CC BY
48
УДК 631.452, 631.453
БОНИТИРОВКА ПОЧВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ С УЧЕТОМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ (НА ПРИМЕРЕ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ)
А. Н. Водолазко, Е. А. Иванцова
EVALUATION OF THE SOILS OF AGRICULTURAL LANDS TAKING INTO ACCOUNT HEAVY-METAL CONTAMINATION (THE CASE OF THE VOLGOGRAD REGION)
A. N. Vodolazko, E. A. Ivantsova
В статье приведены результаты изучения влияния загрязнения почв земель сельскохозяйственного назначения тяжелыми металлами на их бонитировочную оценку. Эти результаты получены на основе данных многолетнего агроэкологического мониторинга, осуществляемого на реперных участках, расположенных на территориях, испытывающих антропогенную нагрузку. Указаны местоположение 21 контрольного участка на территории Волгоградской области и условия проведения исследований. Определены качественные и количественные параметры работ. Представлена методическая и методологическая база выполнения исследований. Отражены результаты изучения концентрации в почвах тяжелых металлов (семь наименований металлов подвижной и валовой форм). Выявлены участки с наибольшими и наименьшими уровнями загрязнения. Данные о загрязнении почв тяжелыми металлами представлены в виде диаграмм среднемноголетней концентрации элементов на каждом контрольном участке. Приведены результаты бонитировочной оценки почв по методике ЦИНАО на основе учета агрохимических показателей. Представлена и обоснована методика бонитировочной оценки почв с учетом их загрязненности тяжелыми металлами, базирующаяся на учете оптимальных показателей содержания элементов в почве, обеспечивающих высокий уровень плодородия, с одной стороны, и приемлемое эколого-токсикологическое состояние - с другой. Осуществлена бонитировочная оценка почв по представленной методике. В статье показаны результаты проведенной бонитировки, а также сравнительный анализ данных бонитировочной оценки, представленных в виде картограмм без учета и с учетом загрязнения почв тяжелыми металлами. Сделаны основные выводы и установлены закономерности, полученные в ходе проведенного исследования.
бонитировка, методы бонитировки, тяжелые металлы в почвах, загрязнение почв, земли сельскохозяйственного назначения, почвы Волгоградской области
This article presents the study results of the impact of heavy-metal contamination of the soils of agricultural lands on their bonitation evaluation. The findings are based on the data from multi-year agro-ecological monitoring carried out in control areas located in the territories that are experiencing anthropogenic impact. The location of the control areas, in the amount of 21 sites in the Volgograd region and the conditions for the research are given. Qualitative and quantitative parameters of the study have been determined. Methodical and methodological basis for the research is presented. The results of the study of the concentration of heavy metals in soils (including 7 types of metals of active and total forms) are presented. The areas with the highest and lowest levels of pollution have been identified. Data on soil contamination with heavy metals is presented in the form of diagrams of the mean many annual concentration of elements at each control area. The results of the evaluation of soils using the method of the Central Research Institute of Agrochemical Servicing of Agriculture on the basis of agrochemical indicators. The methodology of bonitation evaluation of soils with regard to their contamination with heavy metals has been presented and justified based on the optimal performance of the element content in the soil, providing a high level of fertility on the one hand and acceptable environmental and toxicological status, on the other hand. Evaluation of soils using the presented methodic has been performed. The article reflects the evaluation results and comparative analysis of the evaluation results given in the form of interpretative maps without and taking into account heavy-metal contamination of soils. The obtained results of the bonitation evaluation on the presented methods are reflected in the form of interpretative maps. The main conclusions and regularities obtained as a result of the study are also presented.
bonitation, methods of bonitation, heavy metals in soils, soil pollution, agricultural lands, soils of the Volgograd region
ВВЕДЕНИЕ
Земли сельскохозяйственного назначения являются той категорией земель, которая подлежит повышенному уровню охраны и защиты. Ведь в конечном итоге именно они становятся ключевым объектом, а качество почв - ключевым фактором обеспечения продовольственных потребностей населения. В этой связи актуальной проблемой является выявление универсальной модели оценки качественного состояния почв для обеспечения производства безопасной продукции, учитывающей показатели не только плодородия почв, но и ее экологического состояния [1, 2].
Качественное состояние почв по уровню плодородия определяется проведением бонитировочной оценки, которая позволяет выявить это состояние относительно сопоставимых участков, но, что важнее, - относительно оптимальных показателей плодородия для конкретного типа почв [3-5].
Наравне с качеством почв по уровню плодородия необходимо рассматривать таковое и по уровню эколого-токсикологического состояния, так как важно сохранение не только количественных, но и качественных показателей продукции [6]. В этой связи актуальна разработка методики бонитировочной оценки почв с учетом их загрязнения тяжелыми металлами. Такая оценка позволяет выявить земли с почвами, пригодными для воспроизводства
необходимого количества качественной, безопасной продукции. Проведение качественной оценки почв земель сельскохозяйственного назначения с помощью данного подхода является актуальным для Волгоградской области как одного из крупнейших сельскохозяйственных регионов [7-11].
Объект исследования - земли сельскохозяйственного назначения сухостепной почвенной зоны Волгоградской области.
Предмет исследования - выявление влияния загрязнения почв сельскохозяйственных земель тяжелыми металлами на их бонитировку.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Исследования проводились на 21 реперном участке в Городищенском, Дубовском, Иловлинском, Калачевском, Ленинском, Светлоярском, Среднеахтубинском, Суровикинском и Фроловском районах Волгоградской области. Лабораторные испытания осуществлялись на базе Федерального государственного бюджетного учреждения «Центр агрохимической службы «Волгоградский». Реперные участки заложены на землях сельскохозяйственного назначения в техногенно-загрязненных зонах, вблизи крупных промышленных предприятий, транспортных магистралей, городов, на полях, где ранее интенсивно применялись средства химизации [12]. Эколого-токсикологическая оценка почв проводилась по следующим элементам: Zn, Cd, Pb, Ni, Cu, As, Hg (таблица).
Таблица. Предельно допустимые концентрации подвижных форм тяжелых металлов в почве, мг/кг [13]
Table. Maximum permissible concentrations of mobile forms of heavy metals in soil, mg / kg_
Подвижная форма Валовая форма
Zn Cd (ОДК) Pb Ni Cu As Hg
23,0 0,5-2,0 6,0 4,0 3,0 2 2,1
Исследование осуществлялось на основе данных агроэкологического мониторинга, проводимого один раз в два года на реперных участках, за период 2001-2017 гг.
В ходе работ проведена бонитировочная оценка почв на реперных участках, выявлена степень их загрязнения тяжелыми металлами и выполнена бонитировочная оценка почв с учетом выявленного загрязнения.
Расчет балла плодородия почв осуществлялся по методу ЦИНАО: оценивалась кислотность почв, содержание гумуса, фосфора, калия, основных микроэлементов (медь, цинк, кобальт, марганец).
Относительный балл плодородия почв по данному методу вычислялся по следующей схеме [14, 15].
1. Определялся балл плодородия почв по каждому показателю (за исключением рН выше оптимума) по формуле (1):
Бп = X •100 , (1)
где Бп - относительный балл показателя плодородия почв; Х - фактическое значение агрохимического показателя; А - оптимальное значение агрохимического показателя.
При рН выше оптимума применялась следующая формула (2):
100 • pH (opt)
Брн = pH , (2)
где рН,opt - оптимальное значение кислотности; рН - фактическое значение кислотности.
Дополнительные условия при решении задачи:
- если рассчитанный оценочный балл основных показателей (рН, Р2О5, К2О, гумус) больше 120, то результат приравнивается к 120;
- если оценочный балл сопутствующих показателей (Са, Mg и др.) больше 100, то результат приравнивается к 100.
2. Устанавливался суммарный оценочный балл основных показателей (формула (3)):
„ БрН + Броо 5 + Бк2о + БГ
Б1 =-, (3)
m
где m - количество показателей, участвующих в расчете.
3. Рассчитывался оценочный балл сопутствующих показателей (формула (4)):
Г Б Ca + Б Mg + БУ
Б 2 =---. (4)
m
4. Определялся общий оценочный балл по полю или участку (формула (5)):
Б = 0,5 • (Б1 + Б2). (5)
По данной методике была проведена бонитировка почв на реперных участках. На всех участках общий балл бонитета не опускался ниже значений, соответствующих VI классу бонитета. Таким образом, почвы на протяжении всего периода их изучения характеризуются как средние и лучшие.
В результате проведенных исследований содержания в почвах тяжелых металлов были выявлены превышения ПДК по подвижным формам никеля и меди, а также по валовой форме мышьяка (рис. 1 - 3).
Рис. 1. Среднемноголетняя концентрация никеля (Ni) Fig. 1. The average annual concentration of nickel (Ni)
Рис. 2. Среднемноголетняя концентрация меди (Cu) Fig. 2. The average annual concentration of copper (Cu)
I Концентрация МЫШЬЯКА -ПДК
Рис. 3. Среднемноголетняя концентрация мышьяка (As) Fig. 3. The average annual concentration of arsenic (As)
Реперные участки: Городищенский р-н - 1, 2, 7, 10, 21; Дубовский р-н - 11, 12; Иловлинский р-н - 5, 6; Калачевский р-н - 3, 4, 17; Ленинский р-н - 13, 14; Светлоярский р-н - 8, 9; Среднеахтубинский р-н - 15, 16; Суровикинский р-н -18; Фроловский р-н - 19, 20.
На основе методики ЦИНАО была разработана методика оценки качества почв с учетом содержания в них тяжелых металлов.
Оптимальным значением содержания в почве для каждого тяжелого металла является ПДК или ОДК. Таким образом можно рассчитать балл качества почв относительно оптимального содержания в них тяжелых металлов.
Корректировка балла бонитета почв проводится в несколько этапов.
1) Определяется балл качества почв по каждому тяжелому металлу. Расчет проводится по формуле (6):
где ККПм - коэффициент качества почв по содержанию тяжелого металла; Х - фактическое значение содержания тяжелого металла в почве; А - ПДК тяжелого металла в почве (оптимальное значение).
Если коэффициент качества почвы по конкретному тяжелому металлу будет больше единицы, это означает, что концентрация данного металла в почве находится ниже ПДК, и в расчете итогового балла бонитета почв он не учитывается.
2) Общий балл бонитета почвы рассчитывается с учетом влияния каждого тяжелого металла по формуле (7):
Бобщ = 0,5 • (Б1+ Б2) • ККПм, (7)
где Б1 - балл бонитета по основным агрохимическим показателям; Б2 - балл бонитета по сопутствующим агрохимическим показателям; ККПм - коэффициент качества почвы по содержанию тяжелого металла.
3) Итоговый балл бонитета почвы рассчитывается как среднее арифметическое общих баллов бонитета, скорректированных по ККПм (формула (8)).
-р, _ Бобщ1 ^ Бобщ2 ^ '" ^ Бобщл /о\
Бит--, (8)
П
где Бобщ1,2,п - общий балл бонитета, скорректированный по ККП для каждого тяжелого металла; п - число учитываемых в расчете тяжелых металлов.
Согласно разработанной методике оценки качества почв была проведена их бонитировка, принимая во внимание загрязненность тяжелыми металлами, на реперных участках.
После расчета балла бонитета с учетом коэффициента качества почв класс бонитета в большинстве случаев уменьшился на 4-5 порядков. Наибольшая разница в значениях баллов и классов бонитета отмечена в 2005, 2007, 2013 и 2017 гг., когда на большинстве реперных участков было зафиксировано снижение класса бонитета на 5 -6 порядков. Наименьший общий уровень уменьшения значений баллов и классов бонитета зафиксирован в 2009 г., когда максимальная разница в классах бонитета составила пять позиций на шести реперных участках. При этом балл бонитета после корректировки в большинстве случаев снижался в пределах 50-60%. В отдельных случаях выявлены переходы почв из категории лучших в категорию худших.
В целом из-за корректировки баллов и классов бонитета почв на реперных участках общий уровень класса бонитета снизился с VШ-IX до (рис. 4, рис. 5).
Рис. 4. Бонитет почв, рассчитанный по стандартной методике Fig. 4. Soil bonitet calculated by the standard method
Рис. 5. Бонитет почв, рассчитанный с учетом загрязнения тяжелыми металлами Fig. 5. Soil bonitet calculated taking into account contamination with heavy metals
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты проведенной бонитировочной оценки почв показывают, что в целом они на обследуемой территории относились к VII-X классам бонитета и принадлежали к лучшим и средним. Причем VII класс является высшим уровнем в категории средних почв. Наивысшими классами бонитета за исследуемый период времени характеризуются почвы в Калачевском, Среднеахтубинском и Светлоярском районах Волгоградской области.
Выявлены превышения ПДК по подвижным формам никеля и меди, а также по валовой форме мышьяка. Данные загрязнения тяжелыми металлами носят постоянный характер.
В результате бонитировочной оценки почв с учетом загрязнения тяжелыми металлами были выявлены значительные изменения в показателях классов бонитета и категорий почв. Класс бонитета почв на реперных участках в результате корректировки понизился в среднем на три-пять позиций с VII-IX до класса.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Воробьев, А. В. Характеристика категорий и качественное состояние земель Волгоградской области / А. В. Воробьев // IV Международная научно-практическая конференция молодых исследователей (26 - 28 апр. 2010 г.): сб. тр.
- Волгоград, 2010. - С. 159-161.
2. Киричкова, И. В. Аккумуляция тяжелых металлов в посевах многолетних трав, возделываемых на южных черноземах Волгоградской области / И. В. Киричкова // Актуальные проблемы развития науки и образования: Междунар. науч.-практ. конф.: мат. - Москва, 2014. - С. 104-106.
3. Дымдын, О. С. Сущность бонитировки почвы / О.С. Дымдын // Молодой ученый. - 2012. - №1, 2. - С. 161-163.
4. Иванцова, Е. А. Тяжелые металлы в почвах сухостепной зоны Волгоградской области / Е. А. Иванцова, А. Н. Водолазко // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2018. - № 2 (50). - С. 124-131.
5. Рассыпнов, В. А. Бонитировка почв как основа кадастровой оценки земель сельскохозяйственного назначения/ В. А. Рассыпнов, Е. М. Соврикова // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2012. -№11(97). - С. 103-106.
6. Sun, C. Assessment on Environmental Quality of Heavy Metals in Agricultural Soils of Chongming Island, Shanghai City / C. Sun, Ch. Bi, Zh. Chen et al. // Geogr. Sci. - 2010. - V. 20, № 1. - P. 135-147.
7. Белозубова, Н. Ю. Оценка эколого-токсикологического состояния почв Волгоградской области / Н. Ю. Белозубова // Качество жизни человека в нестабильном мире // XV Междунар. социальный конгресс: мат. выступл. -Москва, 2016. - С. 326-330.
8. Воробьев, А. В. Совершенствование системы земельного учета при проведении государственной кадастровой оценки земель сельскохозяйственного назначения в Волгоградской области / А. В. Воробьев, А. В. Смыков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее образование.
- 2015. - № 3(39). - С. 237-241.
9. Иванцова, Е. А. Качество почв земель сельскохозяйственного назначения сухостепной почвенной зоны Волгоградской области / Е. А. Иванцова, А. Н. Водолазко // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2018. - № 2 (50). - С. 150-157.
10. Лобанов, М. П. Загрязнение тяжелыми металлами территории Волгоградской области / М. П. Лобанов, Т. А. Трофимов // Известия
Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2008. - №1 (9). - С. 12-16.
11. Редько, М. В. Бонитировочная оценка почв сельскохозяйственных угодий с учетом их загрязненности тяжелыми металлами (на примере Московской области): автореф. дисс... канд. биол. наук: 03.00.27 / Редько Марина Витальевна; МГУ. - Москва, 2009. - 28 с.
12. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л. М. Державина, Д. С. Булгакова. - Москва: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. - 240 с.
13. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06 // Библиотека ГОСТов и нормативов. - 2015 [Электронный ресурс]. URL: http://ohranatruda.ru/ot biblio /normativ/data normativ/46/46714/ (дата обращения 25.08.2015).
14. Бонитировка и качественная оценка почв: учеб.-метод. пособие / В. С. Цховребов [и др.]; Ставропольский государственный аграрный университет. - Ставрополь: Ставропольское издательство «Параграф», 2011. - 61 с.
15. Основные принципы методики бонитировки почв и бонитировки земель неорошаемой пашни / Г. Н. Черкасов [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2011. - №12. - С. 3-6.
REFERENCES
1. Vorob'ev A. V. Kharakteristika kategoriy i kachestvennoe sostoyanie zemel' Volgogradskoy oblasti [Characteristics of categories and qualitative condition of lands of the Volgograd region]. Sbornik trudov IVMezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii molodykh issledovateley 2 -28 aprelya 2010 g. [Proceedings of the IV International scientific and practical conference of young researchers 26 - 28 April 2010]. Volgograd, 2010, pp. 159-161.
2. Kirichkova I. V. Akkumulyatsiya tyazhelykh metallov v posevakh mnogoletnikh trav, vozdelyvaemykh na yuzhnykh chernozemakh Volgogradskoy oblasti [Accumulation of heavy metals in crops of perennial grasses cultivated on the southern chernozem of the Volgograd region]. Aktual'nye problemy razvitiya nauki i obrazovaniya: sbornik nauchnykh trudov po materialam Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii: v 7 chastyakh [Actual problems of development of science and education. Collection of scientific papers on the materials of the International scientific-practical conference: in 7 parts]. Moscow, 2014, pp. 104-106.
3. Dymdyn O. S. Sushchnost' bonitirovki pochvy [The essence of soil testing]. Molodoy uchenyy, 2012, no. 1-2, pp. 161-163.
4. Ivantsova E. A., Vodolazko A. N. Tyazhelye metally v pochvakh sukhostepnoy zony Volgogradskoy oblasti [Heavy metals in the soils of the dry steppe zone of the Volgograd region]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee obrazovanie, 2018, no. 2(50), pp. 124-131.
5. Rassypnov V. A., Sovrikova V. A. Bonitirovka pochv kak osnova kadastrovoy otsenki zemel' sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya [Soil bonitation as
Haynnbiu wypnan «H3eecmuH KfTY», № 54, 2019 г.
the basis for cadastral valuation of agricultural lands]. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2012, no. 11 (97), pp. 103-106.
6. Sun C., Bi Ch., Chen Zh. Assessment on Environmental Quality of Heavy Metals in Agricultural Soils of Chongming Island, Shanghai City. Geogr. Sci., 2010, vol. 20, no. 1, pp. 135-147.
7. Belozubova N. Yu. Otsenka ekologo-toksikologicheskogo sostoyaniya pochv Volgogradskoy oblasti [Assessment of the ecological and toxicological state of the soils of the Volgograd region]. Kachestvo zhizni cheloveka v nestabil'nom mire: materialy vystupleniy XV Mezhdunarodnogo social'nogo kongressa [Quality of human life in an unstable world: proceedings of the XV International social Congress]. Moscow, 2016, pp. 326-330.
8. Vorob'ev A. V., Smykov A. V. Sovershenstvovanie sistemy zemel'nogo ucheta pri provedenii gosudarstvennoy kadastrovoy otsenki zemel' sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya v Volgogradskoy oblasti [Improvement of the land registration system during the state cadastral valuation of agricultural land in the Volgograd region]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee obrazovanie, 2015, no. 3(39), pp. 237-241.
9. Ivantsova E. A., Vodolazko A. N. Kachestvo pochv selskokhozyaystvennogo naznacheniya sukhostepnoy pochvennoy zony Volgogragskoy oblasti [Soil quality of agricultural land in the dry steppe soil zone of the Volgograd region]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee obrazovanie, 2018, no. 2(50), pp. 150-157.
10. Lobanov M. P. Zagryaznenie tyazhelymi metallami territorii Volgogradskoy oblasti [Heavy-metal pollution of the Volgograd region]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie, 2008, no.1 (9), pp. 12-16.
11. Red'ko M. V. Bonitirovochnaya otsenka pochv sel'skokhozyaystvennykh ugodiy s uchyotom ikh zagryaznyonnosti tyazhelymi metallami (na primere Moskovskoy oblasti). Avtoreferat diss. kand. biol. nauk [Evaluation of soils of agricultural lands taking into account their contamination by heavy metals (the case of the Moscow region). Abstract of dis. kand. biology. sci.]. Moscow, 2009, 28 p.
12. Metodicheskie ukazaniya po provedeniyu kompleksnogo monitoringa plodorodiya pochv zemel' sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya [Methodical instructions on carrying out complex monitoring of soil fertility of agricultural lands]. Moscow, FGNU "Rosinformagrotekh", 2003, 240 p.
13. Predel'no dopustimye kontsentratsii (PDK) khimicheskikh veshchestv v pochve. Gigienicheskie normativy GN 2.1.7.2041-06 [Maximum permissible concentrations (MPC) of chemicals in soil]. Biblioteka GOSTov i normativov, 2015, available at: http://ohranatruda.ru/ot_biblio/ normativ/data_normativ/46/46714/ (28 August 2015).
14. Ckhovrebov V. S., Faizova V. I., Mar'in A. N. Bonitirovka i kachestvennaya otsenka pochv: uchebno-metodicheskoe posobie [Bonitation and quality assessment of soil. Study guide]. Stavropol', Stavropol'skoe izdatel'stvo "Paragraf", 2011, 61 p.
15. Cherkasov G. N. Osnovnye printsipy metodiki bonitirovki pochv i bonitirovki zemel' neoroshaemoy pashni [Basic principles of the methodology of
evaluation of soils and lands of non-irrigated arable land]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK, 2011, no. 12, pp. 3-6.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Водолазко Александр Николаевич - Волгоградский филиал ООО «Омсктехуглерод»; ведущий специалист отдела технического контроля качества;
E-mail: [email protected]
Vodolazko Alexandr Nikolarvich - Volgograd branch of OOO "Omsktechuglerod"; leading specialist of the Department of technical quality control; E-mail: [email protected]
Иванцова Елена Анатольевна - Волгоградский государственный университет; доктор сельскохозяйственных наук; зав. кафедрой экологии и природопользования, профессор; E-mail: [email protected]
Ivantsova Elena Anatolyevna - Volgograd State University; Doctor of Agricultural Sciences; Head of the Department of ecology and nature management, Professor;
E-mail: [email protected]
