CC BY
12УДК: 631.445.25:504.05:574.003.12
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИНСИТНЫХ АНРОПОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПАХОТНЫХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ
Саидбеков С.Н., бакалавр 4 курса направления подготовки 35.03.04 «Агрономия», кружок НИРС «Экология почвы». Научный руководитель: д.с.-х.н., профессор Степанова Л.П. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Уровень загрязнения почв тяжелыми металлами все время возрастает в связи возрастанием антропогенной нагрузки. Значительное количество тяжелых металлов поступает в почву при их сельскохозяйственном использовании. При этом буферность почв по отношению к тяжелым металлам может быть различной в зависимости от сорбционной ёмкости почв по отношению к определённым видам и формам соединений тяжелых металлов. Она зависит в значительный степени от гранулометрического и минералогического состава почв, их pH и Eh, комплексообразующей способности органического вещества. Исследования особенностей почвообразования в антропогенно-измененных почвах с одномоментным изменением гидротермического и химического режимов, приводящих к инситным антропогенным изменениям, представляют научно-теоретическую актуальность.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Инситные изменения; агротехногенез; поллютанты; коэффициент концентрации; подвижный марганец; бурты корней свеклы.
ABSTRACT
The level of soil pollution with heavy metals is constantly increasing due to an increase in anthropogenic load. A significant amount of heavy metals enters the soil during agricultural use. At the same time, the buffering capacity of soils in relation to heavy metals can be different depending on the sorption capacity of soils in relation to certain types and forms of heavy metal compounds. It depends to a large extent on the granulometric and mineralogical composition of soils, their pH and Eh, and the complexing ability of organic matter. Studies of the features of soil formation in anthropogenically altered soils with simultaneous changes in hydrothermal and chemical regimes leading to in situ anthropogenic changes are of scientific and theoretical relevance.
KEYWORDS
Insight changes; agrotechnogenesis; pollutants; concentration factor; mobile manganese; piles of beet roots.
Введение. Антропогенное загрязнение почв достигло такого уровня, что представляет серьезную опасность для человека, так как любые техногенные явления и процессы, происходящие в пределах непосредственного воздействия агротехногенеза, быстро отражаются на состоянии почвы и агроэкосистемы в целом [1, 4, 8, 10]. В сложившейся к настоящему времени системе природопользования почвы превратились в приемники загрязненного поверхностного стока не только с территорий городов и промышленных зон, но и земель сельскохозяйственного назначения. Отсюда следует, что различные мероприятия, направленные на выявление, снижение, предотвращение и ликвидацию последствий техногенного загрязнения, должны осуществляться на локальном уровне. При агроэкологической оценке земель плодородие почвы рассматривается не только как удовлетворение потребности
растений в условиях жизни, но и сохранение экологических функций ландшафта [2, 3, 5, 6].
Геохимические процессы, происходящие в почвах, играют важную роль в судьбе поллютантов, контролируя их перераспределение в экосистеме между ее различными компонентами и, как правило, формирование устойчивых зон загрязнения. С удалением от источника загрязнения поведение загрязняющих веществ в существенной степени зависит от естественных условий их миграции и определяется факторами и явлениями, свойственными окружающей среде [7, 9, 11, 12]. В связи с этим целесообразно рассматривать особенности распределения химических элементов в структуре почвенного покрова, обусловленные характером источника загрязнения. Поскольку под воздействием деятельности человека изменяется главный компонент ландшафта - почва, растительность, а соответственно микроклимат, почвенная биота, микро-, а в некоторых случаях и мезорельеф, что обусловливает изменение обмена веществом и энергией между ними, нами были изучены особенности локального химического загрязнения серых лесных почв ионами тяжелых металлов (ТМ) в агроценозах на почвах полевых ландшафтов [13, 14, 15].
Цель исследований: установить характер и темпы антропогенного почвообразования в серых лесных почвах под воздействием органо-минеральных соединений продуктов разложения корней свеклы при размещении буртов на землях сельскохозяйственного назначения.
Задачи исследования:
1. Установить характер изменения свойств серых лесных почв в пахотном слое под воздействием продуктов разложения корней свеклы
2. Определить влияние органо-минеральных соединений на изменение реакции среды почвы в пахотном горизонте.
3. Выявить степень воздействия органо-минеральных соединений, образующихся при разложении свёклы, на изменение степени подвижности марганца и его накопления в пахотном слое почвы.
4. Дать оценку степени загрязнения серой лесной почвы по величине коэффициента концентрации загрязнителя.
Объекты и методы исследования: исследования проводили на земельном участке сельскохозяйственного назначения с почвенными пробами серой лесной почвы, отобранными на глубине 0-5 см и 5-20 см.
Лабораторные исследования проводили согласно следующим нормативным документам: 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». Определение марганца (подвижная форма) тяжелых металлов выполняли М-МВИ-80-2008-Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложений методами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии; определение степени загрязнения тяжёлыми металлами проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.06-86 «Почвы. Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ»; ГОСТ 17.4.3.03-85 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ»; методические указания по определению тяжёлых металлов в почвах сельхозугодий от 10.03.1992; М.1982 ЦИНАО 157с.; М Гидрометиздат, 1981 с. 45-73; ГОСТ 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения»; ГОСТ 17.4.3.01-83 «Охрана природы. Почвы»; ГОСТ 28168-89 «Почвы. Отбор проб»; ГОСТ 17.4.1.03-84 «Охрана природы. Почвы. Термины и определения химического загрязнения»; ГОСТ 17.4.2.01-81 «Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния». рН солевой вытяжки - ГОСТ 26483-85.
Результаты и обсуждение. При сельскохозяйственном использовании земель возникают следующие проблемы экологического характера: утрата плодородия почв, загрязнения водной и воздушной среды, ухудшение качества продукции и её загрязнение токсикантами, что в конечном итоге приводит к экономическим потерям, связанным с дополнительными затратами на сохранение плодородия почв и решение проблем экологии.
Большинство экологических проблем относится к проблемам агроэкологии, это миграция удобрений, мелиорантов, тяжёлых металлов, ядохимикатов. Выделают четыре основных типа миграции: механическая, физико-химическая, биогенная, техногенная. Преобладающую роль в геохимической дифференциации территории играют водные потоки. Миграция веществ с водой осуществляется во взвешенном, истинно-растворимом и коллоидном состоянии. Характер и интенсивность этого процесса зависит от свойств веществ, условий, влияющих на накопление и передвижение воды, химического, минералогического, гранулометрического состава почвенно-грунтовой толщи, свойств режимов почв. Физико-химическая миграция зависит от особенностей ионов, химических свойств элемента, щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий, водного режима и температурного режима, деятельности живых организмов. В почвенной среде главными факторами, влияющими на подвижность элементов, являются pH среды, окислительно-восстановительный потенциал, ёмкость поглощения, состав органического вещества.
На почвы сельскохозяйственных угодий значительное количество тяжёлых металлов поступает с мелиорантами, удобрениями, ядохимикатами и растительными остатками. В связи с этим, нами было изучено влияние нарушения условий хранения и переработки корней свеклы на состав и свойства серых лесных почв земель сельскохозяйственного назначения (табл. 1).
Таблица 1 - Влияние длительного хранения корней свеклы на накопление подвижного _марганца в пахотном слое серой лесной почвы_
Уровень Глубина взятия РН Подвижный Коэффициент
загрязнения пробы, см. плевой Mn, мг/кг концентрации
Кс Кс
к контролю к ПДК
Высокий 0-5см 6,62 131,80 16,70 1,32
5-20см 6,50 157,75 15,32 1,58
Повышенный 0-5см 6,33 80,12 10,14 0,80
5-20см 6,68 58,25 5,66 0,58
Низкий 0-5см 6,37 54,55 6,91 0,55
5-20см 6,40 31,33 3,04 0,33
Контроль 0-5см 6,25 7,9 0,08
5-20см 6,35 10,3
ПДК <100,0
На основании результатов химического анализа почвенных проб, отобранных на почвах земельных участков, нарушенных размещением и длительным сроком хранения корней свеклы на землях сельскохозяйственного назначения в связи с отсутствием их переработки, нами был установлен и доказан факт загрязнения серых лесных почв подвижными формами марганца на глубине 0-5 см и 5-20 см. Как видно из данных таблицы 1, установлено и доказано превышение предельно допустимого уровня содержания подвижного марганца в пробах почвы, как на глубине 0-5 см, так и на глубине 5-20 см почвы в 11 анализируемых пробах почвы, то есть 50% почвенных проб подтверждают факт загрязнения почвы подвижным марганцем в количестве от 82+25 мг/кг до 211+63 мг/кг при средневзвешенном уровне количества подвижного марганца 132,36 мг/кг, что в 1,3 раза превышает предельно допустимый уровень
количества подвижного марганца в почвах. При этом следует обратить внимание на тот факт, что доказано и установлено увеличение концентрации подвижного марганца, как в самом поверхностном слое почвы 0-5 см, так и в слое 5-20 см, что является неопровержимым доказательством миграции подвижного марганца в профиле почвы в условиях полугидроморфного типа почвообразования в более глубокие горизонты почвы и даже в грунтовые воды. При этом, возможно увеличение содержания более подвижных форм таких металлов, как цинк, который ингибирует ферменты, и кадмий, как самый вредный химический элемент, опасный для здоровья животных и человека.
При этом следует отметить, что марганец, в зависимости от условий природной среды может изменять свою валентность и, как следствие, изменять свою токсичность, а также поверхностные и сорбционные свойства.
Доказано, что в коре корнеплодов свеклы отмечается повышенное количество марганца, меди, калия, что снижает качество продукции.
Увеличение подвижности марганца способствует заиливанию почвы, ее уплотнению, утрате структурного состояния, интенсивному поглощению почвой марганца и миграции марганца в грунтовые воды, что оказывает отрицательное действие на биоту рек и водоемов.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что повышенные концентрации марганца в почвах оказывают токсическое влияние на растения, микроорганизмы, ферментативную активность почвы, токсичное действие на корневые системы растений, снижают доступность фосфатов, ухудшают азотный режим почвы, что делает необходимым и требует выполнения мероприятий по улучшению качественного состояния почвы и проведения рекультивационных работ.
Выводы:
1. Показано, что увеличение количества подвижных форм марганца является условием их миграции в профиле серой лесной полугидроморфной почвы и поступления марганца в грунтовые и поверхностные воды, что может вызвать гибель живых организмов водоемов.
2. Доказана возможность накопления подвижного марганца в выращиваемых сельскохозяйственных культурах на почвах с высоким уровнем его концентрации и, как следствие, поступления в организм животных и человека.
3. Нарушение условий хранения и переработки корней свёклы обусловило ухудшение состояния плодородного слоя серой лесной полугидроморфной почвы и его порчу в связи с увеличением концентраций подвижного марганца.
4. Высокие концентрации подвижного марганца в почве являются доказательством резкого изменения условий водно-воздушного режима и ухудшения окислительно-восстановительного состояния почвы, что обусловливает необходимость проведения рекультивационных работ на нарушенной земельной территории.
Библиография:
1. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: Методическое руководство / Под ред. В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова. М. : ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 794 с.
2. Кононов. О.Д., Блынская Т.А. Агроэкологическая оценка антропогенного воздействия на плодородие почв пашни // Плодородие.№ 5(44). 2008. С.13-14.
3. Гражданкин Б. Чтобы обеспечить продовольственную безопасность, надо возродить плодородие земель // Аграрный эксперт. 2007. № 8. С. 28-30.
Муха В.Д. Трансформация гумуса при сельскохозяйственном использовании почв // Вестник сельскохозяйственной науки. 1979. № 1. С. 40-46.
4. Муха В.Д. Естественно-антропогенная эволюция почв (общие закономерности и зональные особенности). М. : Колос, 2004. 271 с.
5. Пестряков В.К. Окультуривание почв северо-запада. Л. : Колос, 1977. 404 с.
6. Полякова Н.В., Платонычева Ю.Н., Володина Е.Н. Особенности почвообразования в серых лесных почвах под влиянием антропогенного фактора // Плодородие. № 4. 2011. С. 32-34.
7. Размахнина М.А Влияние антропогенных факторов на загрязнения почв // Международный журнал экспериментального образования. № 12. 2015. С. 293-296.
8. 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.
9. Организация и особенности проектирования экологически безопасных агроландшафтов: Учебное пособие / Под ред. Л.П. Степановой. 2-е изд., доп. СПб.: Издательство «Лань», 2017. 268 с.
10. 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.
11. 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.
12. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Геохимическая характеристика антропогенно-преобразованных ландшафтов // Агрохимия. 2016. № 10. С. 96-103.
13. Яшин И.М., Кузнецов П.В., Буринова Б.В. Исследование барьеров миграции ТМ в почвах Лесной опытной дачи рГАУ-МСХА имени Тимирязева К.А. // Известия ТСХА. Выпуск 3. 2010. С. 9-23.
14. Ландшафтно-геохимическая диагностика почв Европейского Севера России: Монография / И.М. Яшин [и др.]. М. : РГАУ-МСХА, 2012. 158 с.
15. Экологическое состояние почв в условиях полевых и лесопарковых экосистем московского мегаполиса / И.М. Яшин, Л.П. Когут, И.С. Прохоров, И.И. Васенев // Агрохимический вестник. № 2. 2014. С. 17-21.
