CC BY
66
Экологическая оценка состояния агроценозов и почвы при техногенном воздействии в условиях Оренбургского Предуралья
М.П. Коземчук, аспирант, ОНИИСХ
Экологическая безопасность сложной системы определяется не столько субъектами защиты или факторами внешней защищенности, сколько внутренними свойствами — устойчивостью, надежностью, способностью к авторегуляции. В наибольшей степени это относится именно к экологической безопасности. Человек, общество, государство не могут быть гарантами собственной экологической безопасности до тех пор, пока продолжают нарушать устойчивость и биотическую регуляцию окружающей природной среды [1].
Сегодня одной из главных причин невысокого уровня и неустойчивого развития сельскохозяйственного производства многих районов Оренбургской области наряду с неблагоприятными климатическими условиями является неудовлетворительное состояние сельскохозяйственных угодий, постоянное снижение плодородия почв.
По земельным ресурсам Оренбургская область является одной из крупнейших в Российской Федерации. Более 60% общей площади сельскохозяйственных угодий находится под пашней [2].
Почвы в области в основном представлены четырьмя подтипами: черноземы выщелоченные и типичные (7,6%), черноземы обыкновенные (23,5%), черноземы южные (28,5%) и темно-каштановые почвы (11% территории). В регионе наблюдается последовательная смена почвенноклиматических подзон в широтном направлении (Почвенная карта Оренбургской области. М., 1986), которая несколько нарушается лишь в центральной низкогорной части области и проявляется в сближении границ почвенных подзон и расширении их переходной части [3].
Именно в этих почвах естественное плодородие в наибольшей степени составляет основу потенциального плодородия и реализуется как нигде медленно, постепенно [4].
Наибольшей изменчивостью из климатических показателей на территории области отличаются среднегодовое количество осадков и среднее количество осадков по сезонам, месяцам и декадам. Количество осадков в указанные временные периоды разных лет может различаться по объему в несколько раз. Например, среднегодовое количество осадков по г. Оренбургу за годы наблюдений составило 367 мм. Но за этот же период число лет с осадками более 400 мм составило 21, а с осадками менее 300 мм — 22 года. Максимальный годовой объем осадков, зареги-
стрированный гидрометцентром, составил 731 мм (1945 г.), минимальный — 185 мм (1939 г.) С учетом изложенного представляется чрезвычайно возможной ориентация всего комплекса агротехнических мероприятий на сохранение и экономное расходование влаги.
Основанием для закладки длительного стационарного опыта по экологическому мониторингу в группе хозяйств южной зоны Переволоцкого района является неблагополучная экологическая ситуация вблизи газохимического комплекса (Оренбургский газоперерабатывающий завод), которая, по предварительным данным, оказывает негативное влияние на почву, растительность, животных и человека [5]. Как известно, попадание тяжелых металлов хотя бы в один из этих вышеназванных компонентов может привести к заражению всех остальных, так как растительность, животные, почва и человек связаны цепочкой биоаккумуляции [1, 6].
За последние годы в этих хозяйствах были отмечены дефицит осадков в летний период и повышенная температура воздуха, сопровождающаяся суховеями и мглой, что приводит к нарушению роста и развития сельхозкультур, низкой их урожайности и невысокому качеству зерна. Такое явление особо проявляется в засушливые годы, когда урожайность озимых, яровой пшеницы и ячменя в 1,5—2,0 раза ниже, чем в среднем по району. Однако причины этого до конца не установлены и требуют дальнейших тщательных исследований и наблюдений.
Кроме того, анализ погодных условий за последние 10—15 лет показывает, что произошло существенное изменение в климате, которое проявляется в заметном потеплении в зимнее время, увеличении осадков за холодный период года и резких среднесуточных перепадах температуры в вегетационный период, что создает стрессовую ситуацию культурным растениям.
Об изменениях в погодных условиях убедительно говорят данные Новосергиевской метеостанции за последние 13 лет, которая обслуживает хозяйства Переволоцкого района. Количество осадков в сравнении со средними многолетними показателями увеличилось на 51 мм, в основном за холодный период года, а температура повысилась на 1,2°С.
В связи с такими изменениями в погоде возникла большая проблема в земледелии, так как многие агротехнические приемы (сроки и нормы высева, набор возделываемых культур, система
обработки почвы и применения удобрений и т.д.), не полностью соответствуют сложившимся погодным условиям, поэтому требуются, с учетом результатов проведенных нами мониторинговых исследований по оценке степени загрязнения почвенного слоя, снежного покрова, воздушной массы и фитотоксичности самих сельхозкультур, определенная корректировка и научная проработка этих агротехнических приемов.
Так как вышеперечисленные мониторинговые исследования находятся на стыке экологии и агрономических наук, то целью данной работы является агроэкологическая оценка действия тяжелых металлов (ТМ) на деградированных почвах, подверженных техногенному воздействию Оренбургского газоперерабатывающего завода и разработка рекомендаций по оптимальному использованию земель сельскохозяйственного назначения.
Загрязнение окружающей среды, в том числе почв и растений ТМ, в количествах, превышающих санитарно-гигиенические нормативы (ПДК, ОДК, ДОК и т.д.), приводит к избыточному поступлению токсичных элементов в пищевую цепь [1, 6]. Поэтому разработка технологий получения экологически безопасной растительной продукции на загрязненных тяжелыми металлами почвах крайне актуальна.
Приоритетными загрязнителями окружающей среды чаще всего являются РЬ, 2п и Си. Их избыточное поступление в живые организмы нарушает процессы метаболизма, тормозит их рост и развитие, приводит к снижению выхода продукции и ухудшению ее качества [7].
Объектом нашего исследования являлась система «почва — растение», содержание в ней солей тяжелых металлов (свинца, цинка, меди, кадмия) в южной зоне Переволоцкого района, подверженной техногенному воздействию Оренбургского газоперерабатывающего завода. Ис-
следования проводились на стационаре Оренбургского НИИСХ, расположенном на полях сельхозпредприятия «Радуга» Переволоцкого района.
Почва опытного участка — чернозем южный, малогумусный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса в пахотном горизонте почвы около 3,0%, общего азота — 0,2—0,31%, общего фосфора — 0,14—0,22%, рН почвенного раствора — 7,0—8,1. Объемная масса почвы в пахотном слое — 1,14 г на 1 см3, в слое 0—150 см — 1,39 г на 1 см3.
С целью изучения закономерностей поведения тяжелых металлов в почве и поступления их в растения были заложены полевые опыты, в которых в почву вносили РЬ24, 2п96, Си48 в виде ацетатных солей (40, 12, 50 г/м2 соответственно), предварительно смешивая с 5 кг почвы, с ручной перекопкой на глубину 20—25 см. Результаты исследований подвергали статистической обработке.
Содержание тяжелых металлов в почве и культурах определяли атомно-адсорбционным методом в Государственном научном учреждении «Оренбургский НИИСХ Россельхозакадемии», согласно методикам, разработанным ЦИНАО [8, 9, 10].
Согласно таблице № 1, данные по почве также сравнивались с ПДК. Из нее следует, что содержание всех нижеприведенных элементов ниже ПДК, хотя по N1, Мп и РЬ превышает фоновые концентрации соответственно в 6, 3—2 и 4 раза.
Что касается содержания ТМ в различных вегетативных частях кукурузы и подсолнечника, то из табл. 2 видно, что у кукурузы Си и РЬ накапливаются преимущественно в стебле, а 2п — преимущественно в семенах, у подсолнечника Си и 2п — в семенах, а РЬ — преимущественно в стебле, причем, как видно из той же табл. 2, лист у подсолнечника практически не содержит свинца. Содержание вышеперечисленных элементов в различных вегетативных частях растений также не превышает ПДК.
1. Содержание тяжелых металлов в среднем за 2004—2006 гг. (почва)
№ Культура, сорт Варианты Си 2п № Мп РЬ
1 Горох Контроль 0,27 0,34 3,2 57,2 0,07
Чишминский 210 (Си,РЬ,гп) 3,15 7,2 5,8 56,3 25,5
2 Яровая твердая пшеница Контроль 1,18 0,22 2,24 46,17 0,18
Безенчукский янтарь (Си,РЬ,гп) 1,27 2,17 3,18 52,4 4,9
3 Яровая мягкая Контроль 0,27 0,32 2,61 44,4 0,08
пшеница Варяг (Си,РЬ,гп) 0,83 1,73 3,22 51,3 36,9
Озимая пшеница Контроль 0,44 0,015 4,82 9,97 0,0015
Поволжская 86 (Си,РЬ,гп) 0,32 0,027 4,61 12,1 0,07
Ячмень Контроль 0,44 0,22 2,63 3,27 0,075
Анна (Си,РЬ,гп) 0,62 1,84 3,52 50,8 14,8
Подсолнечник Контроль 0,25 0,15 5,0 32,1 -
Саратовский 20 (Си,РЬ,гп) 2,1 3,3 6,8 37,2 2,1
7 Кукуруза Контроль 0,33 0,27 3,42 20,73 0,002
РОСС 197 МВ (Си,РЬ,гп) 1,8 6,2 5,1 22,64 3,9
ПДК 3,0 23,0 8,0 59,0 6,0
2. Содержание тяжелых металлов в среднем за 2004—2006 гг. (растения)
№ Культура, сорт Варианты Си 2п № Мп РЬ са
1 Горох Чишминский 210 (семена) Контроль (Си,РЬ,гп) 5,32 5,83 24,17 23,78 4,02 2,29 6,19 6,32 0,1 0,18 0,007
2 Горох Чишминский 210 (стебель) Контроль (Си,РЬ,гп) 0,48 0,51 7,23 12,96 2,5 2,82 8,07 13,94 0,4 1,2 0,01 0,02
3 Яровая твердая пшеница Безенчукский янтарь (семена) Контроль (Си,РЬ,гп) 3,01 3,05 25,15 27,72 1,53 2,87 8,34 14,72 0,1 0,12 0,022 0,039
4 Яровая твердая пшеница Безенчукский янтарь (стебли) Контроль (Си,РЬ,гп) 0,62 1,35 9,2 17,72 1,5 2,93 9,21 13,32 0,21 0,028 0,032
5 Яровая мягкая пшеница Варяг (семена) Контроль (Си,РЬ,гп) 0,83 1,32 7,31 6,92 0,73 0,82 7,02 7,09 0,18 0,013 0,025
6 Яровая мягкая пшеница Варяг (стебли) Контроль (Си,РЬ,гп) 2,72 2,84 22,96 24,7 0,8 1,2 12,7 13,5 0,08 0,2 0,007 0,015
7 Озимая пшеница Поволжская 86 (семена) Контроль (Си,РЬ,гп) 2,72 3,02 13,62 14,37 1,38 1,82 12,9 19,2 0,19 0,24 0,02 0,04
8 Озимая пшеница Поволжская 86 (стебель) Контроль (Си,РЬ,гп) 1,53 1,28 4,03 8,86 1,9 1,85 15,22 5,34 0,14 0,09 0,15
9 Ячмень Анна (семена) Контроль (Си,РЬ,гп) 1,14 1,75 4,37 5,91 1,97 4,82 7,22 15,53 0,35 0,033 0,061
10 Ячмень Анна (стебель) Контроль (Си,РЬ,гп) 0,93 0,85 4,3 5,54 4,51 1,05 5,84 7,02 1,2 0,037 0,062
11 Подсолнечник Саратовский 20 (семена) Контроль (Си,РЬ,гп) 13,8 14,2 26,3 31,5 1,3 5,63 6,83 9,91 0,15 0,21 0,22 0,15
12 Подсолнечник Саратовский 20 (стебель) Контроль (Си,РЬ,гп) 6,31 6,48 8,93 9,84 1,24 1,52 17,42 21,04 0,01 0,02 0,067 0,042
13 Подсолнечник Саратовский 20 (лист) Контроль (Си,РЬ,гп) 3,98 5,24 4,96 6,77 0,69 0,71 7,52 8,63 0,16 0,029 0,018
14 Кукуруза РОСС 197 МВ (семена) Контроль (Си,РЬ,гп) 1,35 1,72 15,49 17,72 1,42 1,89 3,4 3,58 0,11 0,015 0,028
15 Кукуруза РОСС 197 МВ (стебель) Контроль (Си,РЬ,гп) 1,2 0,38 3,91 13,44 1,64 2,37 10,27 18,37 0,13 0,17 0,008 0,01
16 Кукуруза РОСС 197 МВ (лист) Контроль (Си,РЬ,гп) 2,7 2,82 2,84 5,93 1,64 2,51 7,8 11,69 0,1 0,54 0,0045 0,018
ПДК 30 50,0 1,0 20,0 5,0 0,3
Таким образом, можно с большой долей уверенности утверждать, что пагубного влияния Оренбургского газохимического комплекса на сельхозугодья ОАО СХП «Радуга» нами в ходе проведения серии экологических мониторинговых исследований не выявлено. Как было отмечено во введении, специалистами агрономических служб считалось, что в воздухе «благодаря» Оренбургскому газоперерабатывающему заводу находится большое количество мелкодисперсных взвешенных частиц, из-за которых летом создается как бы парниковый эффект, и растения «выгорают», а зимой выпадает значительно большее количество осадков, препятствуя нормальному росту озимых. Но анализ снежного покрова (аккумулирующей среды для загрязняющих веществ, находящихся в воздухе) практически не отличается от фонового. А это значит, что характер климатических изменений лежит вне экологической сферы.
Очевидно, что для установления истинных причин, оказывающих влияние на произрастание
сельхозкультур, необходимо проведение дополнительных мониторинговых исследований. В качестве гипотетических версий мы можем лишь предполагать, что в данном случае имеем дело с явлением тепловой конвекции. А может быть, даже все дело в глобальных изменениях климата на планете, о которых так много говорят, но последствия которых не всегда с ними связывают. Возможно, за сравнительно небольшими климатическими изменениями на территории всего лишь одного района отдельно взятой области нашей страны стоит так называемый «парниковый эффект». Хотя, очевидно, это весьма смелое предположение не совсем верно.
В любом случае, несмотря на явную небезопасность нефтегазовой отрасли экономики нашего края, можно с определенной долей уверенности утверждать, что в ряде случаев экологического и климатического неблагополучия окружающей среды катализатором пагубных изменений являются совсем иные причины, нежели деятельность предприятий вышеупомянутой от-
расли. Для поиска этих причин необходимы дальнейшие экологические и агрохимические научные изыскания.
Литература
1. Бондаренко, В.А. Использование осадков сточных вод в качестве органоминеральных удобрений: монография / В.А. Бондаренко, Г.И. Бельков, А.А. Цыцура, В.М. Николаев. Оренбург: ОГУ, НИИСХ, 2000. 124 с.
2. Блохин, Е.В. Экология почв Оренбургской области: почвенные ресурсы, мониторинг, агроэкологическое районирование. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1997. 228 с.
3. Кучеренко, В.Д. Агрохимическая характеристика почв СССР; Оренбургская область. Районы Урала / В.Д. Кучеренко, А.Е. Солнцева. М.: Наука, 1972. 250 с.
4. Грошев, И.В. Оценка эколого-геохимического состояния почвенного покрова степной зоны Южного Урала (на примере Оренбургской области): автореф. дис. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2004. 19 с.
5. Калиев, А.Ж. Оценка качества сельскохозяйственных угодий по степени загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами // Вестник ОГУ. №3. Оренбург, 2002. С. 67—71.
6. Родионова, Г.Б. Содержание тяжелых металлов в зерновых культурах Оренбургской области: мат. 1-й межд. науч.-практ. конф. Оренбург, 2004. С. 188—191.
7. Кабата Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата Пендиас, X. Пендиас. М.: Мир, 1989. 439 с.
8. ГОСТ: 17.4.02-84 «Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».
9. ГОСТ: 17.4.3.01-83 «Общие требования к отбору проб» и «Методические указания по обследованию почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства на содержание тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов и радионуклидов» / под ред. A.B. Кузнецова и др.
10. М.: ЦИНАО, ГОСТ Р 50683-94 «Почвы. Определение подвижных соединений по методу Крупского и Александровой в модификации ЦИНАО».
