CC BY
65
УДК 631.42.
АГРОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЕГРАДАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПЛОДОРОДИЯ ПАХОТНЫХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ
Agro-Economic Evaluation of Degradation Changes in the Fertility of Arable Gray Forest Soils
Яковлева Е.В. - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры БЖД ФГБОУ ВО
«Орловский ГАУ», El enaval erevna79@yandex. ru Степанова Л. П.- доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры земледелия ФГБОУ ВО «Орловский ГАУ», E-mail:[email protected]
Писарева А. В. - аспирант кафедры земледелия ФГБОУ ВО «Орловский ГАУ» Yakovleva E. V., Stepanova L.P., Pisareva A. V.
ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет» 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69 Federal State Educational Institution of Higher Education "Orel State Agrarian University."
Реферат. В статье дана агроэкологическая и агрономическая оценка свойств серых лесных почв на основе изучения строения профиля, морфологических признаков генетических горизонтов, качества их агрофизических и агрохимических свойств. Выявлены проблемы загрязнения и уничтожения плодородного слоя почвы. Необходимость исследований во многом вызвана крайне неблагоприятным состоянием окружающей среды в зоне интенсивной хозяйственной деятельности и необходимостью, в связи с этим, разработки системы мероприятий по реабилитации и охране природных объектов на таких территориях, включая промышленные площадки и участки размещения отходов производства и потребления. Решение этой задачи возможно только на основе полной информации о специфике современного состояния природных сред и, прежде всего, почвы. Более того, востребованность такого направления обусловлена увеличением экономической значимости результатов исследования почв, связанных с определением размера экологических платежей от субъектов хозяйственной деятельности. Доказано, что нарушение геохимических барьеров, характерных для профиля серых лесных почв, допущенное при выемке почвенной массы до глубины 2,5 м, создает экологическую напряженность исследуемых территорий и требует контроля изменения показателей, характеризующих экологическое состояние ландшафтов в сезонной динамике от весны к лету и осени, и от осени - к зиме и весне. Знание таких изменений позволяет более точно прогнозировать изменение физико-химических и агрохимических свойств почв в течение года, а также прогнозировать и оценить влияние на плодородие почвы и степень эволюции почвы.
Summary. The paper presents the evaluation of agro-ecological and agronomic properties of gray forest soils on the basis of studying the structure of the profile, morphological characteristic of genetic horizons, quality of agrophysical and agrochemical properties. The problems of pollution and destruction of topsoil are revealed. The necessity of researches is caused in many respects by the extremely adverse state of environment in a zone of intensive economic activity and, in this regard, by the need of developing the system of rehabilitation and protection measures for natural objects in such territories, including industrial areas and sites of production and consumption wastes. The solution of this task is possible only on the basis of full information on specific state of current environments and, first of all, the soil. Moreover, the demand for it is caused by increase in the economic importance of the results of soil research, connected with determination of the amount of ecological payments from a business entity. It is proved that violation of geochemical barriers, typical for a profile of gray forest soils, allowed when digging the soil mass up to the depth of 2.5 m, creates ecological tension of the studied territories
and demands control over indicator changes characterizing an ecological condition of landscapes in seasonal dynamics from spring by summer and autumn and from autumn by winter and spring. Such information allows predicting changes of physical and chemical and agro-chemical properties of soils within a year more precisely, as well as forecasting and estimating the influence on fertility and evolution degree of the soil.
Ключевые слова: система земледелия, природный ландшафт, деградация, эрозия почвы, агротехнология.
Keywords: farming system, natural landscape, degradation, soil erosion, agro-technology.
ВВЕДЕНИЕ. Одной из наименее решенных проблем до настоящего времени остается проблема функций почв в экосистемах и биосфере. Вместе с тем изучение влияния почвы на атмосферные, гидрологические, биотические и другие компоненты экосистем и биосферы позволяет найти ответное воздействие на факторы почвообразования. Все геосферы Земли находятся, как известно, в тесном взаимодействии и значительную роль в этом взаимодействии играет почва. Весьма велика роль почвы и в жизни литосферы. Благодаря почвообразованию и выветриванию материя переходит в более активное состояние. Об этом свидетельствует резкое увеличение в десятки тысяч раз общей активной поверхности мелкозема по сравнению с монолитом исходных почвообразующих горных пород. Кроме того, функционирование водной оболочки Земли также зависит от взаимодействия ее с почвенным покровом. Почва участвует в формировании речного стока и в трансформации поверхностных вод в грунтовые, а также и в жизни атмосферы, поглощая и отражая солнечную энергию и в целом определяя газовый режим атмосферы. Таким образом, взаимодействие почвы с окружающей средой очевидно [3, 5].
В настоящее время ситуация изменилась, однако исследования по оценке антропогенного воздействия на почвенный покров городов и крупных населенных пунктов в основном осуществляются только с целью санитарно-гигиенической характеристики территорий, что накладывает свой отпечаток на формирование программы исследований. В большинстве случаев в программу включают контроль основных токсикантов и интерпретацию полученных данных на базе использования ПДК и фоновых значений. В результате таких наблюдений почва рассматривается исключительно как субстрат без учета выполняемых ею экологических функций. В итоге участки земель, в наибольшей степени, трансформированные техногенным воздействием, остаются практически неизученными.
В связи с этим существует острая необходимость проведения более глубокого анализа состояния почв по следующим направлениям: 1) изучение базовых почвенных характеристик в условиях интенсивной антропогенной нагрузки; 2) оценка специфики и степени воздействия различных видов хозяйственной деятельности человека на загрязнение почвенного покрова, в том числе на территории промышленных зон.
Однако целенаправленных научных исследований, посвященных сравнению разновременных данных изменения свойств почв по фиксированным объектам, до настоящего времени не проводилось. Поэтому весьма актуальной является проблема комплексного изучения и оценки состояния почвенной среды на фиксированных объектах территории [4, 5].
Необходимость исследований во многом вызвана крайне неблагоприятным состоянием окружающей среды в зоне интенсивной хозяйственной деятельности и необходимостью, в связи с этим, разработки системы мероприятий по реабилитации и охране природных объектов на таких территориях, включая промышленные площадки и участки размещения отходов производства и потребления. Решение этой задачи возможно только на основе полной информации о специфике современного состояния природных сред и, прежде всего, почвы. Более того, востребованность такого направления обусловлена увеличением экономической значимости результатов исследования почв, связанных с определением размера экологических платежей от субъектов хозяйственной деятельности.
Следует отметить, что кроме наличия информации о загрязнении, крайне важным является ее объективная интерпретация (особенно когда речь идет о комплексном загрязнении), а также идентификация источника загрязнения. Проблема выявления причин и виновников загрязнения стала особенно актуальной в последние несколько лет в свете усиления борьбы с экологическими правонарушениями, одним из наиболее действенных инструментов, которой является судебная экологическая экспертиза. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, программа которых ориентирована на определение уровня загрязнения территорий с учетом базовых почвенных характеристик и комплексного характера загрязнения [6, 7].
Сформировавшиеся почвы в значительной степени определяют устойчивость экосистем к деградации. При этом на каждом поле и на определенной территории встречается не одна почва, а сочетание различных почв. Характер структуры почвенного покрова территории оказывает значительное влияние на экологическую ситуацию. В связи с этим, при экологической оценке земель необходимо учитывать не только процессы, связанные с антропогенным воздействием на почву, но и естественные почвообразовательные процессы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Исследования проводились на территории почвенного покрова ЗАО «Сахарный комбинат «Отрадинский» расположенной по адресу Орловская область, Мценский район, с/п Отрадинское.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Поскольку между содержанием гумуса в серых лесных почвах (таблица 1) и урожайностью с/х культур имеется определенная связь, то для таких почв почвенный гумус является основным источником элементов питания растений. По мере интенсификации земледелия роль гумусового состояния почв возрастает, так как с повышением его содержания возрастает продуктивность почв, запасы продуктивной влаги, улучшается водный режим, что обусловливает повышение урожайности с/х культур. Следует отметить, что в экстремальных условиях малогумусированные почвы хозяйства обладают низкой экологической устойчивостью и растения на них снижают урожайность в засушливые периоды или при химической загрязнении. Роль органического вещества важна не только с точки зрения питания растений, но и приобретает особую важность как энергетический материал для микроорганизмов. Поэтому, первоочередной проблемой в повышении плодородия почв хозяйства (таблица 1), является пополнение запасов органического вещества за счет внесения органический удобрений [1, 7].
Таблица 1 - Экспликация гумуса на территории ЗАО "Сахарный комбинат "Отрадинский"
Мценского р-на Орловской области
№ группы Содержание, мг/100г Степень обеспеченности Площадь, га Процент площади, %
I от 0 до 2 низкое 47,75 38,6
II от 2,01 до 4 ниже среднего 71,40 57,7
III от 4,01 до 6 среднее 4,53 3,7
IV от 6,01 до 8 выше среднего - -
V от 8,01 до 10 высокое - -
VI от 10,01 и более очень высокое - -
Средневзевешенное: 2,38 Итого: 123,68
Содержание и запасы органического вещества в почвах (таблица 2) являются основными критериями оценки почвенного плодородия и экологической устойчивости почв как компонента биосферы. 61,4% пахотных земель характеризуются как повышенно гумусирован-ные с содержанием гумуса от 2 до 4%, что оценивается как ниже среднего содержание гумуса, а 38,6% пахотных земель имеют низкое содержание гумуса - менее 2%.
Таблица 2 - Экспликация подвижных форм фосфора ЗАО "Сахарный комбинат "Отрадинский" Мценского р-на Орловской области
№ группы Содержание, мг/100г Степень обеспеченности Площадь, га Процент площади, %
I от 0 до 2,5 очень низкое 8,89 7,2
II от 2,6 до5 низкое 17,58 14,2
III от 5,1 до 10 среднее 45,08 36,4
IV от 10,1 до 15 повышенное 24,53 19,8
V от 15,1 до 25 высокое 22,08 17,8
VI от 25,1 и более очень высокое 5,52 4,5
Средневзевешенное: 10,29 Итого: 123,68
Обеспеченность подвижным фосфором пахотных почв (таблица 3) оценивается как повышенная с содержание фосфора 10-15 мг на 100 г. почвы. При этом отдельные участки на полях имеют очень низкую обеспеченность (7,2%), низкую (14,2%) и среднюю (36,4%). Как правило, эти почвенные участки приурочены к территориям, подверженным водной эрозии.
Таблица 3 - Экспликация обменного калия на территории ЗАО "Сахарный комбинат "Отрадинский" Мценского р-на Орловской области
№ группы Содержание, мг/100г Степень обеспеченности Площадь, га Процент площади, %
I от 0 до 4 очень низкое - -
II от 4,1 до8 низкое 3,26 2,6
III от 8,1 до 12 среднее 3,42 2,8
IV от 12,1 до 17 повышенное 42,31 34,2
V от17,1 до 25 высокое 22,94 18,5
VI от 25,1 и более очень высокое 51,75 41,8
Средневзевешенное: 19,96 Итого: 123,68
Кислотноосновное состояние обусловливает особенности поведения элементов в почвах режима органического вещества подвижных соединений (таблица 4). Высокая кислотность снижает усвояемость молибдена, и увеличивает растворимость алюминия, марганца, бора, цинка, меди, железа. Усвояемость подвижного фосфора снижается в кислой среде. Кислая среда ухудшает азотный режим почвы, угнетает процессы аммонификации, нитрификации и азотфиксации.
Таблица 4 - Экспликация кислотности почвы на территории ЗАО "Сахарный комбинат "Отрадинский" Мценского р-на Орловской области
№ группы Содержание, мг/100г Степень обеспеченности Площадь, га Процент площади, %
I от 0 до 4 очень сильно кислые - -
II от 4,1 до 4,5 сильно кислые - -
III от 4,6 до 5 средне кислые 7,14 5,8
IV от 5,1 до 5,5 слабо кислые 17,76 14,4
V от 5,6 до 6 ближе к нейтральному 44,90 36,3
VI от 6,1 и более нейтральные 53,88 43,6
Средневзевешенное: 6,09 Итого: 123,68
Как видно из данных таблицы 4 почвы данного хозяйства имеют слабокислую, близкую к нейтральной среде, что создает благоприятные условия для гумусообразова-ния, роста и развития растений.
Содержание обменных катионов калия в почвах (таблица 5) оценивается как повышенное, высокое и очень высокое. Поскольку современные технологии возделывания культур определяют возрастающую потребность в микроудобрениях, эффективность применения которых может быть достигнута при учете содержания в почвах их подвижных форм, то можно отметить (приложение 1), что содержание подвижные форм меди, цинка очень низкое, что может быть компенсировано внесением соответствующих микроудобрений.
Таблица 5 - Экспликация емкости катионного обмена на территории ЗАО "Сахарный комбинат "Отрадинский" Мценского р-на Орловской области
№ группы Содержание, мг/100г Степень обеспеченности Площадь, га Процент площади, %
I от 10 до 20 низкая - -
II от 20,1 до 30 средняя 45,42 36,7
III от 30,1 до 40 высокая 78,26 63,3
IV от 40 и более очень высокая - -
Итого: 123,68
Емкость катионного обмена является интегральной агрономической и экологической характеристикой почвы, так как емкость поглощения обусловливает величину бу-ферности почв и их устойчивости к антропогенным воздействиям и химический загрязнениям.
Изменение величины емкости катионного обмена в пахотных почвах хозяйства оценивается в пределах средней и повышенной степени устойчивости к техногенным воздействиям. Преобладание в составе обменных катионов, катионов кальция и магния, обеспечивает образование водопрочных структурных агрегатов и их механическую водопроч-ность, что особенно важно для типа серых лесных почв.
Согласно проведенных полевых исследований земельных участков и составленного Паспорта почвы ГОСТ 17.4.2.03- 86 почва, ненарушенная производственной деятельностью предприятия относится к типу и подтипу серых лесных почвы - Л1Ые Ь^бо^ со
0 22 35 52
следующей системой морфологических горизонтов Лп22 - Л1Л2 35 - А2В 52 - В90 -ВС90115 - С115| [1, 5]. В характеристике почвенных горизонтов указывается обозначение горизонтов по национальной системе - Лп - Л1Л2 - А2В - В - ВС- С|, обозначение горизонтов по национальной системе ФАО-ЮНЕСКО - Р - ЕН - Ы - I - I?- Р. Обязательно
0 22 35 52 90
отражается верхняя и нижняя граница горизонта Лп 22 = Л1Л2 35 =А2В 52 = В 90 =ВС 115 =С115|, характер перехода между горизонтами - Лп и Л1Л2 - ясный по структур
22 35
,плотности и окраске, граница неровная, нечеткая; Л1Л2 35 и А2В 52 - неровный, языко-ватый, постепенный переход по окраске и структуре, граница неровная и нечеткая;
35 52
А2В 52 и В 90 - переход ясный по окраске, структуре, плотности, четкая, языковатая; В5290 и ВС90115 - переход постепенный по окраске, граница неровная; ВС90115 и С1151.- переход волнистый по окраске.
Профиль морфологически четко дифференцирован по элювиально-иллювиальному типу как следствие проявляющихся на фоне преобладающего дернового процесса почвообразования таких элементарных почвенных процессов как лессиваж, оподзоливание. В указанных почвах протекает заметно-выраженный процесс оглинивания, в результате этого процесса и передвижения илистых частиц формируется плотный иллювиально-текстурный горизонт В.
Почва серая лесная глубоко вскипающая, среднесуглинистая, мало и среднегу-мусная, на оподзоленных покровных суглинках (таблица 6).
Таблица 6 - Характеристика почвенных горизонтов паспорта серой лесной почвы
Показатель Горизонт
А1 А1А2 А2В В ВС
Объемная масса, г/см 1,22 1,25 1,34 1,48 1,56
Общая пористость, % 50,5 48,2 42,4 38,5 30,6
Содержание гумуса, % 4,4 2,76 0,95 0,80 0,42
Содержание общего азота, % 0,19 0,14 0,05 0,04 0,02
Соотношение С:К 11,72 11,44 11,20 11,60 12,18
рН солевой вытяжки 5,88 5,76 5,92 6,1 6,7
рН водного раствора 6,54 6,21 6,3 6,3 6,9
Емкость катионного обмена мг-экв/100 г 28,2 23,4 20,6 18,4 -
Состав обменных Катионов, мг-экв/100г:Са+Mg 23,75 17,88 18,13 17,75 -
Содержание подвижного фосфора, мг/100 г 38,6 28,5 12,6 7,5 -
Содержание обменного калия, мг 100 г 55,8 39,4 25,4 18,9 -
Влажность горизонта во время отбора проб, % 31,5 29,6 28,9 27,6 24,3
Для оценки степени нарушения - порчи или уничтожения плодородного слоя почвы, а также деградационных изменений уровня плодородия почв на земельных участках сельскохозяйственного назначения проведено исследование особенностей генезиса и строения профиля почвы исследуемых участков. Изучаемая территория почвенного участка представляет собой элементарный почвенный ареал серой лесной среднесуглини-стой почвы, нарушенный в результате действий ЗАО "Сахарный комбинат "Отрадинский" Мценского р-на Орловской области. Это послужило основанием для выбора показателей оценки состояния плодородия почвы, ее экологической и производительной способности.
Характеристика почвенных горизонтов нарушенной почвы.
Обозначение горизонтов по национальной системе
* 0 Л Л 20 лоо45 т-)60 тэ/^100 п 120 ,
А1 20-А1А2 45 -А2В 60-В 100-ВС 120-Ск ^
Обозначение почвенных горизонтов по системе ФАО-ЮНЕСКО Неё°20-НЕ2°45 -ЕГ4560-!60100 - !Р100120 - Рк120 |
Характер перехода между горизонтами
А1 и А1А2 - переход заметный по окраске;
А1А2 - А2В - переход постепенный по окраске и структуре;
А2В - В - переход постепенный про окраске и плотности;
В - ВС - переход постепенный;
ВС - Ск - переход ясный по линии вскипания.
Цвет горизонта (влажной и сухой почвы)
А1 - влажный, серый комковато-пылеватый, среднесуглинистый, рыхлый, тонкопористый, пронизан корнями, переход заметный гумусово-аккумулятивный
А1А2 - гумусово-аккумулятивный, влажный белесовато-серый при подсыхании, легкосуглинистый, тонкопористый, включения корней, комковато-пылеватый, переход постепенный.
А2В - Элювиально-иллювиальный среднесуглинистый, грязнобурый с затеками гумуса, комковато-плитчато-ореховатый, наличие белесой присыпки БЮ2, слабая красно-бурая лакировка, переход постепенный.
В - иллювиальный, влажный, буро-коричневый, плотный, призмовидно-ореховатый, пленки полуторных окислов, скопление кремнеземистой присыпки, переход постепенный, среднесуглинистый.
ВС -переходный к материнской породе, влажный, красно-бурый, уплотнен, комко-
вато призмовидный с коллоидными натеками, пленки полуторных окислов, переход ясный по линии вскипания, тяжелосуглинистый.
Ск - почвообразующая карбонатная порода, покровные лессовидные суглинки.
На исследуемых земельных участках была проведена выемка не только плодородного гумусового слоя почвы, но и удалены нижележащие генетические горизонты почвы до глубины 2,5 м, с последующим их перемешиванием при засыпке траншей, что обусловило формирование на нарушенных земельных участках нового элементарного геохимического ландшафта, то есть пространства с разной интенсивностью миграции и аккумуляции соединений (ширина 5 м, длина 800 м), составом и свойствами, отличающихся от ненарушенных почв (таблица 7).
Таблица 7 - Показатели физико-химических свойств пахотного слоя серой лесной среднесуглинистой нарушенной почвы после механической рекультивации
№ почвенного участка рН Гумус, % Р2О5 К2О Сорг, %
мг/кг
Нарушенная почва
1 7,42 0,2 0,8 48,3 0,12
2 7,52 1,5 2,1 96,6 0,87
3 7,10 0,8 9,5 97,3 0,46
4 7,17 0,9 8,4 31,0 0,52
Контроль без нарушения 7,34 4,4 65,1 350,8 2,55
Анализируя полученные данные состава нарушенных участков почвенного покрова после завершения их механической рекультивации (засыпка траншеи изъятым поч-вогрунтом), можно сделать вывод о полном уничтожении исходного профиля почвы и ее генетических горизонтов, утрате плодородия и как следствие производительной способности почвы. Если в ненарушенном пахотном горизонте почвы содержание органического углерода составило 2,55%, а количество гумусовых веществ 4,4%, то в слое 0-20 см насыпных почвогрунтов в нарушенных участках количество органического углерода снижалось в 3-21 раза в сравнении с ненарушенной почвой, содержание гумуса колебалось в пределах 0,2-1,5%, что свидетельствует о нарушении технологии проведения механической рекультивации, так как выемка плодородного гумусового слоя почвы должна складироваться отдельно, не допуская перемешивания с более глубокими слоями почвы и грунтов. А при засыпке траншеи сначала размещают малоплодородные слои, а в верхние слои насыпают плодородный слой почвы. Величина рН находится на уровне 7,1-7,52, что приближается к величине рН в ненарушенной почве - 7,34. Содержание подвижных форм фосфора и калия в восстановленных после рекультивации участках очень низкое по подвижному фосфору - 0,08-0,95 мг/100 г и низкое по содержанию обменного калия - 3,19,7 мг/100 г почвы. В сравнении со значениями этих показателей в ненарушенном пахотном слое серой лесной почвы установленное содержание питательных элементов в рекультивируемой почве в 17-206 раз ниже показателя подвижного Р2О5 в исходной почве, а количество обменного калия в 3,6-11 раз ниже содержания обменного калия в пахотном ненарушенном слое.
Поскольку отдельные горизонты почвы, мезо- и микрозоны являются геохимическими барьерами, то с их уничтожением в этих ландшафтах изменяются интенсивность и направления миграции вещества, энергии и информации внутри почвенной системы между ее компонентами и из почвы в окружающую среду, что оказывает существенное влияние на эволюцию почвы [6, 8].
Помимо вещества и энергии, почва может поглощать и выделять информацию. Информация заключена в структурных взаимосвязях между свойствами почв, в изменении вещества и энергии во времени и пространстве.
В наибольшей степени информация заключена в органическом веществе, органоми-неральных соединениях, минералогическом составе. При изменении матрицы почв изменяются закономерности получения и трансформации информации в почве, особенно это относится к почве - моменту.
Таблица 8 - Показатели физико-химических свойств пахотного слоя серой лесной среднесуглинистой нарушенной почвы после внесения дефеката
№ почвенного участка рН Гумус, % Р2О5 К2О Сорг, %
мг/кг
После внесения дефеката
1 7,50 2,64 56,0 382,0 1,53
2 7,78 2,81 52,0 393,8 1,62
3 7,5 1,98 70,4 417,0 1,15
4 7,83 2,52 65,6 410,5 1,46
Контроль без нарушения 6,92 4,32 172,0 399,5 2,51
Такое состояние почвы было создано в условиях 2012 года при проведении механической рекультивации нарушенных почвенных территорий и в условиях 2013 года при проведении органоминеральной рекультивации при внесении на поверхность восстановленных насыпных участков дефеката [8, 9].
Учитывая потоки вещества, энергии и информации в почвах, следует отметить взаимовлияние почв в структуре почвенного покрова и взаимовлияние горизонтов.
Влияние на свойства почв и протекающие в них процессы определяются экстенсивными и интенсивными параметрами. Интенсивный параметр определяет возможность протекания процесса (рН); экстенсивный - скорость (концентрация Н) и эффект процесса. Например, развитие оподзоливания в серых лесных почвах определяется рН и количеством ионов Н+, образующихся при разложении органических остатков, константной нестойкости образующихся комплексонов и количеством в мигрирующих водах лигандов комплексонов, количеством окислителей в мигрирующих растворах. Это является доказательством того, что внесение в траншею фильтрационного осадка свеклосахарного производства - сахарного дефеката, в связи с большой комплексообразующей и окислительно-восстановительной способностью содержащихся в нем органических соединений, большей величиной рН, обусловит большую выраженность процессов элювиирования и миграции соединений.
Анализ почвенных образцов, отобранных на исследуемых опытных участках, показал изменение величины рН в сторону его увеличения под действием дефеката в сравнении со значениями после механической рекультивации, и увеличение подвижных форм фосфора и калия в гумусовом слое, при этом содержание Р2О5 возросло почти в 7-88раз в сравнении с данными анализов почвы после механической рекультивации, но в 3 раза это количество было ниже значения контрольного участка почвы без нарушения. Установлено изменение в обеспеченности почвы и подвижным калием, его количество в 2014 году после внесения дефеката увеличилось почти в 9 раз в сравнении с показателями 2013 года и приближалось к среднему значению концентрации калия в ненарушенных почвах -399,5 мг/кг [10].
Значительные изменения произошли в содержании гумуса в пахотном слое серой лесной почвы. Если в 2013 году при восстановлении нарушенных земель установлено практически полное уничтожение гумусового горизонта, средневзвешенное содержание углерода органических соединений в 20 см слое грунта достигало 0,49% в среднем, что в 5 раз было ниже значения в содержании углерода органических соединений в почве контрольного участка, то внесение дефеката способствовало увеличению средневзвешенного содержания углерода органических соединений до 1,44%, что почти в 2 раза было ни-
же значения контрольного варианта, но в 3 раза превышало значение органического углерода в грунтах нарушенных земель. Содержание гумуса в рекультивируемых почвогрун-тах колебалось в пределах 1,98-2,81.
Отдельные свойства почв в большей степени обусловлены почвообразующей породой, а не типом почвы, для которого характерно определенное сочетание свойств почв. Пути оптимизации плодородия зависят от сочетания свойств почвы и их взаимосвязей.
Эволюция почвы идет в направлении изменения почвы в сторону увеличения степени равновесия с окружающей средой. Поэтому изменение свойств искусственно созданных питательных грунтов (почвогрунтов) тесно связано с факторами почвообразования, которые влияют на отдельные свойства почв в разной степени (микробиологическая активность пород, минералогический состав пород, влияние температуры, влажности, солнечной радиации). При освоении таких участков (очагов накопления поллютантов за счет деятельности человека) токсиканты мигрируют в определенные территории, что увеличивает опасность отложенных последствий (таблица 9).
Таблица 9 - Плодородие деградированных серых лесных почв
Степень деградации Мощность А1+А1А2, см Менее 0,01мм% о" г* у и pHсол. Сумма обм. Са2+ +Мg2+ Гидролитическая кислотность Емкость поглощения Степень насыщенности основаниями, % 3 Плотность г/см
мг/экв. на 100г
Очень высокая 17,0 11,19 1,91 4,87 2,25 2,91 5,16 43,61 1,41
Высокая 22,0 12,04 2,04 5,40 5,095 2,35 7,45 68,39 1,35
Повышенная 25,0 13,01 2,29 5,76 6,33 2,32 8,65 73,18 1,30
Средняя 26,0 13,39 2,42 6,32 6,52 2,21 8,73 74,69 1,27
Слабая 28,0 13,84 2,63 6,72 7,79 1,25 9,04 86,17 1,25
Отсутствует 30,0 14,49 3,25 7,51 16,25 0,32 16,57 98,07 1,22
Усиленно нарастающее загрязнение окружающей среды обусловливает целесообразность ведения эколого-сберегающей технологии. А будущий дефицит пахотных и плодородных почв ставит проблему резкого повышения урожая и ведения почвенно-сберегающих технологий. Это вызывает необходимость ведения новых параметров оценки состояния почв и их природно-антропогенных эволюционных изменений [7].
Результаты исследования деградационных изменений в почвенном покрове пахотных серых лесных почв показали, что на исследуемых территориях установлены количественные изменения свойств и состава почв, подтверждающих их деградацию (таблица 9).
По степени проявления процесса деградации и количественных характеристик изменения плодородия серых лесных почв показаны следующие градации деградационных преобразований исследуемых почв: «отсутствует», «слабая», «средняя», «повышенная», «высокая», «очень высокая».
Оптимальные свойства почв в значительной степени зависят от интенсивности протекания характерных для почвенно-климатической зоны почвообразовательных процессов. Так, развитие элювиально-илювиального типа распределения веществ, обусловленного проявления в серых лесных почвах процесса оподзоливания и лессиважа, приводит к вымыванию и перераспределению частиц ила в профиле почвы и изменению подвижности ионов. Установлено уменьшение мощности гумусового слоя серой лесной почвы с 30 см в не нарушенных почвах до 17 см с высокой степенью проявления эрозии или 43,3%. Так, пахотные горизонты исследуемых территорий серых лесных почв в результате развития деградационных изменений, происходящих в результате проявления процесса вод-
ной эрозии, обедняются частицами физической глины (менее 0,01 мм), если в ненарушенных серых лесных почвах содержание физической глины 14, 49%, то при сильном проявлении деградации содержание частиц физической глины уменьшалось на 17,9% в условиях легкого супесчаного гранулометрического состава почв.
Содержание гумуса уменьшалось в результате антропогенных изменений с 3,25% до 1,91% или на 41,3%. При слабом проявлении деградации изменение в содержании гумуса составили 19,1 % или 2,63%.
Изменение в содержании гумуса и количество частиц физической глины, определяющих сорбционные свойства почвы, приводят к изменению состава обменных катионов почвы и емкости поглощения. Установлено снижение обменных катионов кальция и магния до 2,25 мг/экв на 100 г почвы при одновременном увеличении обменных ионов водорода до 2,91 мг/экв на 100 г почвы, что отразилось не только на изменении подвижности ионов, но и подкислении почвенной среды и степени насыщенности основаниями.
Следует отметить, что изменение показателей плодородия серых лесных почв под действием деградационных процессов подтверждается увеличением плотности пахотных горизонтов почвы с 1,22 до 1,41 г/м3 или 15,6%.
Как правило, при изменении свойств почвы изменяются водно-воздушный режим, окислительно-восстановительное состояние, микробиологическая активность, подвижность отдельных ионов, знание таких изменений необходимо, чтобы более точно прогнозировать изменение физико-химических изменений и агрохимических свойств почв в результате антропогенных воздействий.
Анализ содержания подвижных форм тяжелых металлов в пахотном слое деградированных серых лесных почв показал изменение в концентрации ионов меди, кадмия, свинца и цинка. Установлено, что основным фактором концентрации ионов меди и цинка является органическое вещество почвы и влияние корневых систем растений, которые способствовать подтягивать ионов этих металлов в верхние горизонты почвы. В условиях интенсивной деградации почвы отмечается уменьшение концентрации меди и цинка в пахотном слое, но установлено увеличение концентрации свинца и практически не изменяющегося количества кадмия в пахотных горизонтах деградированных серых лесных почвах (Таблица 10).
Таблица 10 - Содержание подвижных форм тяжелых металлов в пахотном слое деградированных серых лесных почв
Степень деградации Си Сё РЬ 2п
мг/кг
Очень высокая 0,09 0,282 1,82 1,02
Высокая 0,101 0,260 1,93 1,05
Повышенная 0,133 0,282 2,166 1,24
Средняя 0,147 0,285 1,452 1,321
Слабая 0,129 0,277 1,409 1,279
Отсутствует 0,197 0,318 1,171 2,452
В значительной степени на интенсивность протекающих почвообразовательных процессов влияет миграция вещества, энергии и информации в водную и воздушную среды. По полученным нами данным, испарение из почвы и продукты транспирации растений содержат катионы, анионы, органические соединения, пропорционально их содержанию в почвах и растениях, то есть пропорционально степени загрязнения или окультуривания. Миграция веществ определяется действием различных факторов: гравитационным полем, электрическим, магнитным, концентрационным и т.д., при этом вектора миграции могут быть направлены в разные стороны. Миграция веществ и микроорганизмов происходит в виде положительно и отрицательно заряженных соединений, гидрофобных и гидрофильных продуктов; миграция органических и неорганических соединений из почвы в воздушную среду с испа-
рением, с транспирацией растений, показана миграция веществ весной по промерзающему слою на глубине 10-20 см и к слою низких температур, возможна значительная миграция веществ по оттаявшему слою над промерзающим слоем почвы.
При внесении больших доз органических веществ удобрений происходит смена микробных сообществ, сукцессия растительных сообществ, эволюция почв и смена разных этапов реакций: сначала происходит наиболее быстрые реакции, затем образуются наиболее термодинамически устойчивые соединения. При оценке влияния органических удобрений на состояние почв и развитие растений необходимо учитывать не только содержание в них биофильных элементов и токсикантов, но и функциональные свойства применяемых удобрений по следующим параметрам: емкость поглощения катионов, наличию в их составе групп СООН, фенольных, спиртовых, хинонных и кетонных групп. Кроме указанных функциональных свойств органические вещества почв, удобрений, растительных остатков характеризуются ингибирующей способностью, стимулирующей, структурообразующей способностью, антипатогенной функцией, определенной влагоем-костью и прочностью связи воды.
Оценка органических отходов сахарного производства, используемых как удобрительные формы, необходима по указанным параметрам, а также сертификация исходных компонентов применяемых органических удобрений, строгое регулирование условий и сроков компостирования. Влияние органических удобрений на свойства почвы обусловлено также микробиологической активностью органических соединений, изменяющей протекание микробиологических и ферментативных процессов в почве, влиянием вносимых и образующихся в почве органических соединений на адекватность и скорость ответа почв на внешние воздействия.
Особо следует указать на то, что возникающие очаги деградации в наименее устойчивые к деградации этапы развития почвы и растений, затем лавинообразно усиливаются (молодые почвы легче поддаются внешним воздействиям, но они и менее устойчивы к деградациям).
Как следует из приведенных данных анализа почвенных проб, отобранных с земельных участков, расположенных по адресу Орловская область, Мценский район, с/п Отрадинское, по смежеству с юго-восточной стороны с Отрадинское; ответчиком не только нарушена взаимосвязь генетических горизонтов в профиле серой лесной средне-суглинистой почвы, но и механическим заполнением траншей мелкоземом и дефекатом полностью уничтожены профильные взаимосвязи генетических горизонтов, что привело к изменению структурно-агрегатного состава, снижению гумусового состояния и питательного режима в созданных питательных грунтах нарушенных территорий.
Таким образом, на земельных участках сельскохозяйственного назначения расположенных по адресу Орловская область, Мценский район, с/п Отрадинское допущено извлечение и полное уничтожение профильного расположения и взаимосвязей генетических горизонтов серой лесной среднесуглинистой почвы на площади 0,88 га, восстановить которые невозможно. Согласно расчетам размер нанесенного вреда по «Методике исчисления размера вреда, причиненного почвам как объекту охраны окружающей среды» [2] составляет девять миллионов сто пятьдесят две тысячи рублей (9152000), рассчитанный по формуле:
УШ,порч=8 х Кг х Кисх х Тх;
где Б-площадь участка м2,
Кг - показатель глубины порчи почвы до 50 см =1,3;
Кисх - показатель категории земель и целевого назначения, сельскохозяйственные угодья = 1,6;
Тх - такса для исчисления размера вреда (лесостепная зона серых лесных почв = 500
2
руб./м )
8800м2 х 1,3 х 1,6 х 500 = 9 152 000 рублей.
Согласно кадастровой стоимости земель сельскохозяйственного назначения в Орловской области, стоимость нарушенного земельного участка составляет: 8 800 м2 х 11,96 руб./м2=105 248 руб.
Таким образом, размер нанесенного вреда нарушенным почвам составит: 9 257 248 руб. [2].
ВЫВОДЫ. Результатами выполненных анализов исследование образцов грунтов, отобранных на исследуемых земельных участках показано, что нарушение проекта рекультивации по восстановлению плодородного слоя почвы привело к неоднородности гумусового состояния и показателей, характеризующих кислотно-основное состояние и питательный режим созданных питательных грунтов на нарушенных территориях.
В нарушение технологии рекультивационных работ был использован фильтрационный осадок свеклосахарного производства - сахарный дефекат для создания плодородного слоя, что обусловило образование элементарного геохимического агроландшафта, усиление процессов оподзоливания, изменение окислительно-восстановительных условий, миграции органоминеральных соединений, изменение микробиологического состояния почвы, что представляет реальную опасность в волновом распространении загрязняющих веществ в горизонтальном и вертикальном направлениях, как в нарушенных территориях, так и на прилегающих к ним почвенным участкам.
Нарушение геохимических барьеров, характерных для профиля серых лесных почв, допущенное ответчиком при выемке почвенной массы до глубины 2,5м, создает экологическую напряженность исследуемых территорий и требует контроля изменения показателей, характеризующих экологическое состояние ландшафтов в сезонной динамике от весны к лету и осени, и от осени - к зиме и весне, так как знание таких изменений позволяет более точно прогнозировать изменение физико-химических и агрохимических свойств почв в течение года. Знание таких изменений позволит более точно прогнозировать и оценить влияние на плодородие почвы и степень эволюции почвы.
Таким образом, анализируя полученные данные состава нарушенных участков почвенного покрова после завершения их механической рекультивации (засыпка траншеи изъятым почвогрунтом), можно сделать вывод о полном уничтожении исходного профиля почвы и ее генетических горизонтов, утрате плодородия и, как следствие, производительной способности почвы. По степени проявления процесса деградации и количественных характеристик изменения плодородия серых лесных почв показаны следующие градации деградационных преобразований исследуемых почв: «отсутствует», «слабая», «средняя», «повышенная», «высокая», «очень высокая». В условиях интенсивной деградации почвы отмечается уменьшение концентрации меди и цинка в пахотном слое, но установлено увеличение концентрации свинца и практически не изменяющегося количества кадмия в пахотных горизонтах деградированных серых лесных почвах.
Библиографический список
1. ГОСТ 17.4.2.03-86 Охрана природы. Почвы. Паспорт почвы. М.: Стандартин-форм, 2008. 38 с.
2. Приказ «Об утверждении Методики исчисления размера вреда, причиненного почвам как объекту охраны окружающей среды» утвержденный приказом Минприроды России от 8 июля 2010 г. N 238: приказ Министерства природных ресурсов и экологии РФ.
3. Карпова Д.В. Оценка агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья: диссертация канд. с.-х. наук: 03.00.16 Почвоведение. М., 2009. 415 с.
4. Степанова Л.П., Яковлева Е.В. Видовая устойчивость растений к техногенному загрязнению почв // Экология центрально-черноземной области Российской Федерации. 2003. № 1 (10). С. 7-8.
5. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Коренькова Е.А. Роль паспорта почвы в агроэко-логической оценке природно-антропогенной эволюции серых лесных почв на примере
ЗАО «Сахарный комбинат «Отрадинский» Мценского района Орловской области // Вестник ОрелГАУ. 2015. №4. С. 70-79.
6. Степанова Л.П. Оценка влияния радионуклида цезий-137 на экологическое состояние почв и растений / Е.А. Коренькова, А.И. Мышкин, Е.И. Степанова, Н.К. Кружков, Е.В. Яковлева, А.В. Таракин // Агроэкоинфо. 2013. №2. С. 4.
7. Степанова Л.П. Оценка факторов загрязнения воздушной среды урбанизированных территорий Орловской области / Е.А. Коренькова, А.И. Мышкин, Е.И. Степанова, Н.К. Кружков, Е.В. Яковлева, А.В. Таракин // АгроЭкоИнфо. 2013. №2. С. 6.
8. Степанова Л.П. Яковлева Е.В., Писарева А.В. Физико-химическая оценка восстановления плодородия нарушенных серых лесных почв при их рекультивации // Безопасность в техносфере. 2015. Т. 4, № 2. С. 27-32.
9. Яковлева Е.В., Степанова Л.П., Яшин А.И. Влияние техногенеза на экологическое состояние серых лесных почв // Вестник Российского Университета Дружбы Народов. Серия: экология и безопасность жизнедеятельности. 2010. № 2. С. 27-34.
10. Яковлева Е.В., Степанова Л.П., Черный Е.С., Коренькова Е.А., Писарева А.В., Мышкин А.И. Состояние водных объектов в местах водопользования населения орловской области и мероприятия по улучшению качества питьевой воды // Экология и промышленность России. 2014. № 2. С. 40-45.
References
1. GO ST 17.4.2.03-86 Ohrana prirodyi. Pochvyi. Pasport pochvyi. M.: Standartinform, 2008. 38 s.
2. Prikaz «Ob utverzhdenii Metodiki ischisleniya razmera vreda, prichinennogo pochvam kak ob'ektu ohranyi okruzhayuschey sredyi» utverzhdennyiy prikazom Minprirodyi Rossii ot 8 iyulya 2010 g. N 238: prikaz Ministerstvaprirodnyih resursov i ekologii RF.
3. Karpova D. V. Otsenka agroekologicheskogo sostoyaniya seryih lesnyih pochv Vladi-mirskogo opolya: dissertatsiya kand. s.-h. nauk: 03.00.16Pochvovedenie. M., 2009. 415 s.
4. Stepanova L.P., Yakovleva E.V. Vidovaya ustoychivost rasteniy k tehnogennomu za-gryazneniyu pochv // Ekologiya tsentralno-chernozemnoy oblasti Rossiyskoy Federatsii. 2003. № 1 (10). S. 7-8.
5. Stepanova L.P., Yakovleva E.V., Korenkova E.A. Rol pasporta pochvyi v agroekologicheskoy otsenke prirodno-antropogennoy evolyutsii seryih lesnyih pochv na primere ZAO «Saharnyiy kombinat «Otradinskiy» Mtsenskogo rayona Orlovskoy oblasti // Vestnik OrelGAU. 2015. №4. S. 70-79.
6. Stepanova L.P. Otsenka vliyaniya radionuklida tseziy-137 na ekologicheskoe sostoyanie pochv i rasteniy / E.A. Korenkova, A.I. Myishkin, E.I. Stepanova, N.K. Kruzhkov, E.V. Yakovleva, A. V. Tarakin //Agroekoinfo. 2013. №2. S. 4.
7. Stepanova L.P. Otsenka faktorov zagryazneniya vozdushnoy sredyi urbaniziro-vannyih territoriy Orlovskoy oblasti / E.A. Korenkova, A.I. Myishkin, E.I. Stepanova, N.K. Kruzhkov, E.V. Yakovleva, A.V. Tarakin // AgroEkoInfo. 2013. №2. S. 6.
8. Stepanova L.P. Yakovleva E.V., Pisareva A.V. Fiziko-himicheskaya otsenka voss-tanovleniya plodorodiya narushennyih seryih lesnyih pochv pri ih rekultivatsii // Bezopasnost v tehnosfere. 2015. T. 4, № 2. S. 27-32.
9. Yakovleva E.V., Stepanova L.P., Yashin A.I. Vliyanie tehnogeneza na ekologicheskoe sostoyanie seryih lesnyih pochv // Vestnik Rossiyskogo Universiteta Druzhbyi Narodov. Seriya: ekologiya i bezopasnost zhiznedeyatelnosti. 2010. № 2. S. 27-34.
10. Yakovleva E.V., Stepanova L.P., Chernyiy E.S., Korenkova E.A., Pisareva A.V., Mish-kin A.I. Sostoyanie vodnyih ob'ektov v mestah vodopolzovaniya naseleniya orlovskoy oblasti i meropriyatiya po uluchsheniyu kachestva pitevoy vodyi // Ekologiya i promyishlennost Rossii. 2014. № 2. S. 40-45.
