CC BY
6СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 631.445.25:574.003.12:669.162.266.443 (470.319)
ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТАВА И СВОЙСТВ СВЕТЛО-СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ ШЛАКОВОГО ОТВАЛА (П. ДУМЧИНО, МЦЕНСКИЙ РАЙОН, ОРЛОВСКАЯ ОБЛ.)
Клычев Д.Г., бакалавр 2 курса направления подготовки 35.03.03 «Агрохимия и агропочвоведение» Научный руководитель: д.с.-х.н., профессор Степанова Л.П. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
В результате длительного почти 70-летнего размещения и хранения отвала шлаковых отходов алюминиевого литья на территории поселка Думчино, Мценского района, Орловской области и сформированного техногенно-минерального образования отмечается интенсивное пыление, проявление оползней, осыпей на откосах отвала, что приводит к ухудшению качества, состава и свойств почвенно-геологической среды [1,4,6,7]. Исследования проводили на светло-серых лесных почвах в непосредственной близости к шлаковому отвалу. В результате выполненных исследований выявлено локальное воздействие шлакового отвала на изменение генетических особенностей, состава и свойств светло-серых лесных почв.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Шлак, отвал, светло-серая лесная почва, гранулометрический состав, удельная поверхность, емкость катионного обмена, кислотность
ABSTRACT
The long-term storage of the cinder-dump of aluminum castings wastes for almost 70 years in the area of the village Dumchino in Mtcensk district in Orel region and the technogenic mineral formation resulted in the intense dusting, landsliding, the waste sliding on the cinder-dump slopes. So, the quality, the composition and the properties of the soil-geological medium are worsening. The study was conducted on the light-gray forest soils close to the cinder-dump. We determined the local effect of the cinder-dump on the change of the genetic traits, composition and properties of the light-gray forest soils.
KEY WORDS
Cinder, dump, light-gray forest soil, granulometric texture, specific surface area, cation exchange capacity, pH.
Особую группу загрязняющих веществ составляют тяжелые металлы, концентрация которых в пределах техногенных аномалий может в десятки и сотни раз превышать фоновое их содержание в незагрязнённых почвах. В результате длительного почти 70-летнего размещения и хранения отвала шлаковых отходов алюминиевого литья на территории поселка Думчино, Мценского района, Орловской области и сформированного техногенно-минерального образования отмечается интенсивное пыление, проявление оползней, осыпей на откосах отвала, что приводит к ухудшению качества, состава и свойств почвенно-геологической среды. Складированные в отвале техногенные образования характеризуются значительными концентрациями тяжелых металлов, обусловливающих механическое и химическое загрязнение, изменение состава и свойств почв прилегающих территорий [2, 3, 5].
Исследования проводили на светло-серых лесных почвах в непосредственной близости к шлаковому отвалу. Цель исследования - установить количественные характеристики состава и свойств генетических горизонтов светло-серой лесной почвы
в зоне воздействия шлаковых отходов. В задачу исследований входило: установить генетические особенности профиля исследуемых почв; определить гранулометрический состав и степень влияния шлакового отвала на его изменение в профиле; выявить особенности изменения физических и водно-физических свойств почвы, величины удельной поверхности почвенных частиц в зоне влияния шлакового отвала; определить гумусовое состояние и физико-химические свойства почв изучаемой территории и характер действия шлаковых отходов на их изменение.
Почвенным профилем называют совокупность закономерно сменяющихся с глубиной генетических горизонтов, которые специфичны для каждого типа почвообразования. Генетические горизонты различаются между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам. Определение сочетания горизонтов отражает специфику почв типового таксономического уровня. Почвенный покров территории расположения шлакового отвала характеризуется следующими типодиагностическими горизонтами с характерными морфологическими признаками. Разрез 1 пос. Думчино, Мценский район, шлаковый отвал, удаленность 20 м. А0 0-3 см, органогенный подстилочный горизонт; А1 3-17 см, гумусово-аккумулятивный горизонт, палево-серый, плотный, плитчато-комковатый, включение корней; А1А2 17-25 см, переходный, элювиально-иллювиальный, текстурный, с охристо-сизыми пятнами оглеения, плотный, комковато-плитчатый, наличие белёсой присыпки и сизых, темно-бурых пятен оглеения, влажный, единичные корни, включение шлака; Вг глеевый, текстурный, тяжелосуглинистый, коричнево-бурый, наличие привноса тонкодисперсного материала, обогащение илом и валовыми формами железа и алюминия, наличие признаков оглеения; ВСг 70-105 см, глеевый, переходный в почвообразующую породу, палево-бурый, глинисто-иллювиированный, наличие сизых и охристых пятен оглеения, единичные корни. Название почвы: светло-серая лесная грунтово-глеевая, маломощная, малогумусовая, глубоко вскипающая, среднесуглинистая, на оглееных лессовидных суглинках.
В закреплении загрязняющих веществ почвой большое значение имеют агрегатный и гранулометрический состав почв, поскольку интенсивность поглощения зависит от объема пор почвы, удельной поверхности почвенных частиц.
Таблица 1 - Агрегатный состав светло-серых лесных почв
горизонт, глубина, см Плотность IV г/см3 Размер фракций, мм, содержание в % Кстр
>10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 10,5 0,50,25 <25
А1 3-17 0,780 62,8 5,68 4,07 6,12 3,77 6,85 2,69 3,55 4,47 0,49
АВ 17-25 0,896 38,99 16,64 4,36 19,70 7,4 6,32 4,62 0,13 1,84 1,44
Вг 25-70 0,903 44,53 17,06 13,99 12,56 8,52 4,37 1,04 0,59 0,34 1,22
ВСг 70-105 0,903 60,9 13 8,8 8,2 3,5 3,4 0,9 0,7 0,6 0,62
Исследованиями доказано влияние агрегатного состава и оструктуренности почвы на изменение ее свойств (табл. 1). В агрегатном составе светло-серой лесной почвы установлено преобладание фракции агрегатов крупнее 10 мм, содержание которых в гумусовом слое достигало 62,8%, с глубиной в профиле почвы количество агрегатов указанной фракции снижается в 1,5 раза, что отражается на величине коэффициента структурности. Коэффициент структурности верхнего гумусового горизонта значительно различается с глубиной почвенного профиля. Самая низкая величина коэффициента структурности установлена для верхнего гумусового слоя
светло-серой лесной почвы в непосредственной близости к шлаковому отвалу, его величина составила 0,49 ед., что характеризует неудовлетворительное структурное состояние почвы. С увеличением глубины генетических горизонтов светло-серой лесной почвы коэффициент структурности возрастает до 1,44 ед. в переходном горизонте АВ и до 1,22 ед. в оглеенном иллювиальном горизонте, Вг, резко снижаясь в оглеенной почвообразующей породе до 0,62 ед. При этом следует отметить, что с глубиной профиля почвы ее агрегатное состояние ухудшалось, что обусловливало возрастание плотности почвы.
Таким образом, можно сделать следующий вывод: высокая плотность и неудовлетворительное структурное состояние светло-серой лесной почвы в непосредственной близости к шлаковому отвалу создают условия для застоя поверхностных вод и развития процессов оглеения.
В гранулометрическом составе светло-серой лесной почвы отмечаются следующие изменения: в гумусовом горизонте резко снижается количество илистой фракции до 13,14% при значительном возрастании фракции крупной пыли до 47,58%. В более глубоких горизонтах почвы возрастает содержание фракции ила до 28,830,2%, что приводит к утяжелению гранулометрического состава иллювиальных горизонтов до тяжелосуглинистого крупнопылевато-мелкопесчаного и образованию почвенных слоев с низкой водопроницаемостью. В связи с этим в профиле светлосерой лесной почвы при дождевых и талых водах создается опасность застоя влаги, переувлажнения и развитие элювиально-глеевого процесса почвообразования (табл. 2).
Таблица 2 - Гранулометрический состав и водно-физические свойства светло-серых
лесных почв
Горизонт. глубина, см Размер, мм, и содержание механических элементов, % Плотность су, г/см3 Плотность тв. фазы г/см3 Гигро скоп. влажность, % Уд. поверхность м2/г
1-0,275 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 <0,01
А1 3-17 6,275 16,8 47,58 11,2 11,28 13,14 35,62 0,78 2,60 2,34 84,33
АВг 17-25 3,296 11,42 39,5 6,22 10,78 28,78 45,78 0,90 2,62 2,79 100,6
Вг 25-70 3,586 16,22 31,2 9 9,8 30,2 49 0,91 2,46 3,76 135,92
ВСг 70-105 5,83 14,53 42,0 10,22 12,98 14,44 37,64 0,91 2,57 3,61 132,29
Основу почвы составляет твердая фаза, сформированная частицами разного происхождения и разной степени дисперсности. Как всякое природное тело, почва характеризуется физическими свойствами, которые оказывают влияние на почвообразование, плодородие почв и развитие растений. Важную роль в создании почвенного плодородия и условий для жизни животных организмов играет количественное соотношение абиотических фаз почвы. При уменьшении параметров жидкой или газовой фаз ниже определенного уровня замедляются многие биологические процессы и нарушается нормальное развитие растений. Поэтому регулирование физических свойств почв с целью оптимизации условий произрастания сельскохозяйственных культур и жизнедеятельности почвенной биоты - одна из главных задач в создании высокопродуктивных агроландшафтов.
Как видно из данных табл. 2 плотность почвы возрастает в пределах 0,78 г/см3 в гумусовом слое почвы до 0,91г/см3 в иллювиальном горизонте. Плотность твердой фазы почвы наибольшая в верхней части профиля почвы, достигая величины 2,6 -2,62 г/см3 в слое 3-25 см, что может быть обусловлено включением частиц шлака в
почвенную массу. Величина гигроскопической влажности возрастает с 2,34% в слое 317 см до 3,76% в иллювиальном горизонте Bг. С максимальным содержанием частиц ила, обеспечивающих высокую величину удельной поверхности почвенных частиц, связано изменение удельной поверхности почвенных частиц в профиле светло-серой почвы, она возрастает от 84,33 м2/г в гумусовом слое до 135,91 м2/г в иллювиальном горизонте на глубине 25-70 см. Поверхность почвенных частиц является важной физической характеристикой почвы, поскольку с величиной поверхности связаны явления поглощения и обмена минеральных и органических веществ, паров, газов, процессы передвижения воды, технологические и многие другие свойства почвы. С уменьшением размера частиц и увеличением их числа в единице массы или объема происходит переход почвы в более активное состояние вследствие возрастания поверхностной энергии почвенных частиц, выраженной в м2 в единице массы (или объёма) почвы и называемой удельной поверхностью.
В агроэкологической оценке почв важное значение имеют такие показатели свойств почв, как содержание органического вещества, емкость катионного обмена, кислотно-основное состояние почвенного поглощающего комплекса. Содержание органических веществ является основным критерием оценки уровня плодородия почвы как компонента биосферы. Органические вещества оказывают разностороннее действие на агрономические свойства и режимы почв. От содержания органических веществ зависят пищевой режим, физические и физико-химические свойства, поглотительная способность, буферность, структурное состояние, водные свойства. Содержание органических веществ в светло-серых лесных почвах территории, прилегающей к отвалу шлаковых отходов, как видно из данных табл.3, свидетельствует о низкой гумусированности исследуемых почв. Так, содержание гумуса в верхнем гумусовом горизонте почвы в непосредственной близости к отвалу составляет 2,07 %, а в переходных оглееных горизонтах содержание гумуса резко снижается до 0,62 %.
Таблица 3 - Физико - химические свойства светло-серой лесной почвы
Разрез №, Горизонт глубина, см Сорг, % Гумус, % Sосн ^идр ЕКО V,%
мг - экв/100 г
А1 3-17 1,2 2,07 30,28 4,06 34,34 88,18
АВг 17-25 0,36 0,62 31,20 6,09 37,29 83,67
Вг 25-70 0,36 0,62 38,61 8,53 47,14 81,91
ВСг 70-105 0,24 0,41 41,39 7,71 49,1 84,32
Емкость катионного обмена является интегральной агрономической и экономической характеристикой почвы. Величина емкости катионного обмена оказывает значительное влияние на буферность почвы. Она определяет устойчивость почвы к антропогенным и техногенным воздействиям. В оценке состава обменных катионов наибольшее значение имеют ионы Са2+, Mg2+, Na+, Al3+. При этом катионы Ca2+, Mg2+ и Na+ являются обменными основаниями, а катионы ^ и Al3+ обусловливают гидролитическую кислотность. Состав обменных катионов во многом определяет физические свойства почвы. Негативное влияние повышенной кислотности на растения проявляется через недостаток кальция, через повышенную концентрацию токсичных для растений ионов Al3+,Mn2+, а также при изменении доступности для растений элементов питания, ухудшении физических свойств и снижении биологической активности почв.
В кислых почвах возрастает растворимость соединений Fe, Mn, Al, B, Zn, избыток которых отрицательно влияет на растения. Кислая среда ухудшает азотный режим почвы, угнетает процессы аммонификации, нитрификации, азотфиксации.
Значение гидролитической кислотности и степени насыщенности основаниями используется при расчете доз мелиорантов и оценки потребности в известковании.
Исследованиями установлено, что величина гидролитической кислотности самая наименьшая для гумусового горизонта светло-серых лесных почв 4,06 мг-
экв/100г почвы, с глубиной профиля почвы величина гидролитической кислотности возрастает до 6,09-8,53 мг-экв/100 г.
Соответственно изменяется величина степени насыщенности основаниями, наибольшее ее значение установлено для гумусового горизонта почвы 88,18%, с глубиной почвы степень насыщенности основаниями снижается до 81,92% в иллювиально-глеевом горизонте и незначительно возрастает в слое почвы переходном в почвообразующую породу до 84,32%, что обусловлено изменением количественного содержания суммы обменных оснований. В гумусовом горизонте установлено самое низкое содержание обменных оснований 30,28 мг-экв/100г, с глубиной профиля почвы количество обменных оснований возрастает до 38,61-41,39 мг-экв/100г в связи с миграцией в профиле почвы катионов щелочных металлов, содержащихся в шлаковых отходах. Величина емкости катионного обмена самая наименьшая в гумусовом горизонте исследуемой почвы (34,34мг-экв/100г), с глубиной профиля почвы ее величина возрастает до 47,14-49,1 мг-экв/100г., при этом емкостью катионного обмена в значительной степени обусловлена буферность или устойчивость почвы к техногенным воздействиям.
Заключение.
Исследованиями установлено изменение генетических особенностей светлосерых лесных почв в зоне действия шлакового отвала.
Доказано эволюционное изменение агрофизических и физико-механических свойств светло-серых лесных почв под влиянием шлакового отвала.
Установлено аддитивное взаимодействие, синергизм и антагонизм взаимного влияния внешних факторов, компонентов экосистемы, свойств и режимов светлосерых лесных почв в условиях длительного воздействия шлакового отвала.
Библиография:
1. Агроэкономическая оценка восстановления плодородия антропогенно-нарушенных и рекультивируемых серых лесных почв / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, Е.А. Коренькова, А.В. Писарева // Ученые записки Орловского государственного университета. Серия: Естественные, технические и медицинские науки. 2015. № 4. С. 256-260.
2. Генетико-химическая и агроэкономическая характеристика пахотных темно-серых лесных почв / Е.В. Яковлева, Л.П. Степанова, Е.А. Коренькова, А.В. Писарева // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева. 2016. № 2. С. 63-68.
3. Лысенко Н.Е., Жилина Л.Н. Особенности аннотирования научных текстов на английском языке. Коммуникативное пространство культуры / А.В. Овсянников, А.Г. Пастухов (отв. ред.). Материалы междунар. науч. конф. 16-17 марта 2017 г. Орел. : Орл. гос. ин-т культуры. 2017. С. 72-76.
4. Состояние плодородия антропогенно-измененных серых 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.
5. Степанова Л.П. Агрономическая оценка антропогенных воздействий на изменение пахотных серых лесных почв Орловской области / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, А.В. Писарева // Вестник Мичуринского ГАУ. 2016. № 2 С. 41-45.
6. Степанова Л.П. Физико-химическая оценка восстановления плодородия нарушенных серых лесных почв при их рекультивации / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, А.В. Писарева // Безопасность в техносфере. 2015. Т. 4. № 2 (53). С. 27-32.
7. Степанова Л.П. Экологическая характеристика антропогенно-трансформированных почв, загрязненных тяжелыми металлами / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, А.В. Писарева // Агрохимия. 2016. № 12. С. 60-67.
