CC BY
89. Степанова Л.П., Циканавичуте В.Э., Халимон С.Ю. Экологическая оценка интенсивности накопления тяжёлых металлов в агроэкосистемах на техногенно-загрязнённых почвах // Вестник аграрной науки. 2018. № 4 (73). С. 53-59.
10. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Пространственно-временная динамика почвенно-геохимических аномалий в зоне воздействия шлаковых отходов // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. № 3. С. 44-48.
11. Stepanova L.P, Pisareva A.V. Effect of production waste on the ecological condition of gray forest soils / Section ecology and environmental protection SGEM, 19 (5.2), pp. 315-322.
12. Степанова Л.П., Писарева А.В., Циканавичуте В.Е. Токсикологическя оценка воздействия отходов металлургической промышленности на экологические свойства светло-серых лесных почв // Экология и промышленность России. 2020. № 6. Т. 24. С. 54-59.
13. Состояние плодородия антропогенно-измененных серо-лесных почв и его эколого-экономическая оценка / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, Е.А. Коренькова, А.В. Писарева // Вестник РУДН серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 2015. № 3. С. 105-114.
14. Организация и особенности проектирования экологически безопасных агроландшафтов: Учебное пособие / Под ред. Л.П. Степановой. 2-е изд., доп. СПб.: Издательство «Лань», 2017. 268 с.
15. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Геохимическая характеристика антропогенно-преобразованных ландшафтов // Агрохимия. 2016. № 10. С. 96-103.
УДК 631.4, 631.417.2, 631.421, 631.415, 631.435, 631.458
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ К ТЕХНОГЕННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ
Елизаров Н.А., магистрант 1 курса направления подготовки 35.04.04 «Агрономия», кружок НИРС «Экология почвы».
Научный руководитель: д.с.-х.н., профессор Степанова Л.П.
ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
При оценке деградации почв и ландшафтов перспективно их рассматривать, как самоорганизующиеся и «живые» системы, состоящие из большого количества подсистем различной степени подчинённости, а именно рассматривать почву как исторически сложившееся биокосное тело, средство сельскохозяйственного производства, как избирательную полупроницаемую мембрану, защитную оболочку литосферы и как сорбент, в котором происходит трансформация потоков вещества и энергии из экологической системы. Таким образом, деградация почв, как средства сельскохозяйственного производства - это потеря плодородия почв и продуктивности земель, деградация почв, как исторически сложившегося тела - это уменьшение её надёжности, эластичности и долговечности. Негативные процессы проявляются в разной степени на землях сельскохозяйственного назначения, что требует необходимости оценивания уровней воздействия факторов, вызывающих деградацию, степень изменения почв и возможности их восстановления, разработки путей оптимизации и создания экологически устойчивой системы землепользования.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Аллювиальная, дерновая, карьерные, вскрышные, гранулометрический, микроагрегатный, зерновой, речная пойма, водная вытяжка.
ABSTRACT
When assessing the degradation of soils and landscapes, it is promising to consider them as self-organizing and «living» systems consisting of a large number of subsystems of various degrees of subordination, namely, to consider the soil as a historically formed bioinert body, a means of agricultural production, as a selective semipermeable membrane, a protective shell of the lithosphere, and as a sorbent in which the transformation of flows of matter and energy from the ecological system occurs. Thus, soil degradation as a means of agricultural production is a loss of soil fertility and land productivity, and soil degradation as a historically formed body is a decrease in its reliability, elasticity and durability. Negative processes are manifested to varying degrees on agricultural land, which requires the need to assess the impact of factors that cause degradation, the degree of soil change and the possibility of restoring them, and to develop ways to optimize and create an environmentally sustainable land use system.
KEYWORDS
Alluvial, turf, quarry, overburden, granulometric, microaggregate, grain, river floodplain, water extract.
Введение. В условиях нарастающего антропогенного загрязнения почв и ландшафтов большое значение приобретает функция почв устойчивости их к загрязнению и способности к самоочищению. Почвенный покров играет существенную роль в водном балансе и формировании состава грунтовых, озёрных, речных и даже морских вод, так как выпадающие на поверхность почв атмосферные осадки, просачиваясь вглубь толщи почвы, вступают в химические реакции с минеральными и органическими компонентами почвы, с почвообитающими животными, микроорганизмами и корневыми системами растений. В результате этих реакций поступившая в почвы атмосферная влага формирует почвенный раствор и грунтовые воды, обогащаясь минеральными и органическими веществами [7,8,9,10,11].
Аллювиальные почвы формируются в поймах и дельтах рек в условиях затопления паводковыми водами и формирования свежих слоёв аллювия разного гранулометрического и химического состава. Почвенный покров пойм различается по составу и свойствам в зависимости не только от их географического положения, но и расположения различных частей поймы по отношению к руслу реки [1,2,5,6].
В связи с этим выделяют три группы аллювиальных почв: аллювиальные дерновые на супесчано-суглинистом аллювии в прирусловой части поймы и по гривам центральной поймы, аллювиально-луговые почвы формируются в центральных областях речных пойм на суглинистом и глинистом аллювии, аллювиальные лугово-болотные и болотные почвы занимают пониженные, заболоченные притеррасные части речных пойм [3, 4].
Цель исследований: установить влияние антропогенных воздействий на состав и свойства аллювиальных дерновых почв земель сельскохозяйственного назначения.
При этом решению подлежат следующие задачи:
1. Оценить степень вреда, причинённого почвам сельскохозяйственных земель, в результате снятия и перекрытия плодородного слоя почвы.
2. Установить степень изменения показателей плодородия аллювиальных почв земель сельскохозяйственного назначения по величине pH водной вытяжки; содержанию органического вещества; степени обеспеченности доступными формами P2O5 в связи с нарушением технологии проведения вскрышных карьерных работ по добыче строительного песка и рекультивации нарушенных земель.
3. Показать характер изменения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава аллювиальной дерновой почвы.
Объекты и методы исследования: исследования проводились на земельном участке сельскохозяйственного назначения с почвенными пробами аллювиальной дерновой почвы, отобранными на глубине 0-20 см.
Определение рН водной вытяжки выполняли по ГОСТ 26423-85-Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки.
Количество органического вещества измеряли по ГОСТ 26213-91-Почвы. Метод определения органического вещества.
Гранулометрический и микроагрегатный состав определяли по ГОСТ 12536-2014-Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава почвы.
Содержание подвижных соединений подвижного фосфора выполняли по ГОСТ Р 54650-2011-Почвы. Определение подвижных соединений фосфора по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО.
Отбор почвенных образцов осуществляли согласно ГОСТ 17.4.3.01-2017 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб». Для отбора проб почвы использовали лопату копательную остроконечную «ГОСТ 19596-87».
Результаты и обсуждение. Аллювиальные дерновые почвы формируются в условиях глубокого уровня грунтовых вод под разнотравно-злаковой, разреженной растительностью. Обеспеченность аллювиальных почв влагой и элементами питания растений в результате регулярных паводковых вод и отложения аллювия создают благоприятные условия для возделывания сельскохозяйственных культур, требовательных к плодородию, а также для выращивания кормовых сельскохозяйственных растений и использования этих почв в луговодстве и под пастбища.
Трансформация ландшафтов в процессе хозяйственной деятельности человека, усиленная валянием промышленности и городов, оказывает существенные воздействия на сложившиеся природные потоки вещества и энергии. При том наряду с позитивными изменениями всё сильнее проявляются негативные последствия техногенеза, которые нередко превосходят экологически-допустимые пределы и способность экосистемы к саморегулированию, что обусловливает их разрушение.
Нашими исследованиями установлено влияние карьерных вскрышных работ по добыче песка на состав и свойства аллювиальных почв прирусловой поймы (табл. 1). Так, в результате анализа почвенных проб, характеризующих уровень плодородия почвенного покрова территории земель, нарушенных вскрышными работами по добыче строительного песка на территории прирусловой поймы, то есть вблизи русла реки, и их сравнение с показателями состава и свойств аллювиальных почв, ненарушенных земельными работами по добыче полезных ископаемых открытым способом (контроль), был установлен и доказан факт уничтожения профильной целостности почвы, нарушения почвенного покрова на всей площади земельного участка 86 330 м2 и, как следствие, уничтожение плодородного слоя аллювиальной почвы. Так, в пробах почвы, взятых с нарушенной территории, доказано полное отсутствие органического вещества, количество которого составило 0,28-0,33%, что в 27,5 раз ниже контрольного количества органического вещества в ненарушенной аллювиальной почве - 9,06%, а степень снижения достигала 8,73-8,78%, или 97% от количества органического вещества в исходной ненарушенной почве. Восстановить такие высокие темпы утраты органического вещества практически невозможно, учитывая разновозрастный характер протекания почвообразовательного процесса в поймах рек, и потребует не только высоких, но долговременных затрат материально-технических средств.
Таблица 1 - Показатели изменения плодородия аллювиальной почвы земельного участка сельскохозяйственного назначения, нарушенных добычей песка карьерным
способом
Глубина отбора, см Гранулометрический (зерновой | состав, %
№ пробы почвы РН Н2О Органическое вещество, % Р2О5, мг/кг >10 мм 10-5 мм 5-2 мм 2-1 мм 1-0,5 мм 0,5-0,25 мм 0,25-0,1 мм <0,1 мм
1 0-20 9,35±0,05 0,33±0,07 10,50±3,67 0 0 0,07 3,80 19,29 29,11 43,97 3,77
2 0-20 9,42±0,05 0,28±0,06 23,70±8,30 0 0 0,26 6,65 19,15 32,70 39,04 2,20
3 0-20 6,70±0,05 9,06±1,81 471,97±94,39 0 0 0 3,01 15,71 38,94 29,55 12,80
(К)
Выявлен характер изменения реакции среды аллювиальных дерновых почв при проведении вскрышных земельных работ, так доказано увеличение щёлочности почвенной среды рН водной вытяжки с рН н2о 6,60 до рН н2о 9,35-9,42, что характеризует сильнощелочную реакцию среды.
Установленные высокие уровни утраты количества питательного элемента подвижного фосфора, достигающие 95-98% от контрольного содержания подвижного фосфора в ненарушенной аллювиальной почве 471,97 мг/кг, уровень содержания подвижного фосфора в атнропогенно-изменённых почвах составил 10,5-23,7 мг/кг и оценивается как «очень низкое» количество фосфора. Восстановление утраченных уровней содержания подвижного фосфора потребует не только значительных материально-денежных, но и высоких временных затрат.
Доказаны изменения в гранулометрическом (зерновом) составе аллювиальной почвы, нарушенной вскрышными карьерными работами, обусловленные достоверным снижением частиц почвы размером менее 0,1 мм с 12,8% в ненарушенной контрольной пробе почвы до 2,2-3,77% в разрушенной аллювиальной почве, что является причиной значительного снижения удерживающей или поглотительной способности почвы, определяющей её плодородную силу и экологическую устойчивость к неблагоприятным факторам среды.
При этом следует отметить, что для аллювиальных почв характерна высокая природоохранная (особенно водоохранная) роль естественных почв и биоценозов речных долин. Именно это обстоятельство требует особого внимания и ответственности при вовлечении аллювиальных почв в какие-либо виды производств.
Выводы:
1. На земельном участке сельскохозяйственного назначения установлено изменение основных показателей почвенного плодородия аллювиальных почв и доказан факт уничтожения (порчи) плодородного слоя почвы в результате антропогенных воздействий.
2. Доказаны темпы снижения содержания органического вещества в слое почвы 0-20 см в результате вскрышных карьерных работ с 9,06% гумуса в контрольной ненарушенной почве до 0,28-0,33% органического вещества в нарушенных почвах. При этом, степень снижения гумуса в антропогенно-изменённых почвах достигали 8,738,78%, или 97% от количества органического вещества в исходной ненарушенной почве. Количество утраченного запаса гумуса из пахотного 0-20 см слоя аллювиальной дерновой почвы составило 263,4 т с 1 га.
3. Установлена степень снижения количества доступного фосфора в почвах, нарушенных работами по добыче строительного песка. Так, в почвах нарушенных земель количество подвижных форм фосфора снижалось в среднем в 28 раз в сравнении со средним уровнем его содержания в слое 0-20 см - 17,1 мг/кг и
количеством подвижного фосфора 471,97 мг/кг в контрольных пробах почв ненарушенных земель
4. Исследованиями доказано значительное изменение гранулометрического (зернового) состава почв нарушенных земель, подтверждаемое резким уменьшением количества фракций почвенных агрегатов менее 0,1 мм с 12,8% в ненарушенной контрольной пробе почвы до 2,2-3,77% в разрушенной карьерными работами аллювиальной почве, то есть количество агрегатов размером менее 0,1 мм снижалось в 4 раза. Количество частиц-агрегатов размером от 0,5 мм до 0,25 мм возросло почти в 1,4 раза, в среднем до 41,5% в сравнении с количеством частиц указанного размера в фоновой контрольной почве - 29,55%.
5. Величина рН изменялась в пределах 9,35-9,42 ед. в слое почвы 0-20 см антропогенно-изменённой почвы в сравнении со значениями рН водной вытяжки контрольных проб почвы, в которых величина рН водной вытяжки составила 6,70 ед.
6. Доказано уничтожение плодородного слоя аллювиальной почвы и нарушение почвенного покрова при проведении добычи полезных ископаемых открытым карьерным способом, и, как следствие, ухудшение их природоохранной и водоохранной роли, как для естественных почв, так и для почв речных долин.
Библиография:
1. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв: Учебник. М.: Изд-во Моск. ун-та; Наука, 2015. 364 с.
2. Елизаров Н.А. Влияние антропогенных воздействий на изменение показателей плодородия аллювиальных почв / Елизаров Н.А. // Орел.: Научный журнал молодых ученых. № 2(19), Июнь 2020. С. 38-42.
3. Экогеохимия ландшафтов: Учебное пособие / И.С. Кауричев, Л.П. Степанова, В.И. Савич, Е.В. Яковлева, Е.А. Коренькова. Орел.: Орел ГАУ, 2014. 312 с.
4. Кирюшин В.И. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий // Кирюшин В.И., Иванов А.Л. // Москва ФГНУ «Росинформагротех», 2009. С. 103-104.
5. Савич В.И. Физико-химические основы плодородия почв. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2013. 431 с.
6. Савич В.И., Никиточкин Д.Н., Гукалов В.Н. Оптимизация свойств почв в период интенсивного ведения сельскохозяйственного производства и загрязнения среды. М.: ВНИИА, 2014. 470 с.
7. Состояние плодородия антропогенно-измененных серо-лесных почв и его эколого-экономическая оценка / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, Е.А. Коренькова, А.В. Писарева // Вестник РУДН серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 2015. № 3. С. 105-114.
8. Организация и особенности проектирования экологически безопасных агроландшафтов: Учебное пособие / Под ред. Л.П. Степановой. 2-е изд., доп. СПб.: Издательство «Лань», 2017. 268 с.
9. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Экологическая оценка влияния антропогенного воздействия на физико-химические свойства урбанозёмов, дерново-подзолистой почвы парковой зоны (г. Москва) и серой лесной почвы (шлаковый отвал п. Думчино) // Агробизнес и экология. 2015. Т. 2. № 2. С. 244-246.
10. Экологическая оценка структуры микробиологического комплекса техногенно-трансформированных земель / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, А.В. Писарева, В.А. Раскатова // Агрохимический вестник. № 3. 2016. С. 20-25.
11. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Геохимическая характеристика антропогенно-преобразованных ландшафтов // Агрохимия. 2016. № 10. С. 96-103.
