определение макроэлементов (К, Р, К) и содержание ТМ (Си, Zn, N1, Сё, РЬ, Сг).

Агрохимический анализ почвы осуществляется на основе рассмотрения совокупности конкретных агрохимических показателей, характеризующих плодородие. В этой группе показателей особо выделяют общие (валовые), а также доступные и подвижные формы питательных элементов.

Подвижные формы питательных элементов в почве — это те его количества, которые способны к переходу в слабокислые, солевые и слабощелочные вытяжки.

Доступные формы питательных элементов — это те его количества, которые могут быть использованы растениями [3].

Приведём ряд описаний разрезов, заложенных нами в период исследований:

Разрез № 1 заложен в 3 км западнее металлургического комбината «Уральская сталь» (быв-

ший ОХМК), в 70 м севернее дороги Орск — Но-вотроицк.

А 0—4 см — дернина, пронизана корнями ковыля и типчака, сероватого цвета, уплотнённая, щебня до 5%, комковато-пылеватый; переход постепенный, металлогенный, состоит из осаждённых частиц сажи и пыли от ОХМК, серовато-стальной блеск, вскипает бурно. А 4—30 см — некогда пахотный на 30 см слой, книзу немного темнее, в середине с желтизной за счёт припашки переходного жёлто-пористого горизонта, непрочно комковатый, плотный, включение щебёнки до 5%, переход резкий, слегка солонцеватый. ВС 30—50 см — охристо-желтовато-коричневый, мелкокомковато-бесструктурный, плотный, единичные корни, переход заметный благодаря наличию гипса. С 50—100 см — охра бесструктурная, с обильным гипсом, из-за этого неоднородно окрашенная, увлажняется, пестроцветная глина древней коры выветривания.

Почва — чернозём южный маломощный глубокосолончаковый (гипсовый) на охристых глинах древней коры выветривания.

Разрез № 2 заложен в 0,5 км западнее от Новотроицкого комбината ОХМК.

Ад 0—7 см — ковыльная дернина, свежая, комковато-пылеватая. Переход постепенный, металлогенный, состоит из воздушных частиц от ОХМК, серовато-стальной блеск, вскипает.

А 7—24 см — тёмно-серый, пронизан мелкими корнями, мелковато-пылеватый, свежий. Переход заметный по металлогенному стальному блеску, не вскипает.

В2 24—43 см — тёмно-серый с буроватым оттенком, глинистый, отдельные корни по трещинам. Переход заметный по окраске, не вскипает.

ВС 43—60 см — жёлто-коричневый, глинистый, щебень лежит беспорядочно, отдельные корни. Переход в охристую кору выветривания, не вскипает.

С 60—100 см — жёлто-охристая кора выветривания, глинистый, уплотнённый, комковатый.

Почва — чернозём южный карбонатный маломощный на жёлто-охристой коре выветривания.

Разрез № 3 заложен в 0,5 км восточнее Южно-Уральского никелевого комбината (ЮУНК) г. Орска. Рельеф — холмисто-увалистый.

Атах 0—22 см — тёмно-серый сухой, тяжёлосу-глинистый, комковато-пылеватый, слабоуплотнён, пронизан корнями растений, вскипает бурно, переход постепенный.

АВ 22—34 см — тёмно-серый, с буроватым оттенком, свежий, глинистый, комковато-зернистый, уплотнён, встречаются единичные корни, вскипает бурно, переход заметный по цвету.

В 34—63 см — тёмно-бурый, свежий, глинистый, комковато-призматический, уплотнён, корней мало, выделение карбонатов в виде белых пятен с 43 см, вскипает бурно, переход постепенный.

ВС 63—115 см — бурый, неоднородный, с языками гумуса, глинистый, плотный, белоглазка по профилю.

Почва — чернозём южный карбонатный мало-гумусный маломощный тяжелосуглинистый.

Разрез № 4 заложен на контрольном участке, служащем в качестве эталона, на незагрязнённой почве, в 30 км западнее г. Орска. Улучшенный сенокос.

Ад 0—2 см —светло-серый с белесоватым оттенком, среднесуглинистый, комковато-пылеватый, рыхлый, корни.

А 2—11 см — светло-серый, среднесуглинистый, слабоуплотнённый, корней мало.

АВ 10—24 см — белесоватый, среднесуглинистый, уплотнённый, комковатый, единичные корни, переход ясный по окраске.

ВС 24—38 см — белесовато-палевый, неравномерно окрашенный, среднесуглинистый, бесструктурный, рыхлого сложения, вертикально чередуются полосы палевого суглинка, жирного на ощупь.

С 38—150 см — палевый, неравномерно окрашенный, пятна белесой каолинитовой глины, включения дресвы.

Почва — чернозём южный маломощный тяжелосуглинистый.

Результаты и обсуждение. Содержание гумуса, в зависимости от расположения площадок, находилось в пределах 3,2—3,6%, что для подтипа чернозёмов южных является удовлетворительным. Запасы гумуса варьировали в пределах 104—117 т/га при объёмной массе почвы на уровне 1,05—1,10 г/см3. Наибольшее количество гумуса находится в чернозёмах южных, под залесскоковыльным сообществом (3,6%/117,0 т/га), удалённым от источника загрязнения на расстояние 0,5 км. Далее, по убыванию содержания гумуса в почве, участки распределялись следующим образом: контрольный участок под грудницево-залесскоковыльным сообществом - 3,5%/114,0 т/га, в 3 км от ОХМК под залесскоковыльно-полынково-типчаковым сообществом — 3,3%/108,0 т/га, в непосредственной близости к ЮУНК под молочайно-пырейно-житняковым сообществом — 3,2%/104,0 т/га.

Следует отметить, что содержание и запасы гумуса мало изменяются в зависимости от расстояния от источника загрязнения. Причину этого следует искать в том, что гумус — продукт не столько сегодняшнего дня, сколько прошлых эпох. Его содержание в нераспаханной степи довольно постоянно и находится в пределах 3,5—5,0%. Учитывая, что объекты загрязнения и площадки располагаются в переходной зоне (от южных чернозёмов к тёмно-каштановым почвам), показатели по содержанию и запасам гумуса в верхнем (0—30 см) горизонте соответствуют зоне.

С увеличением глубины почвенного профиля содержание гумуса и доступных соединений макро-

элементов закономерно снижается. По валовому содержанию макроэлементов их расположение, в порядке снижения, следующее: К — 1,9%>К (0,19—0,21) >Р (0,14—0,17%).

Следует подчеркнуть, что почвы Зауралья характеризуются высоким содержанием валового калия, что объясняется широко представленными калиеносными почвообразующими породами и низким содержанием валового фосфора и азота. Содержание азота классически снижается в чернозёмных почвах, независимо от подтипа (типичный, обыкновенный, южный), находится в пределах 5% от содержания гумуса. Так, если гумуса в верхнем горизонте южного чернозёма под залес-скоковыльным сообществом содержится 3,6%, то валового азота будет в нём соответственно 0,18%. Фактически полученные в результате эксперимента данные по валовому азоту подчиняются этой закономерности.

Валового фосфора в образцах исследуемых почв содержится в пределах 0,14—0,17%, что считается средним показателем. Вообще, южные чернозёмы характеризуются невысоким содержанием валового фосфора, равным 0,10—0,15%. Только некоторые почвы, сформированные на породах основного и ультраосновного состава, обогащённые минералами группы платоклазов и близким к ним, содержат несколько повышенное количество фосфора [4].

Пересчёт валовых запасов макроэлементов в тонны на гектар в слое 0—30 см дал следующие величины: N — 5,9—6,5; Р — 4,6—5,6; К — 62,0. Вместе с тем доля доступных их соединений ^ — NО3 — азот нитратов, в виде окисла; Р2О5 — подвижный фосфор; К2О — обменный калий) невысока и находится в пределах: 0,60—0,77% по азоту, 1,44—1,485 по калию, 1,77—2,52% по фосфору, по отношению к валовым их запасам. Аналогичные обстоятельства обусловливают необходимость применения в культурном земледелии соответствующих макроудобрений. По содержанию азота на первом месте находятся почвы под залесскоковыльным сообществом в 0,5 км от ОХМК. Далее по убыванию: почвы на контрольном участке, под грудницево-залесскоковыльным сообществом. Одинаковое количество азота содержится в почве, находящейся в 3 км от ОХМК под залесскоковыльно-полынково-типчаковым сообществом и в непосредственной близости от ЮУНК под молочайно-пырейно-житняковом сообществом.

По содержанию фосфора в почвах исследуемых участков на первом месте также находится участок, располагающийся в 0,5 км от ОХМК под залесско-ковыльным сообществом. Одинаковое количество Р отмечено в почвах под залесскоковыльно-полынково-типчаковым сообществом в 3 км от ОХМК и в почвах контрольного участка под грудницево-залесскоковыльным сообществом. Наименьшее содержание фосфора — в почвах под молочайно-пырейно-житняковым сообществом,

располагающимся в непосредственной близости от ЮУНК.

По содержанию К все исследуемые участки имеют одинаковое значение.

По валовому содержанию в почвах в порядке убывания ТМ располагаются следующим образом: Сг>№>РЬ^п>Си>Сё. На участке, находящемся в непосредственной близости к ЮУНК под молочайно-пырейно-житняковым сообществом, по отношению к другим исследуемым площадкам отмечено наибольшее значение по валовому содержанию ТМ в почвах. Наименьшее количество ТМ в почвах контрольного участка под грудницево-залесскоковыльным сообществом [3].

Расположение ТМ по содержанию их подвижных соединений несколько иное: РЬ>Сг>Си>Сё^п>№. Тем не менее приоритетность в ряду их количественного содержания в почвах по участкам осталась прежней, максимальное количество по всем ТМ в почвах под молочайно-пырейно-житняковым со-

обществом, располагающемся в непосредственной близости от ЮУНК, минимальное — на контрольном участке под грудницево-залесскоковыльным сообществом.

Таким образом, по мере приближения исследуемых участков к промпредприятиям в почвах увеличиваются показатели как по валовому, так и подвижному содержанию форм ТМ.

Литература

1. Чикенёва И.В. Эколого-биогеохимическая оценка растительного покрова зоны влияния Орско-Новотроицкого промышленного узла: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2009. 174 с.

2. Каверина С.А. Геоэкологическая оценка трансформации почвенного покрова урбанизированных территорий (на примере Орско-Новотроицкого промузла): дисс. ... канд. географ. наук. Оренбург, 2007. 149 с.

3. Чикенёва И.В., Абузярова Ю.В. Содержание тяжёлых металлов в побочной продукции полевых культур в условиях техногенного воздействия // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 4 (32). С. 280-282.

4. Ряховский А.В., Батурин И.А., Березнев А.П. Агрономическая химия. Оренбург, 2004. 283 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.