Агроэкологический мониторинг почвы и растениеводческой продукции Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Вестник СамГУ — Естественнонаучная серия. 2007. №2(52)

УДК 631.95:631 (470.344)

165

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

© 2007 В.Г. Егоров, Л.Н. Михайлов1

Приводятся данные локального мониторинга земель и растениеводческой продукции, полученные на специально закрепленных участках, расположенных в различных климатических зонах республики, а также в техногенно загрязненных зонах вблизи транспортных магистралей, на полях в составе полевых севооборотов. Исследование почвы реперного участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района показало, что за 4 года при возделывании в севообороте ”гречиха - яровая пшеница - ежа сборная - ежа сборная” содержание минерального азота в пахотном слое почв по отношению к исходному году уменьшилось на 15,0, нитратов — на 3,8, подвижного фосфора — на 1,0, обменного калия — на 35,0 мг/кг. Наибольшее накопление нитратов отмечено в сене ежи сборной (194 мг/кг), однако количество тяжелых металлов в почве и растениях находилось в пределах допустимых концентраций.

Введение

К наиболее значительным антропогенным факторам, приводящим к развитию негативных явлений в природной среде, относятся техногенные выбросы, неграмотное применение органических и минеральных удобрений, пестицидов, использование тяжелой сельскохозяйственной техники, низкий уровень земледелия и т.д. [3]. При этом возможно загрязнение почв и растениеводческой продукции тяжелыми металлами [1, 2, 4, 5]. Негативно сказывается на состоянии плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур развитие ветровой и водной эрозии, пересушение и переувлажнение почв, засоление, слитизация, загрязнение почв и водоемов нитратами, потеря гумуса и основных элементов питания растений.

Эрозионные процессы, интенсификация сельскохозяйственного производства при недостаточном внесении органических удобрений, способствуют повсеместному уменьшению содержания гумуса в пахотном слое почв. За истекшие 20 лет между турами обследования почв уменьшение содержа-

1 Егоров Валерий Григорьевич, Михайлов Леонид Николаевич, кафедра изучения почвы и агрохимии Чувашской государственной сельскохозяйственной академии, Россия, 428032, Чебоксары, ул. К. Маркса, 29.

ния гумуса в пахотном слое в среднем по республике составило 1,6 тонны с гектара в год.

В республике внесение органических удобрений сократилось с 6,5 т/га в 1993 до 2,2 т/га в 1999 году, что составляет 22-27% от научно обоснованной потребности для сохранения бездефицитного баланса гумуса в почве. Снизились также объемы внесения минеральных удобрений. Если в 1991 году на пашню вносилось в среднем 165 кг д.в./га NPК (в том числе N -61, Р - 52, К - 52), то в 1995г. применение их сократилось до 24 кг д.в./га ^ - 15, Р - 5, К - 4), а в 1996 г. составило 29,6 кг д.в./га ^ - 18, Р -5, К - 6,6).

В связи с вышеизложенным весьма актуальными представляются наблюдения за состоянием почвенного плодородия и качеством выращиваемой растениеводческой продукции.

Целью работы являлись комплексная оценка состояния окружающей природной среды в различных почвенно-климатических зонах Чувашской Республики на специально выбранных реперных участках и проведение аг-роэкологического мониторинга пахотных земель и растениеводческой продукции.

1. Методика исследований

Методы определения агрохимических показателей и химических элементов, содержащихся в почвах, растениеводческой продукции приведены в табл. 1.

Таблица 1

Методы определения агрохимических показателей и химических элементов, содержащихся в почвах, растениеводческой

продукции

№ Показатель Методы определения Методические указания

1 Подвижный фосфор и обменный калий Метод Кирсанова ГОСТ 26207-91

2 Гумус Метод ЦИНАО ГОСТ 26213-91

3 Подвижная сера Метод ЦИНАО ГОСТ 26490-85

4 Азот нитратный Ионометрический метод ГОСТ 26951-86

5 Азот аммиачный Метод ЦИНАО ГОСТ 26489-85

6 Тяжелые металлы Zn, Си, РЬ, Сс1, в почвах и продукции растениеводства по определению ТМ Методические указания ГОСТ 18826-73

7 Стронций-90, цезий-137 Методические указания ЦИНАО ГОСТ 18826-73

2. Результаты и их обсуждение

Организация локального агроэкологического мониторинга земель и растениеводческой продукции Чувашской Республики осуществлялась в производственных условиях на специально закрепленных реперных участках, расположенных в различных климатических зонах республики, а также в техногенно загрязненных зонах вблизи транспортных магистралей, на полях в составе полевых севооборотов.

В данной статье в качестве примера приводим результаты почвенной диагностики дерново-слабоподзолистой почвы реперного участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района, расположенной в северной зоне республики (табл. 2, 3).

Таблица 2

Агрохимическая характеристика почв реперного участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района

Год Культура Глубина отбора, см Гумус, % N мин. кг/га N03, мг/кг Р205, мг/кг К20, мг/кг PH (КС1) Нг, мг-экв/ 100 г 8, мг-экв/ 100 г Подв. сера, мг/кг

0-20 1,8 44,7 17,0 124 101 6,3 1,10 24,4 1,15

3/м 20-40 1,3 100,0 14,0 120 32 6,0 1,18 23,0 1,70

1994 40-60 0,8 74,5 5,9 109 35 4,7 3,63 22,6 0,84

гречихи 60-80 0,7 54,0 2,5 189 39 4,5 4,05 23,8 3,40

80-100 0,7 83,0 4,0 206 47 4,7 3,33 24,0 4,80

0-20 2,0 24,0 6,6 127 66 6,2 1,17 24,6 1,20

3/м 20-40 1Д 25,6 2,5 153 66 5,6 2,07 23,2 1,30

1995 яровой 40-60 0,7 33,5 2Д 116 71 5,2 2,99 23,0 1,34

пшеницы 60-80 0,7 54,0 2,0 156 70 4,8 4,14 23,0 1,10

80-100 0,6 47,0 1,9 244 69 4,6 3,96 24,4 1,75

0-20 1,9 257,0 91,0 153 128 6,1 1,08 23,8 1,90

3/м 20-40 1,6 919,0 105,0 119 62 6,0 1,13 22,2 2,00

1996 ежа 40-60 0,5 1399,0 102,0 112 59 4,5 2,99 21,4 3,24

сборная 60-80 0,4 1044,0 46,0 157 62 4,3 3,26 23,0 4,56

80-100 0,3 322,0 16,0 243 76 4,6 2,41 24,0 3,68

0-20 2,2 29,7 3,2 123 66 6,5 0,80 25,2 4,40

3/м 20-40 0,9 77,7 2,1 135 58 5,6 1,56 21,0 5,20

1997 ежа 40-60 0,8 167,0 2,0 104 57 4,2 3,71 21,2 6,70

сборная 60-80 0,4 345,0 2,1 171 59 4,1 3,79 22,6 18,10

80-100 0,4 351,0 3,8 259 69 4,3 2,99 24,4 42,0

Из приведенных данных табл. 2 видно, что на этом реперном участке за 4 года при возделывании в севообороте ’’гречиха - яровая пшеница - ежа сборная - ежа сборная” содержание минерального азота в пахотном слое почв по отношению к исходному году уменьшилось на 15,0, нитратов — на 3,8, подвижного фосфора — на 1,0, обменного калия на 35,0 мг/кг. Содержание подвижной серы возросло на 3,3 мг/кг, содержание гумуса на 0,4%, а другие агрохимические показатели остались практически неизменными.

Результаты изучения подвижных форм микроэлементов и тяжелых металлов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Подвижные микроэлементы и тяжелые металлы в почвах реперного участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района

Год Культура Бор, кг/га Медь, мг/кг Цинк, мг/кг Марганец, мг/кг Кобальт, мг/кг Медь, мг/кг Цинк, мг/кг Кадмий, мг/кг Свинец, мг/кг

0-20 1,8 44,7 17,0 124 101 6,3 1,10 24,4

3/м 20-40 1,3 100,0 14,0 120 32 6,0 1,18 23,0

1994 40-60 0,8 74,5 5,9 109 35 4,7 3,63 22,6

гречихи 60-80 0,7 54,0 2,5 189 39 4,5 4,05 23,8

80-100 0,7 83,0 4,0 206 47 4,7 3,33 24,0

0-20 2,0 24,0 6,6 127 66 6,2 1,17 24,6

3/м 20-40 1Д 25,6 2,5 153 66 5,6 2,07 23,2

1995 яровой 40-60 0,7 33,5 2,1 116 71 5,2 2,99 23,0

пшеницы 60-80 0,7 54,0 2,0 156 70 4,8 4,14 23,0

80-100 0,6 47,0 1,9 244 69 4,6 3,96 24,4

0-20 1,9 257,0 91,0 153 128 6,1 1,08 23,8

3/м 20-40 1,6 919,0 105,0 119 62 6,0 1,13 22,2

1996 ежа 40-60 0,5 1399,0 102,0 112 59 4,5 2,99 21,4

сборная 60-80 0,4 1044,0 46,0 157 62 4,3 3,26 23,0

80-100 0,3 322,0 16,0 243 76 4,6 2,41 24,0

0-20 2,2 29,7 3,2 123 66 6,5 0,80 25,2

3/м 20-40 0,9 77,7 2,1 135 58 5,6 1,56 21,0

1997 ежа 40-60 0,8 167,0 2,0 104 57 4,2 3,71 21,2

сборная 60-80 0,4 345,0 2,1 171 59 4,1 3,79 22,6

80-100 0,4 351,0 3,8 259 69 4,3 2,99 24,4

Примечание. Глубину отбора образцов см. в табл. 2.

Из приведенных данных видно, что динамика микроэлементов была следующей: в пахотном слое почв уменьшилось содержание бора на 0,1 мг/кг, меди на 1,2, цинка - на 0,06, кадмия - на 0,46, свинца - на 35,3, а содержание цинка возросло на 0,82, а марганца - на 7,2 мг/кг.

ОДК в почвах для тяжелых металлов установлена (мг/кг): Сё (0,5-2,0), РЬ (32-130), Си (33-132), Zn (55-220), Мп (до 1500), Со (до 50).

Таким образом, пахотный слой дерново-слабоподзолистой почвы реперного участка вполне экологически чистый.

Качество растениеводческой продукции напрямую зависит не только от агроэкологического состояния почвы, но и от окружающего воздуха атмосферы. Поэтому актуальным является контроль над накоплением в растениях макро- и микроэлементов, тяжелых металлов, нитратов и радионукле-идов. В задачи агроэкологического мониторинга входило:

1. Определить урожайность товарной и побочной продукции и биомассу сухого вещества сельскохозяйственной продукции на 1 га площади.

2. Выявить в товарной и побочной продукции растениеводства содержание азота, фосфора, калия, кальция, золы, жира, клетчатки, сырого протеина, сахара, каротина, нитратов.

3. Изучить содержание тяжелых металлов (цинк, меди, кадмия, свинца) и радионуклеидов в товарной и побочной продукции.

4. Дать заключение о степени пригодности продукции растениеводства к применению.

Результаты растительной диагностики, урожайность и качественные характеристики возделываемых сельскохозяйственных культур на реперном участке колхоза им. Свердлова Чебоксарского района приводятся в табл. 4, 5. На дерново-слабоподзолистой почве реперного участка в годы исследований выращивались гречиха, яровая пшеница и 2 года — ежа сборная. Из данных табл. 1 видно, что величина биомассы, в зависимости от возделываемых культур, колебалась в пределах 1705-2341 кг/га. Максимальное содержание общего азота, сырого протеина и каротина обнаружилось в зеленой массе яровой пшеницы, фосфора и сахара — в зеленой массе гречихи, калия, кальция, жира, клетчатки и нитратов — в зеленой массе ежи сборной.

Исследование показало, что цинк, медь, кадмий и свинец больше накапливаются в зеленой массе гречихи и меньше — в зеленой массе ежи сборной.

Для выяснения опасности накопления рассматриваемых тяжелых металлов необходимо сравнение полученных данных с предельно-допустимыми концентрациями в растениях.

Для сочных кормов ПДК в мг/кг следующие: Zn - 100,0; Си - 30,0; Сё - 0,3; РЬ - 5,0. Следовательно, только содержание кадмия и свинца в зеленой массе гречихи и особенно кадмия в зеленой яровой пшенице оказалось выше ПДК, а другие показатели во всех растительных образцах находились в пределах допустимых концентраций.

Заключение

Результаты почвенной диагностики дерново-слабоподзолистой почвы и выращенной растениеводческой продукции на реперном участке колхоза им. Свердлова Чебоксарского района, расположенной в северной зоне республики, свидетельствуют о том, что содержание минерального азота в пахотном слое почв по отношению к исходному уменьшилось на 15,0, нитратов — на 3,8, подвижного фосфора — на 1,0, обменного калия на 35,0 мг/кг. Содержание подвижной серы возросло на 3,3 мг/кг, содержание гумуса на 0,4%, а другие агрохимические показатели остались практически неизменными.

Содержание общего азота в растениеводческой продукции колебалось в пределах 1,68-2,06%, общего фосфора — 0,22-0,31%, калия — 1,09-2,32%. Положительны и другие показатели качества. Речь идет о зеленой массе растений, так и их продуктивной части.

Оценка растениеводческой продукции с точки зрения их экологической безопасности также показывает, что в дерново-слабоподзолистых почвах колхоза им. Свердлова наибольшее накопление нитратов отмечено в сене

ежи сборной (194 мг/кг). Содержание тяжелых металлов цинка и меди было значительно ниже ПДК как в товарной, так и в нетоварной части урожая. Содержание кадмия незначительно превышает ПДК в соломе яровой пшеницы и свинца в сене ежи сборной в первый год ее использования. Содержание радионуклеидов в растительных образцах невысокое.

Литература

[1] Алексеев, А.А. Диффузия кадмия в почве / А.А. Алексеев, Н.Г. Зы-рин // Почвоведение. - 1980. - №3. - С. 66-73.

[2] Алексеев, Ю.В. Тяжелые металлы в почве и растениях / Ю.В. Алексеев. - Л., 1987. - С.142.

[3] Агроэкологический мониторинг пахотных земель и растениеводческой продукции в Чувашской Республике / В.Г. Егоров [и др.] - Чебоксары, 2002. - 122 с.

[4] Зырин, Н.Г. Нормирование содержания тяжелых металлов в системе ”почва-растение”/ Н.Г. Зырин, Е.В. Каплунова // Химия в сельском хозяйстве. - 1985. - №6. - С. 126-139.

[5] Ильин, В.Б. К вопросу о разработке предельно допустимых концентраций тяжелых металлов в почвах / В.Б. Ильин // Агрохимия. - 1985. -№10. - С. 94-101.

Поступила в редакцию 26/XII/2006; Paper received 26/XII/2006.

в окончательном варианте — 26/XII/2006. Paper accepted 26/XII/2006.

AGROECOLOGICAL MONITORING OF SOIL END PLANT

© 2007 V.G. Egorov L.N. Mikhailov2

The data of local monitoring of soil and plantgroowing production obtained on special owned plots, situated in different climatic zones of out republic and in the polluted areas located not far from the transport roads, in the fields of crop rotations are given in this article.

The investigation of the plots of the farm named after Sverdlov of the Cheboksarsky district showed — that in the period of 4 years by crop rotation of buckwheat, spring wheat ”eza” selective the mineral content of the nitrogen in the arable soil layer reduced by 15,0, the content of active phosphorus by 1,0, nitrate by 3,8, exchange potassium by 35,0 mg/kg.

The highest accumulation of nitrate traced in the wheat ”eza” selective (94 mg/kg) but the number of heavy metals in soit and the plands was within satusfactory limits.

2Egorov Valeriy Grigorievich, Mikhailov Leonid Nickolaevich, Dept. of Soil Studying and Agrochemistry, Chuvash State Agricultural Academy, Cheboksary, 428032, Russia.

Таблица 4

Результаты растительной диагностики на реперном участке колхоза им. Свердлова Чебоксарского района

Год Сроки отбо- ра Культура Биомасса сухого вещества, кг/га Содержание в растениях

N Р К Са зола жир клет- чатка сырой протеин сахар каро- тин нитра- ты тяжелые металлы радионукл.

| Си | са | РЬ Эг-ЭО | Се-137

в мг/ кг на абсолютно сухое вещество в % на абсолютно сухое вещество бк/ кг

1994 5.08 з/м гречихи 1705 1,61 0,31 1,59 0,79 7,18 2,59 23,23 10,06 13,73 186,0 27,5 10,0 0,5 7,0 1,0 1,2

1995 5.07 з/м яр. пшеницы 2341 2,06 0,22 1,09 0,30 4,69 3,94 21,63 12,87 12,12 123 22,0 5,1 0,17 1,25 0,2 0,5 —

1996 2.07 з/м ежи сборной 2255 1,69 0,24 1,63 1,11 8,36 3,97 34,32 10,56 6,27 48,0 87,0 20,6 3,91 0,03 1,0 0,1 0,9

1997 24.07 з/м ежи сборной 1850 1,78 0,26 2,32 1,00 8,73 4,23 34,48 11,12 6,18 84,5 245 3,5 1,80 0,01 1,5 0,4 1,3

Таблица 5

Величина и качество урожая на реперном участке колхоза им. Свердлова Чебоксарского района

Год Сроки отбо- ра Культура Биомасса сухого вещества, кг/га Содержание в растениях

N Р К Са зола жир клет- чатка сырой протеин сахар каро- тин нитра- ты тяжелые металлы радионукл.

| Си | са | РЬ Эг-ЭО | Се-137

в мг/кг на абсолютно сухое вещество в % на абсолютно сухое вещество бк/кг

1994 09.10 СОЛ. гречихи 0,77 0,18 1,52 0,48 9,78 0,72 30,44 4,82 0,80 64 1,00 1,20 —

1995 21.08 зерно 19,8 - - - - - - - - - - - - - - - - -

СОЛ. яр. пшен. 1,95 0,21 1,12 1,45 9,46 1,82 35,42 12,18 8,24 83,3 13,2 4,20 0,40 1,80 0,20 0,50

1996 14.08 зерно 24,8 3,03 0,40 0,55 0,16 0,66 1,80 4,22 18,93 15,89 83 11,6 2,00 0,25 0,80 - -

сено ежи сборной 42,6 1,7 0,24 1,58 0,28 7,24 1,63 43,5 6,68 2,41 16,8 153 17,8 1,40 0,20 5,10 1,40 3,40

1997 18.08 сено ежи сборной 18,1 1,53 0,23 1,92 0,96 10,25 2,98 34,25 9,56 6,87 67,1 194 13,0 1,80 0,08 1,00 0,30 0,10

мониторинг почвы и растениеводческой продукции