Моделирование почвенных параметров пригородной зоны Красноярска по данным спектрального анализа растительных тканей Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631. 95 З.Н. Николаева

НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОТЕРМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В ЮЖНО-МИНУСИНСКОЙ КОТЛОВИНЕ

В статье на основе обобщения большого массива данных (1941-2000 гг) дана оценка состояния и динамики гидротермических ресурсов на территории Южно-Минусинской котловины в границах Хакасии.

Результаты исследований показывают устойчивое повышение среднегодовой температуры воздуха со скоростью 0,020С/год в степи и лесостепи и 0,040С/год в сухой степи. Обнаружены тенденции увеличения осадков в третьем 20-летии (1981-2000 гг) периода исследований. Региональные оценки гидротермических показателей способствуют увеличению базы данных для характеристики климатоэкологического состояния среды обитания и для прогнозов изменений локального климата территории под влиянием естественных и антропогенных факторов.

Введение. Климат - важный природный фактор. Кроме того, он является также фактором экономическим и социальным, и эти стороны приобретают все большее значение. Производство продовольствия, стратегия развития энергетики, транспорт, связь, строительство и многие другие сферы деятельности прямо связаны с климатом и его изменением [1]. В последние годы проблема изменения климата вызывает особый интерес у специалистов из разных областей науки и техники. Отечественными учеными представлены изменения средней температуры воздуха с 1881 по 1988 год. по отдельным полушариям и по земному шару в целом. Получены характеристики линейного тренда глобальной осредненной приземной температуры воздуха, скорость изменения которой составила 0,4-0,5°С/100 лет. Однако глобальное потепление по-разному проявляется в отдельных регионах России. Так, например, в Западной Сибири рост средней годовой температуры воздуха за прошедшее столетие составил 1,2°С, на Юго-Востоке Забайкалья -1°С, в бассейне Волги

- 1°С [2-4]. Изменение климата окажет значительное воздействие на условия среды обитания, обеспечивающие и лимитирующие функционирование естественных и антропогенных систем. Потепление приведет к изменению продуктивности растений, в т.ч. и сельскохозяйственных, и осложнит режим природопользования. Поэтому проблеме глобального потепления климата с его негативными последствиями уделяется большое внимание, что провело к созданию Рамочной конвенции ООН об изменении климата (1992 г.)

Под изменением климата понимается не только изменение температуры. Осадки также являются основной составляющей климата и исключительно важны для различных аспектов жизнедеятельности человека (в том числе для сельскохозяйственного производства) и для всей климатической системы.

Южно-Минусинская котловина (как одна из котловин Минусинской впадины) по характеру природных условий представляет собой физико-географическую область, оригинальную по своим сельскохозяйственным ресурсам, и даже, в некоторой степени, аномальную по сравнению со смежными областями Сибири. Здесь более ярко выражена континентальность климата: глубокое и на длительный период времени сезонное промерзание почв, переживших засоленность и солонцеватость; растущая засушливость. Все это осложняет ведение сельского хозяйства на исследуемой территории.

Земледельческая территория Южно-Минусинской котловины в границах Республики Хакасия занимает важное место в агропромышленном производстве и расположена в сухостепной, степной и лесостепной ландшафтно-климатических зонах. Изменение гидротермических условий отражается на экономике региона, приводит к необходимости перестройки сельского хозяйства и других отраслей общественного производства, зависящих от климатических факторов. Для реальной оценки современных тенденций изменения климата необходимы региональные исследования.

Объекты и методы исследования. Объектом наших исследований явились гидротермические показатели метеостанций, типичных для сухостепной (ст. Хакасская), степной (ст. Бея) и лесостепной (ст. Таш-тып) ландшафтно-климатических зон. Выделение ландшафтно-климатической зоны сухостепи определено значением индекса сухости [2-3]. Совпадение максимума осадков и высоких температур обуславливает здесь интенсивное испарение с поверхности почвы, что позволяет охарактеризовать данную территорию как слабоувлажненную, переодически подвергающуюся засухе [8]. В степи и лесостепи значение индекса сухо-

сти составляет 1,6 и 1,4 соответственно. Геоморфологическая область расположения этих зон - ЮжноМинусинская котловина.

В качестве гидротермических показателей для каждой зоны нами использованы среднегодовые и среднесезонные температуры воздуха (°С), суммы осадков за год и по сезонам (мм). Для характеристики изменчивости данных показателей применили трендовый анализ и метод скользящих средних (10-летнее сглаживание). Оценку параметров линейного тренда выполнили по методу наименьших квадратов [5] в программе Microsoft Excel XP. Выборки ежемесячных данных по осадкам и температуре сделаны из архивных материалов Хакасского республиканского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за 60-летний период (1941-2000 гг.).

Результаты исследований. Температура воздуха является одной из основных термодинамических характеристик его состояния. Температура воздуха - температура, показываемая термометром в условиях его полного теплового контакта с атмосферным воздухом. Исследования изменений термического режима климата подтверждают глобальное потепление у поверхности Земли. Такие изменения температуры могут привести к изменениям во всех компонентах климатической системы и оказать серьезное влияние на различные стороны жизнедеятельности человека. Но на более коротких временных интервалах в различные сезоны и в различных регионах наблюдаются отклонения от основной тенденции. Поэтому для характеристики термического режима исследуемого региона нами используются не только среднегодовые температуры, но и обработана среднемесячная информация по сезонам, за которые приняты: зима - с ноября предшествующего по март текущего года, весна - с апреля по май, лето - с июня по август и осень - с сентября по октябрь. Фактический ряд среднегодовых температур воздуха свидетельствует о том, что они изменяются достаточно синхронно по всем ландшафтно-климатическим зонам. В сухой степи среднегодовая температура воздуха за исследуемый 60-летний период составила 0,9°С, в лесостепи она оказалась равной 0,6°С. Наиболее высокая среднегодовая температуры воздуха (1,7°С) наблюдаются в степи за счет уменьшения континентальности климата и особенностей рельефа.

Изменение температурного режима еще более четко можно проследить, рассматривая тренд среднегодовых и среднесезонных температур воздуха (рис.1). Климатические тренды оказывают существенное влияние на развитие многих природных процессов. Их последствия проявляются в состоянии наземных и водных экосистем: меняется численность и видовой состав многих животных и растительности, смещаются границы их ареалов, сроки начала и конца вегетационного периода и т.д.

Под трендом мы понимаем направление развития процесса - возрастание или убывание среднегодовых температур воздуха за рассматриваемый промежуток времени путем исключения короткопериодических флуктуаций при применении скользящих средних. Анализ полученных данных наблюдений показывает, что в среднегодовой температуре воздуха за период с 1941 по 2000 год в ландшафтно-климатических зонах котловины наблюдается устойчивый положительный тренд, равный 0,03°С/год. Самый высокий положительный тренд отмечается в сухой степи, который составляет 0,04°С в год за исследуемый период. В степной и лесостепной зоне он одинаков и равен 0,02°С.

На исследуемой территории в летние сезоны отмечается незначительный отрицательный тренд среднегодовой температуры воздуха, который составляет -0,003°С. Осенью среднее значение тренда во всех ландшафтно-климатических зонах Южно-Минусинской котловины положительно (0,006°С).

Потепление в исследуемом регионе происходит в большей степени за счет зимних сезонов (тренд

0,06°С), в меньшей степени - весенних (тренд 0,008°С). Эти тренды синхронны глобальным и хорошо согласуются с потеплением климата не только на территории России, но и сопредельных государств Монголии и Китая [6]. Наиболее заметное потепление произошло в конце двадцатого века с 1981 по 2000 год.

Распределение осадков, обусловленное эффектом подъема и опускания воздушных масс под влиянием орографии, является одной из существенных природных особенностей Южно-Минусинской котловины. Кроме того, распределение годовых сумм осадков определяется высотой местности, характером макропроцессов циркуляции, местными динамическими процессами в атмосфере и характером деятельного слоя. В связи с этим на исследуемой территории наблюдается их значительное варьирование. Минимальные среднегодовые суммы осадков наблюдаются в сухой степи, максимальные в лесостепи (303 мм и 443 мм соответственно), в степи их значения составляют 397 мм.

1950 1954 1 958 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998

toc

ССЗТВ

1 950

1 9 54

1 9 58

1 962

1 966

19/0

19/4

1 9 /8

982

986

990

994

998

ССВТВ

1950 1954 1958 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 годы

ССЛТВ

1941- 1945- 1949- 1953- 1957- 1961- 1965- 1969- 1973- 1977- 1981- 1985- 19891950 1954 1958 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 годы

ССОТВ

1950 1954 1958 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 ГОдЫ

Рис. 1. Скользящие 10-летние средние годовые и сезонные температуры воздуха:

ССГТВ - сглаженные среднегодовые; ССЗТВ - сглаженные средние зимние; ССВТВ - сглаженные средние весенние; ССЛТВ - сглаженные средние летние; ССОТВ - сглаженные средние осенние

(сухостепь; степь; лесостепь)

Если рассмотреть линейные тренды среднегодового количества осадков, то видно, что в сухостепной зоне наблюдается самый малый положительный тренд, который составляет всего 0,08 мм/год (рис. 2). Положительный наибольший тренд среднегодового количества осадков, равный 1,79 мм/год, прослеживается в степной зоне. Осенью за исследуемый период во всех зонах котловины наблюдается самый большой положительный тренд осадков: от 0,196 мм в сухостепи до 0,642 мм в степи. За летний сезон следует отметить значительное варьирование значений трендов от положительного ( 0,587 мм) в степи до отрицательного (-

0,219 мм) в сухостепи. В достаточно широких пределах изменяются значения трендов зимой и весной. Весной их значения в сухостепи и лесостепи близки (0,072 мм и 0,081 мм соответственно), в степи положительный тренд довольно высок и достигает 0,298 мм. Зимой в степной и лесостепной зонах среднее значение тренда составляет около 0,25 мм, зато в сухой степи он на порядок ниже и равен 0,021 мм.

1950 1953 1956 1959 1962 1965 19

1971 1974 1977 1980 1983 19

1989 1992 19

1 950 1 953 1 956 1 959 1 962 1 965 1 5

1971 1974 1977 1980 1983 18

1 989 1 992 1 995 1 9

Рис. 2 Скользящие 10-летние среднегодовые и сезонные суммы осадков:

ССГО - сглаженные среднегодовые суммы; ССЗО - зимние; ССВО - весенние; ССЛО - летние; ССОО - осенние (сухостепь; степь; лесостепь)

1941- 1944- 1947- 1950- 1953- 1956- 1959- 1962- 1965- 1968- 1971- 1974- 1977- 1980- 1983- 1986- 19891950 1953 1956 1959 1962 1965 1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998

ССОО

мм

Рис. 2. Окончание

Вопрос распределения осадков во времени и пространстве на территории России изучен не так широко, как изменение температурного режима. В среднем за 1986-1995 годы режим осадков по Российской Федерации и прилегающим государствам, а также европейской территории был близок к норме [7], хотя в отдельных регионах можно говорить об увеличении увлажнения.

Выводы

1. Созданный банк данных гидротермического режима Южно-Минусинской котловины является основой для ведения климатоэкологического мониторинга.

2. Многолетние средние суммы осадков являются более изменчивыми, чем среднегодовые температуры воздуха.

3. В исследуемый 60-летний период на территории региона отмечается устойчивое повышение среднегодовой температуры воздуха. Тренд среднегодовых температур воздуха в сухой степи составляет

0,04°С/год, в степи и лесостепи он равен 0,02°С/год. Потепление климата во всех зонах региона происходит в большей степени за счет зимних сезонов (тренд 0,06°С/год), в меньшей степени - весенних (тренд

0.008.С/год).

4. Увеличение осредненных за 60 лет сумм осадков происходит со скоростью 0,08 мм/год в сухостепи, 1,20 мм/год в лесостепи и 1,79 мм/год в степи.

5. Максимальные значения трендов прослеживаются в осенние сезоны, летом отмечается значительное варьирование трендов от положительных (0,59 мм/год, степь) до отрицательных (-0,22 мм/год).

Литература

1. Кижнер, Л.И. Многолетние изменения температуры воздуха на Камчатке / Л.И. Кижнер // Мат-лы 6-го сибирского совещания по климатоэкологическому мониторингу. - Томск, 2005. - С. 92-95.

2. Винников, К.Я. Изменение средней температуры воздуха Северного полушария за 1841-1985 гг. / К.Я. Винников [и др.] // Метеорология и гидрология. - 1987. - № 1. - С. 45-56.

3. Предстоящие изменения климата / под ред. М.И. Будыко [и др.]. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 272 с.

4. Клименко, Л.В. Колебания температуры воздуха на южной половине европейской территории СССР в 1891-1990 гг. / Л.В. Клименко// Вестн. МГУ. - 1992. - № 1. - С. 25-30.

5. Жуков, В.А. Математические методы оценки агроклиматических ресурсов / В.А. Жуков [и др.]. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 207 с.

6. Обязов, В.А. Вековые тенденции изменения климата на юго-востоке Забайкалья и сопредельных районах Китая и Монголии / В.А. Обязов // Метеорология и гидрология. - 1999. - № 10. - С. 33-40.

7. Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России / В.Ф. Протасов. - М.: Финансы и статистика, 2000. - 672 с.

8. Лысанова, Г.И. Агроландшафтные исследования геосистем Минусинской котловины / Г.И. Лысанова // География и природные ресурсы. - 2001. - № 2. - С. 90-98.

-----------♦'------------

УДК 631.42 (571.51) В.С. Борцов, Г У. Харахонова

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЧВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ

КРАСНОЯРСКА ПО ДАННЫМ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ____________________________________________________________

Проведено моделирование 10 микроэлементов в трех почвенных слоях биогеоценозов пригородной зоны Красноярска с использованием банка спектральных данных растительных образцов, сформированного БИК-сканерами (NIR 4250) аналитических систем, и алгоритмов обеспечивающего их функционирование программного пакета.

Полученные модели позволяют оперативно оценивать аналитические характеристики различных горизонтов почвы при наличии растительного образца. Показана возможность системной оценки содержания микроэлементов в почве по их влиянию на процесс функционирования биогеоценозов.

Прогресс в развитии инструментально-аналитической базы и информационных технологий, наблюдаемый в настоящее время, позволяет значительно усилить математическую составляющую проводимых исследований экологических систем.

Особенно следует отметить процесс энергичного синтеза аналитической химии и современных компьютерных методов обработки данных. Разработки данного направления во многом определяют совершенствование компьютеризированных аналитических систем, появившихся на рынке еще в 60-х годах XX века. Сегодня наибольшим развитием характеризуются аналитические системы на основе ближней инфракрасной диффузной отражательной спектроскопии. Принципиальная информативность метода ближней инфракрасной спектроскопии (БИК-спектроскопии), а также опосредованность аналитических измерений моделированием дает уникальную возможность компьютерного моделирования сложных стохастических систем, включая экологические, по спектральным характеристикам, составляющих их элементов.

Цель исследований. Оценка возможностей компьютеризированной аналитической системы PSCO/ISI IBM-PC 4250 в моделировании почвенных параметров биогеоценоза по спектральным характеристикам надземных органов растений.

Задачи исследований

1. Создание спектральной базы почвенных и растительных образцов сопряженных повторностей биогеоценозов.

2. Определение агрохимических показателей почвы.

3. Моделирование агрохимических параметров почвы по показателям диффузного отражения растительных проб.

Объекты и методы исследования. Используемые в работе аналитические системы предназначены для скоростного анализа однотипной растительной и пищевой продукции. С их помощью возможно получение количественной информации по 32 показателям содержания как органических, так и минеральных веществ в течение нескольких десятков секунд по предварительно созданным калибровочным уравнениям. Пробоподготовка ограничивается высушиванием и измельчением образца. Данные системы работают по принципу моделирования традиционных методов анализа. Они представлены комплексом из сканирующего анализатора NIR 4250 (сканера), регистрирующего сигналы диффузного отражения (1620-2320 нм), и компьютера, снабженного пакетом специализированных программ. Функция сканера - формирование базы оптических данных образцов, необходимой для моделирования традиционных химических методов и последующего анализа.

Процедура калибровки разрешает задачу построения математических моделей, обеспечивающих измерения. Она основана на выборе длин волн и коэффициентов, определяемых в рамках классической множественной линейной регрессии. Уравнение имеет следующий вид:

Y = B0 + B1 * f1 (X1) + B2 * f2(X2) +...+ BN * fN(XN),

где Y - результат ИК-анализа;

B0, B1,...BN - коэффициенты градуировочного уравнения;

f1 (X1),...fN(XN) - отражательная способность калибровочных образцов на обнаруженных компьютером длинах волн рабочего диапазона сканера, детерминирующих показатель.

Осуществление процедуры калибровки возможно при наличии однотипных образцов (обычно не менее 50) с известными данными традиционного анализа. Ее точность определяется квадратом коэффициента множественной корреляции (RSQ), стандартной ошибкой калибровки (SEC).

Процессу калибровки предшествует применение «линеаризационной» функции log1/R (R -отражательная способность). Кроме того, оптические данные переводятся в какой-либо другой производный спектр. Предусмотрен выбор алгоритма спектрального преобразования, включающего порядок производной, интервал и цифровое сглаживание данных близлежащих спектральных точек. Анализ представляет собой прогноз аналитического показателя по моделям, рассчитанным компьютером в процессе автоматизированной калибровки.

Создание моделей агрохимических параметров почвы по показателям диффузного отражения растительных проб осуществлялось с использованием стандартных алгоритмов функционирования аналитической системы. Однако в качестве калибровочных данных, при использовании спектров растительных проб, были введены агрохимические показатели почв, отобранных непосредственно под растениями.

С целью осуществления такого способа моделирования были отобраны почвенные и растительные образцы в 130 контрольных точках 11 лесных и луговых биогеоценозов пригородной зоны Красноярска (130 сопряженных повторностей). Исследованию подверглись почвенные пробы, отобранные с трех глубин: 0-5; 5-10; 10-20 см. Растительные пробы представлены надземными органами травянистых цветковых растений. Работы по отбору проб проводились в середине периода вегетации 2004 года. Все образцы после высушивания на воздухе и измельчения подверглись сканированию. Количественный анализ почвенных образцов проводился на аналитической системе по заранее созданному калибровочному банку. Данные результатов анализа были введены в качестве калибровочных в спектральные файлы растительных образцов. При осуществлении калибровки к спектрам применялись преобразования с использованием производных высоких порядков (2-9). Таким образом, было создано более 50 моделей каждого показателя для образцов почвы, использованных в работе трех горизонтов. Из полученных уравнений отбирались наиболее точные по величине их оценочных характеристик (RSQ и SEC).

Результаты и обсуждение. В таблице представлены основные характеристики моделей десяти почвенных микроэлементов, а также параметрические оценки выборок использованных в работе образцов.

Учитывая возможности регистрирующего метода (БИК-спектроскопия), можно отметить, что показатели SEC и RSQ указывают на тесноту информации, заключенной в химической структуре растительных тканей, с показателями содержания отдельных микроэлементов для исследованных почвенных слоев. Таким образом, приведенные в таблице коэффициенты корреляции отражают как степень вовлеченности в биологический круговорот элементов различных слоев почвы, так и их влияние на химическое строение растительных тканей.

Ввиду неабсолютной информативности спектрального диапазона сканеров, неизбежного наличия ошибок, возникающих при проведении работ, можно говорить о большей прочности существующих связей по сравнению с обнаруженными. Тем не менее, полученные нами модели обладают возможностями, достаточными для прогноза приведенных в таблице показателей по спектральным характеристикам образцов надземных органов растений. Существенное повышение точности моделей и соответственно надежности сделанных по ним прогнозов возможно в случае использования в работе однотипных образцов, а также путем устранения из расчетов грубых ошибок («выбросов»).

Широкий видовой спектр растительных проб, используемых при моделировании кроме негативного влияния на его точность, придает полученным моделям существенное преимущество: прогноз агрохимических показателей становится менее зависимым от точности проведения операций при отборе растительных проб с целью такого прогноза. Также прогноз может быть осуществлен практически по образцам любого вида растений из числа вошедших в состав растительных проб при моделировании. Усилению эффекта универсальности полученных моделей способствует также включение в работу образцов различных типов биогеоценозов.

В результате вышеуказанных обстоятельств, рассматривая распределение микроэлементов по слоям почвы и коэффициенты их детерминации (RSQ) структурной информации растительных тканей, возможно обнаружение некоторых закономерностей, наиболее общих для всей пригородной зоны г. Красноярска на экосистемном уровне.

Аналитические характеристики почвенных образцов и наиболее точных моделей, созданных по спектрам растительных проб сопряженных повторностей

Показатель Среднее Разброс S SEC RSQ

Мг/кг

А Мп 395,60 202,79-582,53 68,82 46,75 0,539

В Мп 438,03 258,20-617,21 55,37 44,49 0,354

С Мп 448,93 334,81-630,37 46,64 38,46 0,320

А N 24,25 9,88-38,68 4,42 3,63 0,326

В N 26,39 7,56-38,63 4,53 3,380 0,436

С N 27,36 6,73-38,37 4,58 3,44 0,436

А Ав*10 31,51 1,08-69,69 11,66 7,64 0,570

В Ав*10 38,84 1,14-68,31 11,09 8,34 0,428

С Ав*10 42,02 0,73-69,60 10,67 7,66 0,484

А Со*10 91,74 67,04-133,78 11,16 9,44 0,284

В Со*10 97,43 69,77-126,48 9,40 8,69 0,146

С Со*10 98,74 69,49-121,69 8,97 7,19 0,358

А РЬ*10 95,00 44,77-128,15 14,17 11,34 0,360

В РЬ*10 103,84 49,92-136,64 14,03 11,87 0,285

С РЬ*10 109,53 48,20-139,40 15,91 13,59 0,270

А Си 16,28 5,72-26,11 3,41 2,76 0,345

В Си 18,31 7,59-26,44 3,29 2,67 0,340

С Си 18,24 6,03-25,40 3,56 2,47 0,518

А Сг 3,24 16,74-56,16 7,87 5,67 0,481

В Сг 3,17 18,83-51,80 5,83 4,50 0,403

С Сг 3,23 19,09-54,41 6,05 4,68 0,402

А Zn 71,63 26,62-91,34 10,73 7,41 0,523

В Zn 64,96 20,45-86,56 11,63 8,59 0,455

С Zn 62,45 19,72-81,78 11,83 8,16 0,524

Мкг/кг

А Cd 185, 92 12,70-485,58 89,81 56,58 0,603

В Cd 126,50 9,48-397,27 72,30 55,87 0,403

С Cd 107,45 5,35-289,01 55,67 45,74 0,325

А Нд 37,44 3,97-65,64 11,48 8,56 0,444

X В 26,53 3,36-56,51 10,44 8,75 0,297

С Нд 23,34 2,32-54,36 9,45 8,10 0,263

Примечание. Глубина отбора почвенных проб: А - 0-5; B - 5-10; С- 10-20. S -стандартное отклонение. Содержание элементов соответствует обнаруженному с применением 1н HNOз.

Практически все изученные элементы оказывают заметное влияние на химическое строение растений. Эффект несколько ослаблен в случае наличия таких элементов, как кобальт и свинец.

Заметное снижение содержания с глубиной отбора изученных почвенных проб, сопровождающееся снижением показателя RSQ для таких элементов, как кадмий и ртуть, указывает на высокую степень вовлеченности их в круговорот исследуемых биоценозов. Также можно отметить высокую вероятность

дефицита данных элементов, поскольку накопление их в верхнем слое почвы (0-5см) свидетельствует о существенном влиянии ранее поглощенных элементов и возвращенных с растительными остатками.

Наблюдается вытеснение никеля и меди в более глубокие слои почвы другими катионами, активно вовлеченными в процессы функционирования экосистем. Явление сопровождается усилением влияния указанных элементов, сосредоточенных в нижнем слое почвы, на процесс формирования растительных тканей (повышение RSQ).

По отношению к марганцу, полученные результаты указывают на его высокую активность и на заметный избыток этого элемента. Несмотря на увеличение содержания с глубиной, отмечается высокий коэффициент детерминации в верхнем изученном слое почвы.

В целом исследованные биогеоценозы характеризуются нормальным обеспечением таких элементов, как мышьяк, хром и цинк, для существующего динамического внутрисистемного равновесия.

Заключение. Проделанная работа показала принципиальную возможность использования банка спектральных данных, сформированного сканерами аналитических систем, и алгоритмов обеспечивающего их функционирование программного пакета для моделирования параметров экологической системы по спектральным характеристикам образцов различных составляющих ее компонентов. Например, полученные нами модели позволяют оперативно оценивать аналитические характеристики различных горизонтов почвы при наличии растительного образца.

Представленный способ моделирования с использованием аналитических систем на основе отражательной БИК-спектроскопии позволяет вскрыть значение отдельных элементов в формировании растительных тканей. Появляется возможность объективной системной оценки содержания микроэлементов в почве по их влиянию на процесс функционирования экологической системы.

----------♦-------------

УДК 631.416.8:546.81(571.51) Е.И. Волошин

СВИНЕЦ В ПОЧВАХ СРЕДНЕЙ СИБИРИ

В статье исследованы закономерности пространственного и профильного распределения свинца в почвах и растениях земледельческой части Средней Сибири и, в частности, в Красноярском крае.

Установлено, что среднее фоновое содержание свинца в почвах региона равняется 10,9 мг/кг. Пространственное и профильное распределение свинца в зональных почвах определяется разнообразием условий почвообразования, гранулометрическим составом и концентрацией элемента в почвообразующих породах, а содержание в растениях - свойствами почв и видовыми особенностями сельскохозяйственных культур.

Введение. Свинец среди тяжелых металлов относится к числу опасных загрязнителей окружающей среды. Основными источниками поступления свинца в почвы сельскохозяйственных угодий являются автотранспорт, тепловые электростанции, предприятия цветной и черной металлургии, машиностроения и металлообработки, химической промышленности, а также этот процесс происходит при использовании в качестве удобрений твердых бытовых отходов и осадков сточных вод [6; 31].

При низких концентрациях в почвах свинец стимулирует рост растений. В загрязненных почвах наблюдается подавление микробиологической активности, замедляется реакция фотосинтеза, уменьшается поглощение воды растениями [32]. Повышенные концентрации свинца в биосфере представляют опасность для здоровья человека и животных. При свинцовом токсикозе в первую очередь поражаются органы кроветворения, нервная система и почки [28]. Поэтому во всех странах мира усиливается гигиенический контроль за количеством свинца в почвах, пищевых продуктах и кормах.

По данным Виноградова [3], среднее содержание свинца в земной коре составляет 16 мг/кг и в почвах мира - 10 мг/кг. Содержание его в почвах определяется концентрацией в почвообразующих породах. В региональных условиях на содержание свинца в почвах оказывают большое влияние рельеф местности, климат, растительный покров и хозяйственная деятельность человека.

Валовое содержание свинца в верхнем горизонте почв колеблется от 3 до 189 мг/кг [17]. Высокое содержание отмечается в почвах со свинцовым оруденением [2]. В почвах Армении его величина достигает 1700 мг/кг, Аджарии - 660 и Забайкалья - 2100 мг/кг [23].

Различные типы почв характеризуются неодинаковым валовым содержанием свинца в гумусовом горизонте. Пределы колебаний этого элемента в дерново-подзолистых почвах составляют 4,0-25,0 мг/кг, серых лесных 3,5-40,0, черноземах 13,2-40,0, гидроморфных 4,0-32,0 и аллювиальных - 12,0-35,3 [1; 5; 1112; 20; 32-33]. Основной причиной неравномерного распределения свинца в почвах является разнообразие условий почвообразования и различия в минералогическом составе почвообразующих пород. Фоновое содержание свинца для разных типов почв в странах СНГ составляет 17-30 мг/кг [33] и для Западной Сибири

- 16,4 мг/кг [15].

Исследований о содержании свинца в почвах и растениях агроценозов Средней Сибири проведено немного. Имеются работы [9], в которых изучено его содержание в почвах пригородной зоны г. Красноярска. В результате этих исследований установлено, что выбросы промышленных предприятий локально загрязняют почвы сельскохозяйственных угодий в концентрациях, приближающихся к 0,5 ПДК.

Цель данной работы - изучить закономерности пространственного и профильного распределения свинца в почвах и растениях земледельческой части Красноярского края.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились в 1993-2002 гг. в лесостепной и подтаежной зонах края. Объектами наблюдения выбраны черноземы, серые лесные, дерново-подзолистые и интразональные почвы, которые являются господствующими в структуре почвенного покрова пашни. Отбор почвенных образцов проводился из 0-20 см слоя в соответствии с методическими указаниями по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий [25]. Профильное распределение свинца в почвах изучали на реперных участках локального мониторинга [26]. Образцы растительной продукции отбирали во время уборки урожая сельскохозяйственных культур. В почвенных образцах определяли гумус по методу Тюрина, рН солевой вытяжки - потенциометрически, гранулометрический состав по Качинскому. Определение валового содержания свинца проводили по методике ЦИНАО [24]. Подвижную форму извлекали при помощи ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8. Содержание свинца в растениях определяли после сухого озоления. В полученных вытяжках определение проводили на ААS-30 в пламени ацетилен-воздух.

Результаты и их обсуждение. Исследованиями установлено, что черноземы Средней Сибири характеризуются неодинаковым валовым содержанием свинца в верхнем горизонте почв (табл. 1). Различия в пространственном распределении свинца в черноземах обусловлены разной концентрацией элемента в почвообразующих породах. В разных подтипах черноземов минимальная концентрация свинца превосходит максимальную величину в 3,0-20,7 раза. Наиболее сильное варьирование содержания свинца отмечается в почвенном покрове пашни Назаровского района. Среднее содержание свинца в черноземах Красноярской лесостепи равняется 10,9 мг/кг, Ачинско-Боготольской - 13,5, Назаровской - 12,4, Чулымо-Енисейской лесостепи - 10,4 мг/кг и зоне подтайги - 12,2 мг/кг. На обследованной территории центральной и западной зон края содержание свинца в черноземах составляет 11,9 мг/кг. Полученные данные можно оценивать как фоновое содержание свинца в черноземах. Различные подтипы черноземов незначительно отличаются по содержанию свинца. Так, у черноземов выщелоченных среднее содержание свинца равняется 11,7 мг/кг, опод-золенных - 11,3, обыкновенных - 10,8, карбонатных - 9,9 мг/кг, что составляет 1,0-1, 1 кларка. Анализ полученных данных показывает, что черноземы в центральной и западной зонах края обеднены в 1,8-1,9 раза свинцом в сравнении с черноземами Курской и Ростовской областей [10; 27].

В серых лесных почвах пространственное варьирование содержания свинца в верхнем горизонте достигает 1,2-3,7 раза (табл. 2). У этих почв, как и у черноземов, различия в содержании свинца обусловлены неодинаковой концентрацией элемента в почвообразующих породах. Среднее содержание свинца в серых лесных почвах Красноярской лесостепи равно 10,6 мг/кг, Назаровской - 13,7, Чулымо-Енисейской лесостепи - 10,6, зоне подтайги - 14,5 мг/кг. На исследуемой территории концентрация свинца у темно-серых лесных почв составила 12,4 мг/кг, серых лесных - 12,5 и светло-серых лесных - 8,3. У разных подтипов серых лесных почв среднее содержание свинца составило 12,4 мг/кг. Приведенные данные свидетельствуют о том, что серые лесные почвы Средней Сибири обеднены свинцом в сравнении с аналогами в европейской части страны [27]. В дерново-подзолистых почвах подтаежной зоны содержание свинца в пахотном горизонте выше, чем в черноземах и серых лесных, и составляет 16,0 мг/кг. Более высокая концентрация свинца в этих почвах связана с его повышенным содержанием в почвообразующих породах.

81

Таблица 1

Валовое содержание свинца в черноземах

Район Чернозем Обследованная площадь, тыс. га Гумус, % рНксі Объем выборки, п Содержание, мг/кг

тіп-тах X

Красноя эская лесостепь

Сухобузимский Выщелоченный 54,5 6,7 6,0 1296 4,5-12,1 8,9±0,01

Оподзоленный 4,7 6,5 5,6 80 5,2-11,5 8,7±0,20

Обыкновенный 13,6 7,8 6,3 292 3,8-11,7 8,8±0,04

Больше- Выщелоченный 19,6 6,6 5,9 179 6,0-19,0 14,1±0,10

муртинский Оподзоленный 4,8 7,7 5,6 39 7,3-17,9 14,1 ±0,50

Ачинско-Боготольская лесостепь

Ачинский Выщелоченный 7,4 6,0 6,0 86 9,9-16,3 13,3±0,20

Оподзоленный 3,4 6,6 5,7 28 10,4-21,4 13,7±0,90

Назаровская лесостепь

Назаровский Выщелоченный 162,1 8,7 5,6 2027 3,3-68,5 13,3±0,03

Оподзоленный 12,7 8,0 5,4 149 7,7-19,6 12,0±0,10

Обыкновенный 7,6 8,1 6,2 91 7,0-16,6 12,0±0,20

Чулымо-Енисейская лесостепь

Ужурский Выщелоченный 46,9 9,2 6,0 573 6,9-19,3 12,4±0,03

Оподзоленный 2,4 9,3 5,5 32 11,8-12,8 12,2±0,50

Обыкновенный 136,7 8,8 6,5 1606 6,4-18,4 11,4±0,01

Шарыповский Выщелоченный 70,6 7,5 5,7 805 6,2-17,2 11,0±0,02

Оподзоленный 10,5 8,3 5,4 127 7,5-13,9 11,0±0,10

Обыкновенный 20,2 7,3 6,2 234 5,5-35,3 12,0±0,10

Карбонатный 2,1 7,8 6,5 24 8,4-11,2 10,2±0,60

Новоселовский Выщелоченный 65,5 8,2 5,9 1577 1,7-12,7 9,3±0,01

Оподзоленный 0,4 7,7 5,5 11 4,1-7,0 5,8±0,80

Обыкновенный 40,5 8,3 6,4 732 1,8-16,7 9,6±0,02

Карбонатный 0,3 8,0 7,2 8 8,8-11,3 9,6±1,90

Подтаежная зона

Манский Оподзоленный 6,0 8,4 5,2 80 9,8-14,1 10,7±0,20

Ачинский Оподзоленный 5,8 6,8 5,5 60 11,8-16,1 13,7±0,30

82

Таблица 2

Валовое содержание свинца в серых лесных и дерново-подзолистых почвах

Район Почва Обследованная площадь, тыс. га Гумус, % рНксі Объем выборки, п Соде ржание, мг/кг

мт-тах X

Красноярская лесостепь

Сухобузимский Темно-серая лесная оподзоленная 12,6 7,0 5,8 253 3,7-13,9 9,4±0,1

Серая лесная оподзоленная 1,2 4,5 5,7 30 3,8-11,3 7,9±0,4

Светло-серая лесная оподзоленная 0,08 1,0 5,8 2 8,1 -8,4 8,3±8,3

Больше- Темно-серая лесная оподзоленная 13,3 6,8 5,7 143 8,7-30,7 13,6±0,2

муртинский Серая лесная оподзоленная 1,6 3,7 5,5 21 9,9-17,8 13,9±1,0

Назаровская лесостепь

Назаровский Темно-серая лесная оподзоленная 11,5 7,4 5,1 135 9,4-18,0 12,5±0,1

Серая лесная оподзоленная 0,8 4,0 5,0 9 12,9-17,7 15,0±2,6

Чулымо-Енисейская лесостепь

Ужурский Темно-серая лесная оподзоленная 2,4 8,2 5,8 28 8,4-16,4 12,5±0,7

Шарыповский Темно-серая лесная оподзоленная 5,5 7,5 5,8 61 7,4-14,0 10,3±0,3

Серая лесная оподзоленная 2,7 3,7 5,5 34 5,3-14,7 8,9±0,5

Новоселовский Темно-серая лесная оподзоленная 0,4 8,7 5,7 11 9,4-11,8 10,6±1,4

Подтаежная зона

Манский Темно-серая лесная оподзоленная 14,0 6,6 5,1 220 4,9-14,4 11,4±0,1

Серая лесная оподзоленная 3,0 4,8 4,8 45 9,9-12,6 11,5±0,4

Ачинский Темно-серая лесная оподзоленная 17,8 6,2 5,4 186 4,3-20,6 14,1±0,1

Серая лесная оподзоленная 2,1 4,6 5,3 24 10,6-15,1 12,6±0,8

Дерново-подзолистая 15,3 4,7 5,1 165 7,7-18,9 14,7±0,1

Больше- Темно-серая лесная оподзоленная 14,3 6,3 5,1 136 13,5-19,5 17,0±0,2

муртинский Серая лесная оподзоленная 2,7 4,4 5,3 25 17,2-19,5 17,6±1,1

Дерново-подзолистая 0,7 6,0 5,0 7 16,1-19,0 17,3±3,8

В лугово-черноземных почвах Красноярской, Назаровской и Чулымо-Енисейской лесостепи концентрация свинца в верхнем горизонте почв изменяется от 5,6 до 15,2 мг/кг, или в 2,7 раза (табл. 3). Содержание свинца у лугово-черноземной оподзоленной почвы составляет 12,6 мг/кг, выщелоченной - 10,9, обыкновенной

- 10,3 мг/кг. Среднее содержание свинца у разных подтипов лугово-черноземных почв равно 11,3 мг/кг.

В других типах интразональных почв концентрация свинца варьирует от 7,3 до 11,9 мг/кг. Наиболее низким содержанием свинца характеризуются пойменные слоистые почвы и повышенным - аллювиальнолуговые. Полученные данные показывают, что среднее содержание свинца в интразональных почвах Наза-ровской лесостепи и подтаежной зоне края выше, чем в Красноярской и Чулымо-Енисейской лесостепи. Среднее содержание свинца в интразональных почвах на площади 22,33 тыс. га (п=293) равно 10,5 мг/кг.

Следовательно, валовое содержание свинца в черноземах, серых лесных, дерново-подзолистых и интразональных почвах пахотных массивов центральной и западной зон Красноярского края изменяется от

1,7 до 68,5 мг/кг, или в 40,3 раза. Среднее содержание свинца в почвах на площади 842,6 тыс. га (п=10960) равняется 10,7 мг/кг.

В Канской лесостепной зоне, где в структуре почвенного покрова пашни преобладают черноземы и серые лесные, содержание свинца в почвах на площади 935,9 тыс. га (п=4323) колеблется от 1,1 до 24,4 мг/кг при среднем значении 11,5 мг/кг. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что сравниваемые почвы центральной, западной и восточной зон края имеют близкую характеристику по содержанию в них валового свинца, что обусловлено однотипными условиями их почвообразования [22].

В пашне Минусинской лесостепной зоны наиболее распространенными типами почв также являются черноземы и серые лесные. Содержание свинца в почвах этой зоны на площади 585,9 тыс. га (п=3088) варьирует от 2,4 до 24,0 мг/кг при средней величине 9,0 мг/кг. В отличие от других зон края, почвы Минусинской лесостепи в 1,4 раза меньше содержат валового свинца, что связано с облегченностью их гранулометрического состава. Уменьшение валового содержания свинца в почвах, сформированных на аллювиальных отложениях, или легкого гранулометрического состава отмечено и в других регионах страны [32].

Результаты исследований показывают, что среднее фоновое содержание свинца в почвах земледельческой части края на площади 2,36 млн га (п=19371) составляет 10,7 мг/кг, что в 1,4 раза ниже, чем в почвах Западной Сибири [21]. На обследованной территории не обнаружено загрязнения почв свинцом, его максимальное содержание в 1,9 раза ниже ориентировочно допустимой концентрации (ОДК) [29].

Почвы реперных участков локального мониторинга различаются по распределению в профиле валового свинца (табл. 4). Эти различия обусловлены разнообразием условий почвообразования и неодинаковой концентрацией элемента в почвообразующих породах. В большинстве почв свинец по профилю распределяется довольно равномерно. И только в темно-цветной пойменной, серой лесной сильнооподзоленной и черноземе обыкновенном концентрация свинца в пахотном горизонте в 1,2-1,3 раза выше, чем в почвообразующих породах. Аккумуляция свинца в этих почвах происходит за счет перераспределения элемента из нижних горизонтов в верхний мощной корневой системой многолетних трав. При утяжелении гранулометрического состава содержание свинца в почвах повышается. В почвенном профиле корреляция свинца с физической глиной сильная (г=0,81±0,07), слабая с содержанием гумуса (г=0,23±0,12) и отсутствует с величиной рН (г=-0,09±0,12).

Количество подвижной формы химических элементов в почвах связано с реакцией среды, содержанием органического вещества, гранулометрическим составом, биологическим круговоротом элементов, растительным покровом и процессами миграции металлов в почвенном покрове [36]. Среди основных факторов, влияющих на концентрацию свинца в почвах, гранулометрический состав и наличие в них органического вещества. На высокогумусированных почвах аккумуляция свинца происходит более интенсивно. Сравнение суглинистых и супесчаных почв показывает, что обедненность последних свинцом проявляется на уровне

2,0-2,5 раза. Доля подвижной формы свинца от валовой в гумусовом горизонте почв составляет 20-30%. Среднее содержание подвижного свинца в дерново-подзолистых почвах изменяется от 3,5 до 11,8 мг/кг, серых лесных от 3,0 до 11,6, черноземах от 5,0 до 10,0 мг/кг [13; 18]. Полученные данные показывают, что содержание подвижного свинца в исследуемых почвах колеблется от 0,05 до 0,66 мг/кг, или 1,1-3,9% от валовых запасов. Из разных типов почв более высокая подвижность свинца отмечается у темно-бурой пойменной и серых лесных почв. Результаты исследований показывают, что в зональных почвах Средней Сибири содержание подвижного свинца в 13-66 раз ниже принятой для этого элемента предельно допустимой концентрации [30].

Валовое содержание свинца в интразональных почвах

Район Почва Обследованная площадь, тыс. га Гумус, % рНксі Объем выборки, п Содержание, мг/кг

міп-тах X

Красноярская лесостепь

Сухобузимский Лугово-черноземная обыкновенная 3,5 6,9 6,2 64 5,6-13,1 8,9±0,2

Луговая оподзоленная 0,03 9,0 5,3 1 10,8 10,8-

Пойменная слоистая 2,52 5,0 5,2 37 5,7-8,7 7,3±0,3

Темно-бурая оподзоленная 0,39 4,2 5,3 6 6,7-7,2 6,9±1,8

Темно-цветная оподзоленная 0,18 3,4 5,3 6 3,7-7,8 6,3±1,6

Больше- Лугово-черноземная выщелоченная 2,7 8,5 6,0 28 9,5-16,8 12,9±0,7

муртинский Луговая карбонатная 0,04 10,0 6,5 1 7,8 7,8-

Темно-цветная карбонатная 0,68 6,1 6,6 10 6,8-13,5 9,7±1,6

Темно-бурая карбонатная 0,96 6,0 6,8 3 8,7 8,7±3,5

Назаровская лесостепь

Назаровский Лугово-черноземная оподзоленная 1,7 7,1 5,3 20 8,8-14,8 12,6±0,9

Чулымо-Енисейская лесостепь

Ужурский Лугово-черноземная обыкновенная 2,7 9,7 6,1 24 9,6-14,7 11,8±0,7

Шарыповский Лугово-черноземная выщелоченная 2,4 7,9 5,6 28 8,4-15,2 11,3±0,6

Новоселовский Лугово-черноземная выщелоченная 0,6 7,4 5,5 8 9,2-12,6 10,6±2,1

Подтаежная зона

Ачинский Темно-бурая карбонатная 1,52 6,0 6,0 29 7,8-16,2 12,0±0,6

Темно-цветная карбонатная 1,13 6,5 6,5 10 10,1-16,2 12,5±2,0

Больше- Луговая оподзоленная 1,11 7,8 5,3 12 12,4-18,0 13,9±1,9

муртинский Аллювиально-луговая насыщенная 0,17 4,1 6,8 2 7,8-15,2 11,9±11,9

Профильное распределение валового свинца в пахотных почвах реперных участков

Зона Почва, место расположения Горизонт, глубина, см Гумус, % РН солевой Физическая глина, % Свинец, мг/кг

1 2 3 4 5 6 7

Темно-бурая пойменная; Апах 0-20 3,3 6,9 30,8 6,0

СПК «Березовский», Березовский В1 40-50 0,6 6,9 20,1 6,0

район В2 70-80 0,5 7,3 16,0 5,5

СК 90-100 0,5 8,0 7,8 5,7

Красноярская ПРОПОТРПк лесостепь Темно-цветная пойменная; Апах 0-20 6,7 6,9 36,7 9,5

АО «Солонцы», Eмельяновский АВ 28-38 4,3 6,6 38,4 9,2

район Вк 45-54 2,1 7,3 37,6 9,3

Вск 60-70 0,7 7,6 37,5 9,0

СДК 77-87 0,7 7,6 28,5 7,1

Серая лесная среднеоподзолен- Апах 0-20 3,8 4,5 60,1 13,8

ная; д. Игнатово, Пировский рай- А1А2 25-35 3,1 4,2 59,0 13,6

он А2В 41-47 2,0 4,2 59,4 13,3

В1 50-60 1,0 5,4 69,4 13,6

В2Д 75-85 0,7 6,7 65,2 14,9

СКД 110-120 0,9 7,1 66,4 15,3

Серая лесная сильнооподзолен- Апах 0-20 3,6 5,9 60,6 14,9

ная; ст. Чернореченская, Козуль- А1А2 26-36 3,2 5,4 61,6 13,3

ский район А2В 40-50 1,0 4,2 73,3 13,1

В1 65-75 0,7 4,1 79,4 14,2

В2 90-100 0,5 4,6 75,1 14,1

Подтаежная ВС 110-120 0,5 6,9 72,6 12,3

Ск 130-140 0,5 7,1 73,4 12,7

Серая лесная среднеоподзолен- Апах 0-15 4,4 5,6 61,3 13,9

ная; д. Игнатово, Пировский рай- A1A2h 30-40 2,0 4,3 66,5 12,5

он А2В 60-70 1,2 4,0 68,9 12,2

В 80-90 0,8 4,2 71,3 11,9

Ск 110-120 0,6 6,9 68,4 12,6

Темно-серая лесная оподзолен- Апах 0-20 10,6 5,7 52,2 11,9

ная; пос. Первоманский, Манский А1А2 35-45 4,5 5,7 54,6 12,4

район А2В 51-61 1,3 5,6 52,5 12,5

В1 65-75 1,2 5,6 61,0 12,8

Окончание табл. 4

3

4

5

6

7

В2

ВС

Ск

90-100

110-120

140-150

1,1

1,0

0,9

5,4

7,0

7,2

60,0

67,7

67,4

12,5

12,0

11,2

Назаровская

лесостепь

Чернозем выщелоченный;

АО «Ададымское», Назаровский район

Апах 0-20

АВ 28-38

Вк 40-50

В1 58-68

Ск 100-110

10.9

7.9 8,4 1,3 1,1

6,0

5.6

5.7

6.7 6,9

56,6

57,9

56,4

70,2

67,1

13.8

13.0

14.1

13.8

14.1

Ачинско-

Боготольская

лесостепь

Чернозем выщелоченный; д. Журавлиха, Боготольский район

Апах

АВ

В1

Вк

Ск

0-20

26-33

40-50

70-80

100-110

6,2

4,6

1,1

0,7

0,5

6,0

6,4

5,9

7.0

7.0

58,8

59,7

66,0

64,1

66,0

12.4 12,2 13,1

12.4 12,3

Назаровская

лесостепь

Чернозем выщелоченный; пос. Степной, Назаровский район

Апах

АВ

В1

Вк

Ск

0-20

35-45

70-80

100-110

130-140

9,8

3,7

1,3

0,8

0,6

6,0

4,9

5,5

7.0

7.1

50,7

70.1

69.1 66,4 71,0

11,6

10,6

13,6

12,2

11,3

Чулымо-Енисейская лесостепь

Чернозем выщелоченный; пос. Балахта, Балахтинский район

Апах

АВ

В1

Вк

Ск

0-20

30-40

50-60

70-80

100-110

10,5

9,8

1,4

0,7

0,6

6,1

5,6

5.1

7.1 7,4

45,8

47,4

59,1

51,7

53,0

9,8

9,3

11,1

11.5

10.5

красноярская

лесостепь

Чернозем выщелоченный; пос. Большая Мурта, Большемуртинский район

Апах

А1

АВ

В1

В2

Ск

0-20

30-40

50-60

73-83

90-100

140-150

8,8

7,9

5.2

1.3 0,8

1.4

6,0

5,9

5.3

5.3 6,1 7,1

Чернозем обыкновенный;

АО «Солонцы», Емельяновский район

Апах

А1

АВ

Вк

Ск

0-20

28-38

41-51

53-63

80-90

7.2

6.3

4.3 1,8 0,8

6,6

6.5 6,4 7,0

7.6

52.4

48.8 59,1

57.4

54.8 57,0

38,3

40.0

41.0 38,6 35,2

11,6

12,1

12,1

12,7

13,1

12,5

8.7 7,9

7.7 8,4

6.7

1

2

Свинец относится к числу химических элементов, имеющих среднюю степень поглощения растениями. Различные виды растений характеризуются избирательной способностью в накоплении свинца, которая обусловлена их биологическими особенностями. Разница между минимальным и максимальным содержанием свинца в растениях может достигать нескольких раз [19]. Наименьшее содержание свинца отмечается в репродуктивных органах растений, что связано с деятельностью защитных механизмов, препятствующих поступлению в них избыточного количества токсиканта. Природное содержание свинца в растениях колеблется от 0,1 до 10,0 мг/кг [17; 34], а нормальная концентрация составляет 0,1-5,0 мг/кг [33]. В незагрязненных районах содержание свинца в зерне злаковых культур колеблется в пределах 0,1-1,5 мг/кг сухой массы, травах - 0,7-0,9, бобовых - 1,0-15,0, корнеплодах редиса - 0,9-2,1, клубнях картофеля - 0,5-3,0 мг/кг [17; 33-35]. На загрязненных территориях наблюдается гигиенически опасное количество свинца в корнеплодах моркови, свеклы и клубнях картофеля [14; 16].

Содержание свинца в растениях на реперных участках локального мониторинга изменяется от 0,1 до

1,7 мг/кг, или в 17 раз, при среднем значении 0,44 мг/кг (табл. 5). В зерновых культурах более высокое содержание свинца отмечается в ячмене и овсе. У этих культур концентрация свинца в зерне в 1,4-1,6 раза была выше, чем у яровой пшеницы. Капуста по содержанию свинца в урожае превосходила морковь. Среднее содержание свинца в урожае зерновых и овощных культур в разные годы исследований в 2,6 раза было ниже предельно допустимой концентрации [7]. Из многолетних трав повышенное содержание свинца обнаруживается у клевера и костреца безостого. Полученные данные свидетельствуют о том, что в кормовых культурах среднее содержание свинца в 6,9 раза ниже временного максимально допустимого уровня [4].

Таблица 5

Среднее содержание и диапазон варьирования свинца в сельскохозяйственных

культурах на реперных участках

Культура Исследованная часть n Свинец, мг/кг воздушносухой массы

Пределы колебаний Среднее

Черноземы выщелоченный и обыкновенный, содержание подвижного свинца 0,05-0,41 мг/кг

Пшеница (Triticum aestivum) Зерно 12 0,10-0,20 0,13±0,009

Ячмень (Hordeum distichon) Зерно 6 0,16-0,30 0,20±0,07

Овес (Avena sativa) Зерно 7 0,15-0,32 0,19±0,06

Кострец безостый (Bromus inermis) Зеленая масса 4 0,37-0,91 0,65±0,28

Темно-серые и серые лесные, содержание подвижного свинца 0,18-0,66 мг/кг

Клевер луговой (Trifollium pretense) Зеленая масса 6 0,40-1,63 0,81±0,68

Залежь: мятлик луговой (Poa pratensis), пырей ползучий (Agropyron penens), тимофеевка луговая (Phleum pretense) Зеленая масса 7 0,28-0,80 0,47±0,08

Темно-бурая и темно-цветная пойменная, содержание подвижного свинца 0,07-0,31 мг/кг

KanycTa(Brassica oleracea) Кочан 6 0,15-0,28 0,20±0,09

Морковь (Daucus carota) Корнеплод 4 0,09-0,20 0,14±0,06

Выводы

1. Фоновое содержание свинца в почвах Средней Сибири на площади 2,36 млн га изменяется от 1,1 до 68,5 мг/кг при среднем значении 10,9 мг/кг.

2. Пространственное и профильное распределение свинца в почвах определяется разнообразием условий почвообразования, гранулометрическим составом и концентрацией элемента в почвообразующих породах. Общей закономерностью распределения свинца в почвах является уменьшение его концентрации в Минусинской лесостепной зоне края в сравнении с центральной, западной и восточной частями территории. Подвижная форма свинца в черноземах, серых лесных и пойменных почвах составляет 1,1-3,9% от валовых запасов.

3. Количество свинца в растениях определяется содержанием подвижной формы элемента в почвах, их гранулометрическим составом и видовыми особенностями сельскохозяйственных культур. Наибольшее

содержание свинца отмечается у клевера лугового, костреца безостого, наименьшее - в соломе зерновых

культур.

Литература

1. Ахтырцев, Б.П. Тяжелые металлы и радионуклиды в гидроморфных почвах лесостепи Русской равнины и их профильное распределение / Б.П. Ахтырцев, А.Б. Ахтырцев, Л.А. Яблонских // Почвоведение. - 1999. - №4. - С. 435-444.

2. Борисова, Е.Н. Изучение естественного содержания свинца в почве и пищевых продуктах: автореф. дис. ... канд. мед. наук / Е.Н. Борисова. - Казань, 1960. - 12 с.

3. Виноградов, А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах / А.П. Виноградов. -М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 238 с.

4. Временный максимально допустимый уровень (МДУ) содержания некоторых химических элементов и

госсипола в кормах для сельскохозяйственных животных и кормовых добавках. - М., 1987. - 5 с.

5. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А Ревич, Е.П. Янин [и др.] - М.: Недра, 1990. - С. 62-63.

6. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест: метод. указания. - М., 1999. - 38 с.

7. Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.3.2.1078-01. - М.: Ритэкспресс, 2002. - 208 с.

8. Дмитраков, Л.М. Экологическая характеристика сельхозугодий - основная составляющая адаптивного земледелия / Л.М. Дмитраков, Б.П. Стрекозов, О.А. Соколов //Агрохимия. - 1994. - №4. - С. 71-76.

9. Ерышова, О.В. Загрязнение тяжелыми металлами окрестностей Красноярска / О.В. Ерышова //Агрохим. вестн. - 1996. - №3. - С. 37-38.

10. Закруткин, В.Е. Особенности распределения свинца в агроландшафтах Ростовской области / В.Е. За-круткин, Р.П. Шкафенко // Тяжелые металлы в окружающей среде. - Пущино, 1996. - С. 47-48.

11. Зырин, Н.Г. К вопросу о формах соединений меди, цинка, свинца в почвах и доступности их для растений / Н.Г. Зырин, Н.А. Чеботарева // Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах. -М.: Изд-во МГУ, 1979. - С. 324-350.

12. Изерская, Л.А. Формы соединений тяжелых металлов в аллювиальных почвах Средней Оби / Л.А. Изер-

ская, Т.Е. Воробьева // Почвоведение. - 2000. - №1. - С. 56-62.

13. Ильин, В.Б. Тяжелые металлы в системе почва - растение / В.Б. Ильин. - Новосибирск: Наука, 1991. -151 с.

14. К экологической обстановке в Новосибирске: тяжелые металлы в местных почвах и огородных культурах / В.Б. Ильин, А.И. Сысо, Г.А. Канарбаева, Н.Л. Байдина // Агрохимия. - 1997. - №3. - С. 76-83.

15. Ильин, В.Б. Мониторинг тяжелых металлов применительно к крупным промышленным городам /

В.Б. Ильин // Агрохимия. - 1997. - №4. - С. 81-85.

16. Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях Новосибирска / В.Б. Ильин, Н.Л. Байдина, Г.А. Канарбаева, А.С. Черевко// Агрохимия. - 2000. - №1. - С. 66-73.

17. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ. / А. Кабата-Пендиас, Х. Пен-диас. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

18. Касимов, Н.С. Подвижные формы тяжелых металлов в почвах лесостепи Среднего Поволжья (опыт многофакторного регрессионного анализа) / Н.С. Касимов, Н.Е. Кошелева, О.А. Самонова // Почвоведение. - 1995. - №6. - С. 705-713.

19. Кашин, В.К. Свинец в растительности Забайкалья / В.К. Кашин, Г.М. Иванов // Агрохимия. - 1997. -№8. - С. 61-67.

20. Ковда, В.А. Микроэлементы в почвах Советского Союза / В.А. Ковда, И.В. Якушевская, А.Н. Тюрюка-нов. - М., 1959. - 67 с.

21. Красницкий, В.М. Воспроизводство и сохранение плодородия почв Западной Сибири / В.М. Красниц-кий // Агрохим. вестн. - 2000. - №3. - С. 2-5.

22. Крупкин, П.И. Черноземы лесостепи Центральной Сибири / П.И. Крупкин // Почвоведение. - 1991. -№10. - С. 10-25.

23. Макрова, А.И. Биогеохимический метод поисков свинца в разных почвенно-климатических зонах СССР: автореф. дис. ... канд. геол.- минер. наук / А.И. Макрова. - М.: ГЕОХИ АН СССР, 1962. - 23 с.

24. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М., 1992. - 61 с.

25. Методические указания по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий. - М.: мСх РФ, 1994. - 96 с.

26. Методические указания по проведению локального мониторинга на реперных участках. - М., 1996. -14 с.

27. Соотношение содержания тяжелых металлов в почве и почвообразующей породе как критерий оценки загрязненности почв / В.Д. Муха, А.Ф. Сулима, Т.В. Карпинец, Л.В. Левшаков // Почвоведение. - 1998.

- №10. - С. 1265-1270.

28. Окружающая среда и здоровье человека / под ред. И.П. Герасимова. - М.: Наука, 1979. - 214 с.

29. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах (дополнение №1 к перечню ПДК и ОДК №6229-91). Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.020-94 / Госкомсанэпид-надзор России. - М., 1995. - 6 с.

30. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) химических веществ в почве. Специальное издание. №6229-91 / Госкомсанэпиднадзор РФ. - М., 1993. - 14 с.

31. Свинец. Совместное издание Программы ООН по окружающей среде и Всемирной организации здравоохранения. - Женева: ВОЗ, 1980. - 193 с.

32. Свинец в окружающей среде / под ред. В.В. Добровольского. - М.: Наука, 1987. - 181 с.

33. Тяжелые металлы в системе почва - растение - удобрение / под ред. М.М. Овчаренко. - М., 1997. -

С. 40-41.

34. Черных, Н.А. Влияние различного содержания цинка, свинца и кадмия в почве на состав и качество

растительной продукции: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Н.А. Черных. - М., 1988. - 27 с.

35. Черных, Н.А. Закономерности поведения тяжелых металлов в системе почва - растение при различной антропогенной нагрузке: автореф. дис. ... д-ра биол. наук / Н.А. Черных. - М., 1995. - 44 с.

36. Тяжелые металлы в системе почва - растение / Б.А. Ягодин, В.В. Кидин, Э.А. Цвирко [и др.] // Агрохим. вестн. - 1999. - №4. - С. 43-45.

----------♦'-------------

УДК 626. 87 (571. 1) Л.Н. Скипин, С.А. Гузеева

ВОЗМОЖНОСТИ МЕЛИОРАТИВНОГО ОСВОЕНИЯ СОЛОНЦОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

В результате исследований, проводимых в Тюменской области на двухопытных стационарах (совхоз «Вагайский» Омутинского района, совхоз «Центральный» Сладковского района), авторы делают выводы, что при отсутствии поставок гипса, фосфогипса и невозможности применения землевания луговые корковые многонатриевые солонцы сульфатно-содового засоления целесообразно вывести из пашни и сенокосов, так как затраты на проведение агробиологического комплекса мероприятий не обеспечивают приращения валовой энергии.

В Западной Сибири солонцы занимают около 10 млн га. В естественном состоянии их продуктивность 3-5 ц/га сухой массы низкого кормового достоинства. Проблема повышения плодородия солонцовых почв остается одной из наиболее важных в стране. Ее решение, применительно к Западной Сибири, позволит увеличить производство кормов, улучшить их качество, уменьшить дефицит белка в рационах животных, а также повысить производство зерна. В работах Л.В. Березина (1974), К.П. Горшенина (1958), Н.Д. Градобое-ва (1972), Л.Н. Каретина (1974), В.И. Кирюшина (1974), М.Д. Константинова (1975), П.Г. Кулебакина (1976),

А.С. Мигуцкого (1967), Н.В. Орловского (1979), П.С. Панина (1976), Н.В. Семендяевой (1981), В.А. Федоткина (1993), В.Х. Яковлева (1988) и др. получили обоснование теоретические и практические вопросы, связанные с освоением солонцов применительно к Западной Сибири. Однако, учитывая генетические особенности солонцов в различных зонах и даже в пределах определенного региона, необходимо постоянное совершенствование применяемых методов химической и агробиологической мелиорации, землевания, а также комплексного использования их применительно к конкретным агромелиоративным условиям.

Совершенствование приемов освоения солонцов позволит более эффективно использовать их в качестве сельскохозяйственных угодий. В настоящее время недостаточно выяснен вопрос направленности и интенсивности протекания мелиоративного процесса в зависимости от разных приемов глубоких обработок (с учетом конкретных агромелиоративных групп солонцов). Неполно изучена динамика рассолонцевания и

рассоления при использовании разных доз гипса и обработок. Не установлены возможности самомелиора-ции солонцов данного региона при агробиологическом методе освоения и сочетания его со «стартовыми» дозами мелиорантов. Комплексность расположения данных почв и условия рельефа указывают на целесообразность сравнительного изучения землевания и гипсования. Это вызвано также ограниченным поступлением фосфогипса в настоящий момент.

Цель исследований: выявить наиболее эффективные приемы мелиоративного освоения солонцов, обеспечивающие их благоприятные водно-физические и физико-химические свойства, наибольшую урожайность и белковую продуктивность в посевах культур-фитомелиорантов.

Условия и методика проведения исследований

Исследования проводились в Тюменской области на двух опытных стационарах, расположенных в северной (совхоз «Вагайский» Омутинского района) и южной лесостепи (совхоз «Центральный» Сладковско-го района).

Согласно результатам картирования (масштаб 1:500), почвенный покров стационара в северной лесостепи представлен залежным, преимущественно корковым и отчасти мелким солонцом. По принятой классификации они относятся к луговым многонатриевым сульфатно-содовым высококарбонатным глубокогипсовым тяжелосуглинистым. Содержание гумуса в слое 0-20 см составляет 5%, количество обменного натрия в горизонте В колеблется в пределах 40-72% от емкости обмена. Наличие карбоната кальция отмечается на поверхности поля, максимум их залегает на глубине 40-60см (12%). Наибольшее скопление водорастворимых солей (0,6%) находится в слое 10-40 см. Уровень грунтовых вод за годы исследований колебался в пределах 1,2-2,4 м, минерализация их слабая (0,8-2 г/л).

Солонцы южной лесостепи по анионному составу относятся к хлоридно-сульфатному (нейтральному) типу засоления. Содержание водорастворимых солей в слое 0-40 см составляет 0,4%, максимум их скопления начинается с глубины 40 см. Наличие обменного натрия в слое 0-30 см составило до 25,3% от емкости обмена. Обеспеченность нитратным азотом и доступным фосфором здесь была низкая, подвижным калием

- высокая. Уровень залегания грунтовых вод находился в пределах 1,5-3,0 м.

Климат района исследования - континентальный. Среднегодовое количество осадков 350 мм, из них 232 мм выпадает за вегетационный период, сумма активных температур воздуха (более 100) 18500. Период полевых исследований охватывал многообразие особенностей погодных условий, характерных для лесостепной зоны Западной Сибири. 1978, 1979, 1980, 1984, 1992 гг. отнесены к влажным с благоприятным температурным режимом воздуха; 1977, 1981, 1983, 1985, 1986, 1990, 1991, 1993 гг. - к средним по метеорологическим условиям; 1987, 1988, 1989 гг. - к неблагоприятным по увлажнению с высокой температурой воздуха.

Всего проведено более 10 полевых опытов. Площадь делянок в полевых опытах была от 100 до 468 м2, повторность 3-4-кратная, размещение рендомизированное. Агротехника возделываемых культур, за исключением изучаемых вариантов основных обработок, была типичной для зоны. При постановке и проведении полевых опытов руководствовались современными требованиями методики полевого опыта (Доспехов Б.А., 1979; Методические рекомендации по мелиорации солонцов и учету засоленных почв, 1970 и др.).

Влияние мелиоративных обработок на основные свойства и продуктивность луговых солонцов сульфатно-содового засоления

Исследование мелиоративных обработок на луговых корковых солонцах сульфатно-содового засоления было направлено на прямое устранение отрицательных водно-физических свойств и последующее улучшение физико-химических показателей почвы. Применение глубокого рыхления, ярусной и плантажной обработок способствовало радикальному разуплотнению почвы на протяжении восьми лет (1978-1986 гг.). За указанный срок объемная масса почвы в слое 0-40 см по рыхлению РС-1,5 на 40-45 см находилась в пределах от 1,10 до 1,25 г/см3, по ярусной вспашке - от 1,04 до 1,24 при 1,35 г/см3 на залежи. По дискованию на 8-10 см уменьшение ее отмечалось в основном в обрабатываемом слое.

При разуплотнении коркового солонца и его слабой фильтрационной способности, особенно карбонатного горизонта, основное влагонакопление в период отрастания трав происходило в обрабатываемом слое. За первые пять лет исследований при рыхлении РС-1,5 в слое 0-40 см содержание продуктивной влаги было выше, чем на залежи, в 2,3-6,1 раза, по трехъярусной и плантажной вспашкам - в 3,0-7,8 и по дискованию - в 1,7-3,2 раза. Избыточная влага в пахотном слое в начальные годы мелиоративного освоения (1978-1980 гг.) при низкой водопрочности агрегатов способствовала сильному заплыванию почвы и снижению ее аэрации до уровня критической (менее 10%) или недостаточной (менее 15%). Значительнее это проявлялось по ярусной и плантажной вспашкам, однако показатель общей пористости при этом находился на

оптимальном уровне. В условиях относительно засушливых периодов вегетации дискование на 8-10 см не обеспечивало достаточного влагонакопления.

Глубокие обработки приводили к выносу на поверхность поля наиболее засоленного (с повышенной дисперсностью) иллювиального горизонта, значительнее это проявлялось при вспашке ПТН-40. Так, при рыхлении РС-1,5 общего ила в слое 0-10 см было больше на 4,7-7,0%, чем на залежи (5-й год последействия). Плантажная и трехъярусная обработки увеличивали его содержание здесь на 14,4-15,2%. Аналогичные закономерности были в изменении содержания водопептизируемого ила и показателя максимальной гигроскопичности воды. Наличие повышенного количества водопептизируемого ила в почве за указанный срок свидетельствует о слабом мелиоративном эффекте. По мелкой обработке БДТ-2,5 на 8-10 см значительного перераспределения ила в почве не происходило.

Сложность применения глубоких обработок на луговых солонцах сопряжена с высоким стоянием грунтовых вод (1,2-1,5 м). Наличие повышенного содержания солей (слой 0-10 см) по вспашке ПТН-40 (3,54,1 т/га при исходном - 2,3 т/га) указывает на их крайне неудовлетворительный отток и длительное последействие данного приема. Устранение отрицательного влияния ярусной вспашки до исходного уровня (слой 0-10 и 0-100 см) в нашем опыте происходило лишь на 8-й год исследований. В составе водорастворимых солей преобладала двууглекислая сода. Содержание ее в пахотном слое по всем изучаемым вариантам было выше принятого порога токсичности (0,08%, 1,4 мг-экв). Перемещение легкорастворимых солей по вспашке ПТН-40 на поверхность поля, низкая водопроницаемость и периодический подъем капиллярной каймы грунтовых вод приводили к тому, что солевой режим здесь складывался наиболее неблагоприятно, чем по рыхлению РС-1,5. Безотвальная обработка на 28-30 см по действию на отток солей из пахотного слоя была кратковременнее, чем рыхление, на 40-45 см. По дискованию на 8-10 см незначительное ослабление запаса солей отмечалось лишь на глубине обработки. Учитывая степень снижения количества солей по залежи за 1978-1980 гг. (на 9,6 т/га) и по рыхлению (на 4,5 т/га), следует предположить, что применение глубоких обработок на луговом корковом солонце сульфатно-содового засоления не устраняет возможности притока солей из грунтовых вод.

Использование «стартовых» доз мелиорантов (гипс 7т/га, фосфогипс 7 т/га, сернокислое железо 11 т/га) по фону ярусной вспашки, с целью повышения ее результативности, не обеспечивало усиления процесса рассоления пахотного и метрового слоя коркового солонца. Мелиоранты в применяемых дозах не устраняли здесь повышенного солесодержания в слое 0-10 см, их количество преобладало над исходным в

1,2-2,3 раза. Приток солей к поверхности поля из грунтовых вод и с глубины их максимального расположения здесь также не устранялся.

Основным показателем направленности процесса самомелиорации осваиваемых солонцов является изменение содержания обменного натрия в почве. В условиях напряженного солевого режима, сложившегося по глубоким обработкам как без внесения мелиорантов, так и в сочетании с ними, корковый солонец сохранял свою многонатриевость в пахотном слое (свыше 40% от емкости обмена). Вспашки ПТН-40 в различных модификациях способствовали большему выносу и сохранению его на поверхности поля, чем рыхление РС-1,5. Рассолонцевание корковых солонцов за счет почвенных карбонатов кальция ограничивается в данных условиях крайне слабой его растворимостью. Этот процесс сдерживается наличием щелочной или сильнощелочной реакцией среды. Неудовлетворительная самомелиорация на вариантах с использованием «стартовых» доз мелиорантов по ярусной вспашке обусловлена их недостаточностью.

Проведение глубоких обработок усиливало мобилизацию нитратов по всему обрабатываемому слою. Это вызвано снижением плотности почвы, накоплением влаги и внесением органики. Преимущество рыхления перед ярусной обработкой достигается лучшим сохранением гумусового слоя на поверхности поля и меньшим выносом иллювиального горизонта. Аналогичная закономерность проявлялась и по отношению к доступному фосфору. Однако содержание нитратов в варианте с рыхлением оставалось на уровне низкой обеспеченности, а подвижных фосфатов - низкой и средней. Насыщенность почвы калием на всех вариантах была на уровне средней или высокой.

В среднем за 1980-1986 гг. урожай сена естественных трав составил 3,8 ц/га (табл. 1). Низкая продуктивность залежных солонцов вызвана дефицитом влаги, высокой плотностью почвы и отрицательными физико-химическими и водно-физическими свойствами. Несмотря на то, что в наиболее результативном варианте (рыхление РС-1,5 на 40-45 см) урожай травосмеси (донник желтый, люцерна синегибридная, кострец безостый, пырей бескорневищный) был в 2,5 раза выше, чем на залежи, величина его была незначительной. Урожайность травосмеси в опыте свидетельствует о том, что используемые мелиоративные обработки луговых корковых солонцов сульфатно-содового засоления дают слабый мелиоративный эффект: сохранялись многонатриевость солонца, жесткость солевого и напряженность пищевого режимов, повышенная иллюви-

альность, высокая щелочность и длительное заплывание почвы. Приращение урожая по глубоким обработкам достигалось в основном за счет увеличения влагообеспеченности растений и разуплотнения почвы.

Таблица 1

Урожайность сена многолетних трав в зависимости от обработок коркового солонца (ц/га), с-з «Вагайский»

Вариант и глубина обработки, см Год Средняя

1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986

Залежь (контроль) 4,0 3,8 3,2 2,8 4,5 3,6 4,5 3,8

Дискование, 8-10 9,4 4,9 4,0 3,9 4,7 4,0 10,0 5,8

Рыхление, 28-30 3,7 6,7 10,0 8,7 6,1 - - 7,0

Рыхление, 40-45 4,7 8,1 11,8 10,4 8,7 7,4 16,3 9,6

Ярусная, 40-45 2,5 6,8 10,5 8,3 7,2 7,1 14,3 8,1

Плантажная, 40-45 4,9 6,5 8,2 8,1 - - - 6,9

НСР05 1,14 0,43 1,16 0,64 2,70 2,50 2,90 -

Следует отметить, что продуктивность травостоя от использования мелиоративных обработок на мелком солонце за 1981-1986 гг. была выше, чем на корковом, в 1,7-2,2 раза (табл. 2). На мелком солонце преимущество было за глубоким безотвальным рыхлением РС-1,5. Это указывает на то, что при аналогичных затратах эта почвенная разновидность является вполне допустимой для освоения.

Таблица 2

Урожайность сена многолетних травна разных обработках мелкого солонца (ц/га), с-з «Вагайский»

Вариант и глубина обработки, см Год Средняя

1981 1982 1983 1984 1985 1986

Залежь (контроль) 5,3 5,2 3,3 5,8 4,8 6,8 5,2

Дискование, 8-10 12,4 12,0 10,5 5,8 5,2 13,8 10,0

Рыхление РС-1,5, 28-30 21,1 16,2 17,9 8,2 - - 15,9

Рыхление РС-1,5, 40-45 23,0 17,7 18,6 11,5 10,2 17,5 16,4

Ярусная ПТН-40, 40-45 21,2 16,5 17,5 12,6 11,1 16,3 15,9

НСР05 1,39 0,96 0,80 3,10 1,10 2,10 -

Эквивалентные дозы мелиорантов по ярусной вспашке для слоя 0-10 см не давали предполагаемых результатов. Сильное заплывание почвы в первые годы освоения (1979-1981 гг.) затрудняло появление всходов покровных и подпокровных культур. Урожай сена трав по вариантам в сочетании с мелиорантами составил 9,4-10,8 ц/га при 7,6 ц/га по вспашке ПТН-40 (табл. 3). Такая продуктивность осваиваемых солонцов свидетельствует о слабом мелиоративном эффекте и не может решить проблемы создания прочной кормовой базы для животноводства.

Таблица 3

Влияние ярусной вспашки и мелиорантов для слоя 0-10 см на урожайность сена овса и многолетних трав на корковом солонце (ц/га), с-з «Вагайский»

Вариант Овес 1979г. Многолетние травы, по годам Средняя

1982 1983 1984 1985

Залежь (контроль) 8,0 3,2 2,6 4,5 3,6 4,4

Ярусная, 40-45 см (фон) 0,0 6,3 9,6 11,9 10,0 7,6

Фон+гипс, 7т/га 2,9 11,3 13,3 15,8 10,9 10,8

Фон+фосфогипс, 7т/га 3,7 11,6 11,2 10,4 9,9 9,4

Фон+сернокислое железо, 11,3 т/га 4,5 11,7 9,0 12,7 11,9 10,0

НСР05 1,41 1,15 1,89 2,10 1,30 -

Влияние гипсования и землевания на свойства и продуктивность солонцов сульфатно-содового засоления

Характер выраженности рельефа и комплексность почв в северной лесостепи Тюменской области указывают на необходимость изучения наряду с гипсованием и приемов землевания. Нанесение на солонец лугово-черноземной солонцеватой почвы слоем 5, 10 и 15 см в первые годы освоения приводило к снижению водопептизируемого ила на глубине вспашки соответственно до 4,8; 4,0 и 2,4% при 7,2 на контроле. Внесение расчетных доз гипса для слоя 0-30 (41 т/га) и 0-5 см (20,5 т/га) уменьшало содержание ила до

1,2-,6%. Это свидетельствует о сильной химической активности гипса на солонцах сульфатно-содового засоления. Землевание и гипсование в указанных нормах устраняли заплывание солонца, повышали его биологическую активность, улучшали нитратный и фосфатный режимы питания растений. С увеличением мощности наносимого слоя и дозы мелиоранта это проявлялось в большей степени.

При внесении гипса значительно изменялся качественный состав солей по всему профилю солонца (0-60 см), при этом продукты обменных реакций (особенно при полной дозе) вымывались слабо. На шестой год последействия (1980-1985 гг.) в метровом слое запас солей на варианте с внесением полной дозы для слоя 0-30 см увеличился с 42,0 до 48,2 т/га, по половинной дозе произошло снижение его с 45,9 до 37,1 т/га. Проведение землевания исключает возможность дополнительного внесения солей на пятно солонца. Использование плодородной почвы слоем 10, 15 и 20 см уменьшало исходный запас солей соответственно с

42,0 до 37,9; с 41,9 до 36,6; с 58,3 до 30,1 т/га. В этой связи землевание слоем 5 см благоприятно проявлялось лишь на глубине вспашки.

Снижение общего запаса солей, особенно двууглекислой соды, в пахотном горизонте ослабляло его солонцеватость за весь период исследований. Землевание слоями 10, 15, 20 см и гипсование половинной и полной дозой слоя 0-30 см обеспечивало здесь снижение обменного натрия с уровня многонатриевого (более 40%) до малонатриевого солонца (10-25% от емкости обмена). При нанесении плодородной почвы слоем 5 см солонцеватость на глубине вспашки уменьшалась до градации средненатриевого (25-40%). Снижение обменного натрия в корковом солонце при землевании обусловлено действием кальция наносимой почвы, частичным «разбавлением» ею солонцеватости пахотного слоя и влиянием корневой системы многолетних трав.

Улучшение физических и химических свойств коркового солонца сульфатно-содового засоления при землевании и гипсовании способствовало повышению урожайности многолетних трав и зерновых культур. При нанесении плодородной почвы слоем 5, 10, 15 см в среднем за 6 лет урожай выращиваемых культур составил соответственно 7,3; 13,4; 18,9 ц к.ед./га при 2,5 на контроле (табл. 4).

Таблица 4

Урожайность многолетних трав и зерновых в зависимости от норм землевания и гипсования коркового солонца, с-з «Вагайский»

Вариант Многолетние травы (сено), по годам Яровая пшеница Овес Средняя, ц к. ед.

1980 1981 1982 1983 1984 1985

Вспашка на 20-22 см (фон, контроль) 5,7 3,0 3,2 6,6 1,9 2,9 2,5

Землевание слоем 5 см 14,7 16,3 23,0 15,4 6,2 5,3 7,3

Землевание слоем 10 см 15,3 22,1 28,0 18,0 9,9 17,2 13,4

Землевание слоем 15 см 18,3 25,1 29,3 20,0 17,9 22,7 18,9

Гипс для слоя 0-15 см 22,8 23,9 29,8 18,5 15,4 18,1 16,4

Г ипс для слоя 0-30 см 27,2 24,6 33,1 18,6 20,3 21,8 20,1

НСР05 1,94 0,70 1,99 2,00 2,30 2,40 -

На вариантах с гипсованием половинной и полной дозой для слоя 0-30 см он достигал 16,4 и 20,1 ц к.ед./га. Результаты опыта свидетельствуют, что землевание слоем 5 и 10 см не обеспечивает устойчивого урожая зерновых культур, это вызвано осыпанием плодородной почвы в нижнюю часть пахотного горизонта при неоднократном проведении основной обработки.

Совмещение гипсования с нанесением плодородной почвы в условиях ограниченных поставок мелиоранта и ресурсов для землевания позволяет создать окультуренный пахотный слой и получать устойчивый урожай сельскохозяйственных культур (20,5 ц к. ед./га при 0,7 на контроле) (табл. 5). При достаточных

резервах плодородной почвы норма землевания может доводиться до 20 см, что обеспечивает в течение 5 лет среднюю урожайность в размере 22,3 ц к. ед./га. Этот прием может сочетаться со строительством прилегающих дорог, каналов, сооружений и других объектов, а также с капитальной планировкой самого поля.

Таблица 5

Влияние землевания,гипсования и их сочетания на урожайностьзерновых и многолетних трав на корковом солонце по годам (ц/га), с-з «Вагайский»

Вариант Яровая пшеница Овес Многолетние травы (сено) Средняя, ц к. ед.

1981 1982 1983 1984 1985

Вспашка на 20-22 см (фон, контроль) 0,5 0,5 0,1 1,3 4,6 0,7

Землевание слоем 20 см 22,5 27,4 23,2 22,0 31,8 22,3

Г ипс для слоя 20 см + землевание слоем 10 см 20,0 24,2 21,3 21,6 29,1 20,5

Г ипс для слоя 0-20 см 9,4 19,2 14,4 16,7 17,5 13,6

НСР05 1,62 1,10 0,57 2,30 3,40 -

Отток вторичных солей в грунтовые воды требует постоянного контроля за их состоянием на мелиорируемых солонцах. Анализ грунтовых вод с гипсованного участка (43 т/га) показал, что за 11 лет степень их засоления увеличилась в 2,4—2,9 раза (табл.6). Отток солей до уровня грунтовых вод отмечался уже на второй год действия фосфогипса, максимальная концентрация их была на 6-й год. Содержание солей в этот период в грунтовых водах достигало 5,61 и 7,99 г/л при 1,80 на участке без гипсования. Последующее снижение концентрации солей, очевидно, вызвано их дренажированием в реку Вагай, расположенную соответственно в 300-х и 700-х метрах от 2-й и 1-й скважин. Качественный анализ состава солей в грунтовых водах свидетельствует об увеличении сульфат-ионов и натрия. Снижение ионов СО3- -и НСО3- при гипсовании в грунтовых водах в отличие от почвы не наблюдалось. Доля катионов кальция в общем составе солей не превышала 0,025-0,133 г/л, что указывает на основное закрепление кальция в ППК.

Таблица 6

Содержание солей в грунтовых водахв зависимости от гипсования коркового солонца (г/л) (Федоткин В.А., Бородин А.И., Скипин Л.Н.), с-з «Вагайский»

Вариант Год

1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1974- 1982

Контроль (без гипса, скв.3) 1,14 1,18 0,73 1,44 1,80 0,92 1,29 1,20 1,31 1,22

Г ипс, 43 т/га (внесен в 1972 г., скв.2) 2,92 2,91 3,17 2,75 5,61 1,93 2,11 2,72 1,96 2,90

Гипс, 43 т/га, (скв. 1) 2,95 3,33 2,51 5,09 7,99 1,52 2,82 3,65 2,32 3,58

Увеличение концентрации солей в грунтовых водах в среднем за 9 лет с 1,22 до 2,90-3,58 г/л после гипсования полной дозой мелиоранта сохраняло их состояние согласно принятой классификации на уровне слабоминерализованных (1-6 г/л). В естественных условиях степень их засоления в данном регионе может достигать до 30 г/л и более.

Изменение основных свойств и продуктивности луговых нейтральных солонцов под действием мелиоративных приемов

Постановка опытов на нейтральных малонатриевых солнцах была направлена на сравнительное изучение мелиоративного процесса под действием наиболее перспективных вариантов (глубокого рыхления рСН-2,9 на 30-35 см и ярусной вспашки ПТН-40 на 40-45 см) в сочетании с разными градациями фосфогипса (0,25; 0,5; 0,75 и 1,0 дозы). Этот вопрос изучался в полевом 6-польном севообороте (пар чистый, озимая рожь, яровая пшеница с подсевом донника, донник, яровая пшеница, овес) и в посевах многолетних трав.

Общие запасы солей перед закладкой опыта (1988 г.) составили 68,5-69,9 т/га. Проведение рыхления и ярусной обработки (без фосфогипса) в сочетании с другими элементами агробиологического комплекса

(внесение органических и минеральных удобрений, парование, посев культур-фитомелиорантов) на 3-й год последействия способствовало выносу до 15,7-17,5 т/га солей из метрового слоя почвы, что свидетельствует о достаточно высоком эффекте. Такая закономерность сохранялась и через 6 лет исследований, превосходства же ярусной вспашки перед рыхлением не отмечалось.

Внесение фосфогипса по рыхлению и ярусной вспашке (1988 г.) способствовало усилению рассо-ляющего эффекта, с увеличением дозы это проявлялось значительнее. Использование 0,5 дозы мелиоранта (10,5 т/га) на варианте с рыхлением РСН-2,9 на 30-35 см вынос солей из метровой толщи в 1990 и 1993 гг. составил соответственно до 33,3 и 31,8 т/га, т.е. содержание солей уменьшилось наполовину. При мелиорации полной дозой для слоя 0-30 см (20,1 т/га) их отток составил 37,0 т/га. Ярусная вспашка здесь также не имела преимущества перед рыхлением, особенно с внесением заниженных доз фосфогипса. Предположение об усилении мелиоративного эффекта ярусных обработок с использованием «стартовых» доз гипса на нейтральных малонатриевых солонцах также не нашло своего подтверждения.

Подобная закономерность процесса рассоления солонца в зависимости от доз фосфогипса и способов его обработки отмечалась и в полевом севообороте. При этом сравнительный анализ данных солевых профилей на вариантах опыта полевого севооборота за 6-летний период ротации (1988-1993 гг.) и за этот же срок в посевах многолетних трав показал, что более благоприятно отток солей складывался при возделывании трав. На 9-й год последействия преимущество в выносе солей было характерно для вариантов полевого севооборота. Значительнее этот процесс проявлялся в слое 0-20 см. Такое явление обусловлено ежегодным рыхлением РСН-2,9 на 20-22 см (за исключением глубоких обработок в паровом поле). Ослабление мелиоративного процесса к этому сроку вызвано уплотнением почвы в пахотном слое, потерей продуктивности травостоя и частичным выносом кальция растениями. Результаты данных сравнений указывают на необходимость своевременного перезалужения поля в опыте 7.

Агробиологический метод освоения луговых корковых малонатриевых солонцов нейтрального засоления (1988-1996 гг.), в отличие от многонатриевых сульфатно-содового засоления, позволяет ослабить солонцеватость почвы за счет СаСО3 на 2,8-6,7% от емкости обмена (слой 0-40 см). Такое явление обусловлено здесь малонатриевостью солонца, низким содержанием соды, действием углекислоты, выделяемой при разложении органических удобрений (40 т/га), растительных остатков и дыхания корневой системы растений при достаточно высокой их продуктивности. Наиболее интенсивное вытеснение натрия из ППК происходило при внесении половинной и особенно полной дозы мелиоранта соответственно на 5,8-6,8 и на

10,0-13,0% от емкости поглощения. Последействие вариантов с малыми дозами и при их отсутствии к этому времени склонно к большему затуханию мелиоративного процесса.

На корковом малонатриевом солонце нейтрального засоления использование агробиологического комплекса мероприятий без химической мелиорации позволило получить урожай сена многолетних трав, в среднем за 5 лет, по ярусной вспашке на 40-45 см и рыхлению на 30-35 см, соответственно 27,5 и 30,3 ц/га (табл. 7). Целинные и залежные солонцы этой разновидности в этом состоянии способны обеспечивать максимальную продуктивность до 12 ц сена с га. Ярусная вспашка по своей результативности уступала рыхлению РСН-2,9. Использование мелиоранта в 4 градациях от полной дозы на фоне рыхления способствовало повышению урожая сена на 3,2-8,8 ц/га. Доза мелиоранта свыше половинной по рыхлению РСН-2,9 увеличивает продуктивность травостоя в незначительной степени, что свидетельствует о целесообразности внесения под посевы многолетних трав половинной дозы. В полевом севообороте устойчивый сбор урожая зерновых поддерживался при использовании полной и 0,75 дозы фосфогипса.

Прибавка урожая сена многолетних трав при сочетании глубокой обработки и гипсования обеспечивается за счет более интенсивного оттока солей, снижения обменного натрия и, как следствие, улучшения других свойств почвы. На первоначальном этапе освоения в составе травосмеси преобладал бобовый компонент, представленный люцерной синегибридной и донником желтым (61-75%). После трех лет использования здесь доминировали злаковые травы (кострец безостый и житняк гребенчатый).

Результативность фосфогипса на луговой солонцеватой почве была ниже, чем на корковом солонце. Так, на фоне рыхления РСН-2,9 от внесения 0,25 и 0,5 дозы мелиоранта прибавка урожая сена многолетних трав на луговой солонцеватой почве была незначительной и составила 1,2-1,5 ц/га, при аналогичных условиях на корковом солонце этот показатель достигал 3,2-608 ц/га. Не исключено, что основная часть прибавки обеспечивается на луговой солонцеватой почве не за счет самого мелиоранта, а за счет фосфора фос-фогипса. Учитывая столь слабую реакцию этих почв на гипсование, данные массивы необходимо выводить из общей площади, подлежащей химической мелиорации.

Таблица 7

Урожайность сена многолетних трав в зависимости от гипсования и обработки коркового солонца (ц/га), с-з «Центральный»

Вариант Год Средняя Отклоне- ние

1989 1990 1991 1992 1993

Рыхление РНС-2,9 на 3035 см (фон 1, контроль) 41,8 20,4 35,2 33,7 20,5 30,3 -

Фон 1 + 0,25 дозы фосфогипса 45,2 26,4 20,4 33,5 21,6 33,5 + 3,2

Фон 1 + 0,5 дозы фосфогипса 45,3 32,8 45,4 39,5 22,5 37,1 + 6,8

Фон 1 + 0,75 дозы фосфогипса 44,1 35,5 36,4 40,0 24,6 36,1 + 5,8

Фон 1 + 1,0 дозы фосфогипса 46,4 36,9 49,9 38,3 23,8 39,1 + 8,8

Вспашка ПТН-40 на 4045 см (фон 2, контроль) 37,8 16,8 37,0 24,3 21,6 27,5 -

Фон 2 + 0,25 дозы фосфогипса 40,0 26,7 35,1 30,9 22,0 30,9 + 3,4

Фон 2 + 0,5 дозы фосфогипса 42,8 24,9 43,2 38,8 23,5 34,6 + 7,1

Фон 2 + 0,75 дозы фосфогипса 42,4 23,9 44,7 38,9 25,5 35,1 + 7,6

Фон 2 + 1,0 дозы фосфогипса 42,7 34,3 48,8 43,0 24,0 38,6 + 11,1

НСР05 2,3 3,2 2,4 3,8 1,0 - -

Основные итоги

Солонцовые комплексы северной лесостепи с преобладанием луговых мелких средне- и многонатриевых солонцов сульфатно-содового засоления, а также корковые малонатриевые нейтрального типа засоления (южная лесостепь) необходимо улучшать агробиологическим методом - парование участка, внесение органических и минеральных удобрений, глубокое рыхление на 30-35 см стойками СибИМЭ, РС-1,5, РСН-2,9, посев солее- и солонцеустойчивых культур-фитомелиорантов.

Улучшение массивов корковых многонатриевых луговых солонцов сульфатно-содового засоления под посевы многолетних трав экономически целесообразнее проводить гипсованием слоя 0-15 см в сочетании с обязательным глубоким рыхлением на 30-35 см. Невыполнение этого условия сильно ослабляет отток вторичных солей и увеличивает токсикоз растений и микрофлоры. Пятна данных солонцов (10-15% от общей площади поля) под многолетние травы можно окультуривать землеванием слоем 5-10 см скреперными орудиями. Мощность используемого слоя луговой солонцеватой почвы для землевания (А = 0-27 см) не должна превышать 0-5 см. Под посевы зерновых культур землевание указанных пятен солонцов следует проводить слоем 15-20 см, а дозу гипсосодержащих мелиорантов необходимо рассчитывать для слоя 0-30 см. Применительно к нейтральным малонатриевым солонцам в полевых севооборотах доза фосфогипса может быть уменьшена от полной до 0,75. Указанные мероприятия необходимо сочетать с глубоким рыхлением на 3035 см в паровом поле, в других полях севооборота глубина рыхления составляет 20-22 см. Для создания окультуренного пахотного слоя возможно сочетание гипсования дозой для слоя 0-10 см с последующим землеванием слоем 10 см.

При отсутствии поставок гипса, фосфогипса и невозможности применения землевания луговые корковые многонатриевые солонцы сульфатно-содового засоления целесообразно вывести из пашни и сенокосов, так как затраты на проведение агробиологического комплекса мероприятий не обеспечивают приращения валовой энергии.

Литература

1. Березин, Л.В. Эффективность способов химической мелиорации / Л.В. Березин // Генезис солонцов и влияние удобрений на величину и качество урожая: тр. Омск. с.-х. ин-та. - Омск, 1974. - Т. 125. - С. 49-54.

2. Горшенин, К.П. Солончаки лесостепной и степной зон / К.П. Горшенин // Почвоведение. - М.: Сельхоз-издат, 1958. - С. 291-293.

3. Градобоев, Н.Д. Современное состояние проблемы генезиса солонцов Западной Сибири / Н.Д. Градобоев // Мелиорация солонцов. - М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1972. - Ч. 1. - С. 39-56.

4. Каретин, Л.Н. Почвы южной части Тюменской области / Л.Н. Каретин. - Омск, 1974. - 56 с.

5. Кирюшин, В.И. Основные мероприятия по улучшению и использованию солонцов Северного Казахстана /

В.И. Кирюшин // Кормопроизводство на севере Казахстана. - Целиноград: ВНИИЗХ, 1974. - С. 151-163.

6. Константинов, М.Д. Безотвальная обработка солонцовых почв / М.Д. Константинов. - М.: Колос, 1975. - С. 3-9.

7. Кулебакин, П.Г. Агротехнические приемы улучшения солонцовых почв, их эффективность и теоретическое обоснование / П.Г. Кулебакин // Приемы и методы совершенствования мелиорации солонцов. -М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1976. - С. 127-137.

8. Мигуцкий, А.С. Пути освоения и повышения плодородия солонцовых почв центральной части Западно-Сибирской низменности: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук / А.С. Мигуцкий. - Омск: Изд-во ОмСХИ, 1967. - С. 3-36.

9. Орловский, Н.В. Особенности солевого режима почв Западной и Средней Сибири / Н.В. Орловский // Исследования почв Сибири и Казахстана. - Новосибирск: Наука, 1979. - С. 134-153.

10. Панин, П.С. Процессы засоления и рассоления почв / П.С. Панин [и др.]. - Новосибирск: Наука, 1976.

- С. 4-162.

11. Семендяева, Н.В. Химическая мелиорация солонцовых почв / Н.В. Семендяева // Науч.-техн. бюл. СО ВАСХНИЛ. - 1981. - Вып. 29. - С. 46-47.

12. Федоткин, В.А. Солонцы Сибири и Урала / В.А. Федоткин. - Новосибирск: Наука, 1993. - 143 с.

13. Яковлев, В.Х. Эффективность системы обработки солонцов в кормовых севооборотах при коренном улучшении природных кормовых угодий / В.Х. Яковлев // Свойства, мелиорация и интенсивное использование солонцов Сибири и Зауралья. - Новосибирск: СО ВАСХНИЛ, 1988. - С. 152-162.

----------♦-------------

УДК 577. 4 + 631. 416 (571. 51) Ю.П. Танделов

ПРИРОДНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВОДОРАСТВОРИМОГО ФТОРА В ПОЧВАХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ И ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В результате исследований почвенных образцов пахотного слоя, проводимых с 1989 по 2003 г., выявлено, что на степень загрязнения почв водорастворимым фтором большое влияние оказывает вид сельскохозяйственных угодий, поэтому для снижения риска необходимо вести систематический контроль за загрязнением всех сельскохозяйственных угодий вокруг промышленных объектов (ежегодно проводить контрольные обследования водоисточников).

Введение. Проблема загрязнения почв и растений в результате хозяйственной деятельности человека с каждым годом становится актуальнее. В последнее время резко увеличилось техногенное загрязнение окружающей среды, особенно в районах размещения заводов по производству алюминия, минеральных удобрений, мелиорантов. Значительные площади пахотных почв вокруг промышленных городов Красноярского края подвергаются локальному техногенному загрязнению. Из существующих загрязняющих веществ фтор занимает особое место. Большие его дозы очень токсичны, физиологическая активность высока. Однако фтор хорошо известен как микроэлемент, в низких концентрациях положительно влияет на рост и развитие растений. В целом необходимость его для растений недостаточно изучена. В то же время для животных и человека фтор - незаменимый элемент [1].

Источниками загрязнения окружающей среды в крае являются разные объекты, но главные среди них: ОАО «Красноярский алюминиевый завод» (КрАЗ) и ОАО «Ачинский глиноземный комбинат» (АГК).

Суммарные выбросы загрязняющих веществ этими двумя объектами в 2002 г. составили 116 тыс. тонн, в том числе Красноярский алюминиевый завод - 55 тыс. тонн [2]. Основными специфическими загрязняющими веществами являются фтористые соединения натрия, которые в окрестностях города Красноярска подвергают почвы локальному техногенному загрязнению преимущественно в северо-восточном по розе ветров направлении. В настоящее время в разной степени загрязнено более 129 тыс. га сельскохозяйственных угодий, из них до уровня чрезвычайно высокой степени (более 2,5 ПДК) - 3,5 тыс. га (2,6%); высокоопасной (1,0-2,5 ПДК) - 10,1 тыс. га (7,8%). Кроме того, в зоне влияния КрАЗа 25,4 тыс. га имеют степень загрязнения немногим ниже 1 ПДК. Также на площади 48,0 тыс. га содержание фтора в почве выше фонового содержания, которое на почвах Красноярского края составляет <1,5 мг/кг [3].

Загрязнение окружающей среды высокими концентрациями фтора возможно и при переработке фторсодержащих руд (флюоритов и криолитов). В условиях Красноярского края нередко встречаются более мелкие источники-загрязнители, такие, как асфальтовые и кирпичные заводы, которые также вносят свою лепту в накопление данного элемента в окружающей среде.

Поступление фтора в окружающую среду происходит также в результате длительного применения фосфорных удобрений. По имеющимся литературным данным, с фосфорными удобрениями в почвы поступает фтора в несколько раз больше, чем осаждающегося с атмосферными осадками [4].

Следует отметить, что загрязнение фтором почв приходится на основной земельный фонд города Красноярска и его пригородной зоны. Здесь выращивается, кроме зерновых, значительная доля овощеводческой продукции, размещаются садовые участки, готовятся корма для животноводства.

Согласно литературным данным, фториды в избыточном количестве оказывают негативное влияние на плодородие почв. Известно, что при повышенном содержании фтора в почве наблюдается сдвиг рН в щелочную сторону [5, 6], происходит снижение активности почвенных ферментов (уреазы, дегидрогеназы). Они также вызывают разрушение почвенной структуры [7, 8], увеличивают подвижность гумусовых веществ и активизируют процессы биохимического разложения. В результате этого усиливаются минерализация почвенного азота и его газообразные потери [9-11]. Все это способствует снижению плодородия почв. Поэтому для прогноза загрязнения окружающей среды важно знать его источники и масштабы поступления.

Агрохимический центр «Красноярский» занимается изучением данного вопроса с 1989 года. Сначала важно было определить фоновое содержание водорастворимого фтора в почвах и растениях Красноярского края, далее:

• исследовать пространственное и профильное распределение водорастворимого фтора по природным округам в естественных и загрязненных почвах Красноярского края;

• оценить возможности загрязнения почв пашни при длительном и систематическом внесении фосфорных удобрений;

• определить уровень загрязнения грунтовых вод, предназначенных для водоснабжения поселков и сельскохозяйственных предприятий;

• на основании полученных данных оценить уровень загрязнения (по ПДК) почв и источников питьевых вод.

Методика исследований. Земледелие Красноярского края сосредоточено в основном в южной части в пяти основных лесостепях: Ачинско-Боготольской, Чулымо-Енисейской, Красноярской, Канской, Минусинской и подтаежном природном округе. Все природные округа существенно отличаются друг от друга как по площади пахотных угодий, так и по почвенно-климатическим условиям. В почвенном покрове лесостепей господствуют разные подтипы черноземов, а в подтаежном - дерново-подзолистые и серые лесные оподзо-ленные почвы.

Исследования проводились с 1989 по 2003 год, почвенные образцы отбирали из пахотного слоя в соответствии с методическими указаниями [12],. Площадь элементарного участка составила 60 га. Всего за годы исследования по краю было отобрано 15 тысяч образцов. На реперных участках изучали профильное распределение водорастворимого фтора. Общая площадь каждого участка 4 га [13].

В зоне действия Красноярского алюминиевого завода участки закладывались по розе ветров, на расстоянии 3, 4, 5, 6, 9 км от источника загрязнения.

На контрольных площадках ежегодно весной и после уборки урожая сельскохозяйственных культур определяли: гумус - по Тюрину в модификации ЦИНАО; рНка - потенциометрическим методом; гранулометрический состав - по Качинскому; водорастворимый фтор - ионометрическим методом с фторидным электродом Р01, согласно СанПиН №042-128-44-87.

Влияние фосфорных удобрений на накопление фтора изучали на двух стационарных опытах, при ежегодном внесении фосфора в течение 13 и 20 лет.

Отбор проб воды и анализ проводились согласно СанПиН №4630-88.

В соответствии с методическими рекомендациями [13], по количеству водорастворимого фтора почвы делятся на пять уровней:

• допустимый - менее 10 мг/кг (менее 1 ПДК);

• низкий - от 10 до 15 мг/кг (1,0-1,5 ПДК);

• средний - от 15 до 25 мг/кг (1,5-2,5 ПДК);

• высокий - от 25 до 50 мг/кг (2,5-5,0 ПДК);

• очень высокий - более 50 мг/кг (более 5 ПДК).

В почвах водорастворимые формы фтора регламентируются предельно допустимой концентрацией (ПДК), которая составляет для этого элемента 10 мг/кг.

В водоисточниках содержание фтора менее 0,7 мг/л в питьевой воде считается низким, оптимальная концентрация - до 1,5 мг/л [14].

Приведенные предельно допустимые концентрации (ПДК) фтора использованы в качестве критериев при анализе полученных материалов. Для статистической обработки использовали компьютерные программы.

Результаты проведенных исследований. Для оценки загрязнения почв фтором необходимо знать его фоновое содержание, которое характеризует исходное количество данного элемента в объекте и считается естественным уровнем. Для изучения данного показателя в 1985-1995 гг. нами были отобраны более трех тысяч смешанных образцов в разных природных округах Красноярского края на пашне, сенокосах и пастбищах, под лесом, удаленных от источников загрязнения не менее чем на 15-25 км.

Проведенные исследования показали, что средневзвешенное содержание водорастворимого фтора в Красноярском природном округе составило 0,83 мг/кг, в Чулымо-Енисейском (Шарыповский район) - 0,81, в Назаровском и Ачинском районах этого же округа - 1,2-1,3 мг/кг почвы соответственно. Все приведенные исследования показали, что ни в одном почвенном образце содержание водорастворимого фтора не превысило 1,5 мг/кг почвы.

Все это дало основание утверждать, что за фоновое содержание данного элемента в условиях Красноярского края следует принять 0,8-1,5 мг/кг почвы. Согласно [15], фоновое содержание фтора составляет

3,0 мг/кг почвы.

По результатам агроэкологического мониторинга установлено, что содержание водорастворимого фтора в пахотном горизонте характеризуется разными величинами. Однако средневзвешенное содержание его на обследованной территории по краю (на площади 2433,3 тыс. га) в 93% случаев находится на уровне фонового значения (табл. 1) и лишь в 5,3%, что составляет 130 тыс. га, - на уровне 0,5 ПДК, это подтверждают ранее полученные результаты [16-18]. Как видно из приведенных данных (табл. 1), в подтаежном природном округе содержание водорастворимого фтора в почве находится в пределах фонового содержания. В Красноярском природном округе - в некоторых случаях превышает 0,5 ПДК. Наблюдается небольшое загрязнение и в Чулымо-Енисейском природном округе (вокруг г. Ачинска). В основном это вызвано производственной деятельностью Ачинского глиноземного комбината, Березовской и Назаровской ГРЭС и мелких загрязнителей (асфальтовые и кирпичные заводы).

В Канском природном округе 99,5% обследованных площадей содержат водорастворимый фтор в пределах фонового содержания. В Ачинско-Боготольском - 96%, и лишь 2,5 тыс. га загрязнены фтором на уровне 0,5 ПДК. В Минусинском природном округе - 97% обследованных площадей содержат водорастворимый фтор на уровне фонового содержания. Здесь одним из основных загрязнителей может быть Саянский алюминиевый завод (САЗ), который находится в левобережной части р. Енисей, на территории Республики Хакасия, в 5 км от русла реки.

На правом берегу р. Енисей располагается Шушенский район, значительная часть которого находится в зоне возможного влияния выбросов САЗа по розе ветров. Особенно подвержены загрязнению поймы и надпойменные террасы вдоль р. Енисей. Почвенный покров этого участка представлен темно-бурыми пойменными почвами и обыкновенным черноземом легко- и среднесуглинистого гранулометрического состава. Крупномасштабное картирование на содержание водорастворимого фтора проводилось на площади 24,6 тыс. га. Проведенные исследования показали, что 9,3% от обследованной территории имеют повышенное содержание фтора (0,5-0,9 ПДК).

Данные таблицы 1 говорят о том, что наименее загрязнены фтором почвы в Подтаежном и Канском природных округах. В Канском округе почвы с содержанием фтора выше фонового, как правило, расположены вблизи г. Канска.

На степень загрязнения почв данным элементом большое влияние оказывает вид сельскохозяйственных угодий. По результатам крупномасштабного картографирования, непахотных почв с чрезвычайно- и высокоопасным загрязнением сенокосов и пастбищ значительно больше, чем в пашне. Этот факт обусловлен тем, что в непахотных почвах фтор в основном концентрируется на самой поверхности почвы. В пахотных же почвах в результате систематической обработки он легко перемешивается и, в результате взаимодействия с почвой, быстрее переходит в неактивные формы за счет процессов адсорбции и минерализации.

Таблица 1

Содержание водорастворимого фтора в почвах природных округов Красноярского края

Природный округ Вид угодий Обследованная площадь, тыс. га Группа, содержание

I II III IV

Фон Фон - 0,5 ПДК 0,5-1,0 ПДК Более 1,0 ПДК

тыс. га % тыс. га % тыс. га % тыс. га %

Подтаеж- Пашня 79,13 79,13 100,0 - - - - - -

ный Кормовые 6,05 6,05 100,0 - - - - - -

Всего 85,18 85,18 100,0 - - - - - -

Канский Пашня 807,91 804,21 99,5 3,70 0,5 - - - -

Кормовые 5,59 5,26 94,1 0,33 5,9 - - - -

Всего 813,50 809,47 99,5 4,03 0,5 - - - -

Красно- Пашня 260,95 179,95 69,0 57,11 21,9 18,57 7,1 5,32 2,0

ярский Кормовые 52,11 18,51 35,5 16,03 30,8 9,34 17,9 8,23 15,8

Всего 313,06 198,46 63,4 73,14 23,4 27,91 8,9 13,55 4,3

Ачинско- Пашня 59,31 58,04 97,9 1,27 2,1 - - - -

Боготоль- Кормовые 1,29 0,07 5,4 1,22 94,6 - - - -

ский Всего 60,60 58,11 95,9 2,49 4,1 - - - -

Чулымо- Пашня 611,84 576,72 94,2 34,51 5,6 0,32 0,1 0,29 0,1

Енисей- Кормовые 18,79 17,13 91,2 1,66 8,8 - - - -

ский Всего 630,63 593,85 94,2 36,17 5,6 0,32 0,1 0,29 0,1

Минусин- Пашня 530,33 516,16 97,3 14,17 2,7 - - - -

ский Кормовые - - - - - - - - -

Всего 530,33 516,16 97,3 14,17 2,7 - - - -

По краю Пашня 2349,47 2214,21 94,2 110,76 4,7 18,89 0,8 5,61 0,2

Кормовые 83,83 47,02 56,1 19,24 23,0 9,34 11,1 8,23 9,8

Всего 2433,30 2261,23 92,9 130,0 5,3 28,23 1,2 13,84 0,6

Больше всего загрязнение пахотного слоя почв фтором отмечается в Красноярском природном округе. Особенно выделяются три района (Березовский, Емельяновский, Сухобузимский) (табл. 2). Это неслучайно, здесь находится основной загрязнитель - крупнейший в стране завод по производству алюминия (КрАЗ).

Результаты агроэкологического картирования почв показали, что самое большое содержание водорастворимого фтора (табл. 2) находится в почвах Емельяновского района. Земли этого района постоянно загрязняются выбросами КрАЗа. Из обследованных 43 тыс. га только 40% почв содержали фтор в пределах фонового содержания. На уровне 0,5-1,0 ПДК - 14,5 тыс. га, или 14%, более 1 ПДК - 10,4 тыс. га, или около 10% от обследованной площади. Таким образом, в Емельяновском районе из всей обследованной площади 10% почв содержат фтор в количествах, выше предельно допустимого уровня, а в Березовском - 9%. В Су-хобузимском районе, который расположен в 50 км от источника загрязнения, почвы с содержанием фтора выше 1 ПДК отсутствуют. Здесь из обследованных 90 тыс. га почвы с содержанием фтора от 0,5 до 1,0 ПДК составляют всего около 2%.

Таблица 2

Содержание водорастворимого фтора в зоне деятельности Красноярского алюминиевого завода

Район Вид угодий Группа, содержание

I II III IV

Фон Фон - 0,5 ПДК 0,5-1,0 ПДК Более 1,0 ПДК

тыс. га % тыс. га % тыс. га % тыс. га %

Пашня 5,88 22,3 10,06 38,3 9,65 36,6 0,75 2,8

Березовский Кормовые 1,00 12,2 2,78 34,0 2,10 25,7 2,30 28,1

Всего 6,88 19,9 12,84 37,3 11,75 34,0 3,05 8,8

Пашня 39,04 47,4 29,92 36,3 8,86 10,8 4,57 5,5

Емельяновский Кормовые 4,07 16,3 9,36 37,6 5,70 22,8 5,82 23,3

Всего 43,11 40,1 39,28 36,6 14,56 13,6 10,39 10,1

Пашня 74,25 82,5 15,67 17,4 0,05 0,1 - -

Сухобузимский Кормовые 12,79 71,8 3,02 16,9 1,85 10,4 0,17 0,9

Всего 87,04 80,7 18,69 17,3 1,90 1,8 0,17 0,2

В целом результаты исследования показали, что наибольшему загрязнению подвержены почвы, расположенные в восточном, северном и северо-восточном направлениях на пути господствующих ветров. Поэтому для снижения риска необходимо вести систематический контроль за загрязнением всех сельскохозяйственных угодий вокруг промышленных объектов.

Данные агроэкологического мониторинга показали, что разные подтипы черноземов слабо отличаются по средней концентрации фтора. В черноземе обыкновенном его содержание в разных природных округах колеблется от 0,9 до 1,5 мг/кг; в черноземе выщелоченном - 0,5—1,2, черноземе оподзоленном -0,8—1,0 и карбонатном — 0,5—1,4 мг/кг. Среднее содержание фтора в обследованных черноземных почвах равно 1,1 мг/кг (табл. 3). Полученные данные свидетельствуют о том, что содержание фтора в пределах одного почвенного типа обладает невысоким природным варьированием и обусловлено прежде всего величиной расстояния от загрязнителей и слабо зависит от условий формирования почв.

В целом черноземы характеризуются высоким содержанием гумуса, по гранулометрическому составу

— средне- и тяжелосуглинистые со слабокислой реакцией (оподзоленные и выщелоченные черноземы), нейтральной реакцией почв (обыкновенные). Они имеют среднее и низкое содержание подвижного фосфора и высокое — обменного калия, высокое и очень высокое содержание суммы обменных оснований.

Серые лесные почвы в Красноярском крае занимают небольшие площади и сопутствуют в пашне черноземам. Повышенное содержание гумуса в верхнем горизонте является отличительной особенностью этих почв по сравнению с аналогами в других регионах. В серых лесных почвах варьирование содержания водорастворимого фтора выражено очень слабо (табл. 4).

Таблица 3

Содержание водорастворимого фтора в черноземных почвах по природным округам

Природный округ Почва Обследованная площадь, тыс. га Гумус, % pH Объем выборки, п Содержание фтора, мг/кг

тіп тах сред- нее

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Подтаеж- ный Чернозем выщелоченный Чернозем оподзоленный 33 О) 3 0, 7,1 5,4 5,4 5,6 34 15 0,8 0,8 1,3 1,5 0,9 1,0

Канский Чернозем выщелоченный Чернозем оподзоленный 3,46 4,58 9,1 8,9 5,4 5,3 60 82 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

Краснояр- ский Чернозем выщелоченный Чернозем обыкновенный Чернозем обыкновенный карбонатный Чернозем оподзоленный 75,65 12.51 0,12 9,13 6,0 8,2 5.0 6.0 5,9 6.4 6.5 5,7 1235 242 1 133 0,5 0,8 1,0 0,5 5,8 6,4 1,0 3,2 1,2 1,5 1,0 1,0

Окончание табл. 3

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ачинско- Боготоль- Чернозем выщелоченный Чернозем обыкновенный 7,61 0,48 8,3 8,2 5,8 5,6 92 4 0,8 0,8 2,6 1,1 1,0 0,9

ский Чернозем оподзоленный 9,36 6,8 5,7 128 0,8 3,0 0,9

Чернозем выщелоченный 319,00 7,5 6,0 4821 0,4 12.5 0,9

Чернозем выщелоченный карбонатный 29,19 8,8 6,3 366 0,5 2,1 0,8

Чулымо- Енисейский Чернозем обыкновенный Чернозем обыкновенный карбонатный 189,84 11,31 8,5 8,2 6,3 6,6 2972 154 0,5 0,8 10,5 3,1 1,2 1,4

Чернозем оподзоленный Чернозем оподзоленный карбонатный 20,93 2,51 8,6 9,8 5,6 5,3 297 29 0,5 0,5 2,7 0,5 1,0 0,5

Среднее содержание данного элемента по всем природным округам соответствует фоновому значению <1,0 мг/кг. Концентрация его в Чулымо-Енисейском природном округе в верхнем горизонте почв изменяется от 0,8 до 1,6 мг/кг. Содержание фтора выше фонового (4,0 мг/кг) наблюдается у темно-серых лесных почв, расположенных в основном в зоне промышленных выбросов КрАЗа. Разные подтипы по природным округам содержат практически одинаковое количество водорастворимого фтора. Аналогичная зависимость наблюдается и в дерново-подзолистых почвах. Полученные данные показывают, что средняя концентрация фтора в серых лесных и дерново-подзолистых почвах в Красноярском округе несколько ниже, чем в черноземах. Это связано с тем, что эти почвы находятся на более удаленном расстоянии от промышленных объектов, которые загрязняют почвы своими выбросами.

Лугово-черноземные почвы имеют высокий уровень потенциального плодородия. Содержание гумуса в пахотном горизонте в этих почвах высокое и колеблется от 7,3 до 9,9%, степень кислотности - близкая к нейтральной. В пахотных угодиях они приурочены к пониженным элементам рельефа и формируются в условиях повышенного увлажнения. Среднее содержание водорастворимого фтора в гумусовом горизонте этих почв колеблется от 0,5 до 1,5 мг/кг. Повышенное его содержание в некоторых образцах, особенно в Красноярском природном округе, связанно с наличием здесь алюминиевого завода, а также мелких загрязнителей.

Таблица 4

Содержание водорастворимого фтора в серых лесных почвах по природным округам

Природный округ Почва Обследованная площадь, тыс. га Гумус, % pH Объем выборки п Содержание фтора, мг/кг

1ТЛП тах сред- нее

Подтаежный Светло-серая лесная 1,33 3,6 5,1 40 0,8 0,8 0,8

Серая лесная 30,85 4,3 5,3 679 0,8 1,8 0,8

Темно-серая лесная 33,03 5,2 5,3 677 0,8 1,9 0,9

Канский Светло-серая лесная 0,31 5,3 5,1 5 0,8 0,8 0,8

Серая лесная 1,89 5,0 5,1 39 0,8 0,8 0,8

Темно-серая лесная 11,11 6,9 5,2 203 0,8 1,6 0,8

Красноярский Светло-серая лесная 0,19 3,2 5,5 5 0,8 0,9 0,9

Серая лесная 9,43 4,4 6,0 120 0,8 2,4 1,0

Темно-серая лесная 35,40 6,3 5,7 488 0,5 4,0 1,1

Ачинско- Светло-серая лесная 9,13 5,6 5,5 130 00,8 1,2 0,8

Боготольский Темно-серая лесная 15,27 6,7 5,6 195 0,8 2,0 0,9

Чулымо- Светло-серая лесная 0,28 8,7 5,8 4 0,5 0,5 0,5

Енисейский Серая лесная 7,95 7,4 5,6 102 0,5 1,5 0,7

Темно-серая лесная 14,41 7,7 5,8 424 0,5 1,5 0,8

Таблица 5

Содержание водорастворимого фтора в лугово-черноземных почвах

Обсле- Содержание фтора, мг/кг

Природный округ Почва дован-ная площадь, тыс. га Гумус, % pH Объем выборки п тт тах сред- нее

Подтаежный Лугово-черноземная опод-золенная 0,10 7,8 5,2 6 0,8 0,8 0,8

Красноярский Лугово-черноземная солонцеватая 0,40 7,4 6,4 9 0,8 1,3 1,0

Пугово-черноземная 3,91 7,8 6,1 73 00,8 6,1 1,5

Чулымо- Лугово-черноземная 7,16 8,5 6,0 92 0,5 3,0 1,3

Енисейский Пугово-черноземная опод-золенная 3,97 9,9 5,4 41 0,5 0,5 0,5

Для изучения содержания водорастворимого фтора по профилю почвы в зоне выбросов КрАЗа в местах с разным его уровнем в пахотном горизонте проводили отбор образцов в метровом слое через 20 см. Распределение водорастворимых форм фтора по профилю почвы представлено в таблице 6. Наибольшее содержание его приходится в пахотном слое 0-20 см, что примерно составляет от 32 до 45% от суммарного содержания его в слое 0-100 см. На глубине 20-40 см находится около 25% от общего количества, и примерно 30-40% в слое 40-100 см (табл. 6).

Таблица 6

Содержание водорастворимого фтора по профилю почвы, мг/кг

Место обследования

С-з «Солонцы» АО «Есаульский АО «Красноярский»

Глубина взятия образца, см Отд. Коркино Отд. Песчанка

среднее содер- жание диапазон концентраций среднее содер- жание диапазон концентраций среднее содер- жание диапазон концентраций среднее содер- жание диапазон концентраций

0-20 54 42-76 16 12-28 9,4 7-12 11 8-13

20-40 31 21-40 18 7-20 6,7 4-8 9 6-10

40-60 17 8-35 3 0,4-9 3,4 2-6 6 4-10

60-80 9 6-1 5 3-9 2,9 2-4 4 3-5

80-100 10 7-13 5 3-10 3,3 2-5 4 4-4

Суммарное со-

держание в/р фтора в слое 0- 122 84-170 47 25-85 26 17-37 34 25-42

100 см

В почвах, находящихся в непосредственной близости (3 км) от КрАЗа, на глубине 40-60 см содержание водорастворимого фтора в 1,7 раза выше ПДК. Следовательно, хотя основная масса элемента концентрируется в слое 0-40 см, загрязнение прослеживается и в более глубоких горизонтах, особенно на участках, где скапливается много фтора в пахотном горизонте. Из вышеизложенного следует, что проникновение водорастворимого фтора в более глубокие горизонты реально, поэтому не исключено загрязнение грунтовых вод.

В почвах реперных участков, расположенных на загрязненных черноземах и серых лесных почвах, содержание его зависит от удаленности источника, розы ветров и вида сельскохозяйственных угодий. Чем ближе расположен реперный участок к КрАЗу, тем сильнее в нем наблюдается загрязнение ночв фтором (табл. 7). В почвенном профиле максимальное содержание фтора наблюдается в гумусовом горизонте,

здесь его в несколько раз больше, чем в нижележащих горизонтах, где он распределяется более равномерно.

В почвах реперных участков, расположенных на незагрязненных фторидами территориях, профильное распределение фтора одинаковое. В гумусовом горизонте, как в зоне черноземных почв, так и серых лесных, содержание его колеблется от 0,8 до 1,0 мг/кг, вниз по почвенному профилю содержание фтора постепенно увеличивается и степень миграции его по профилю почвы во многом зависит от свойств почв, в частности, от степени гумусированности, гранулометрического состава и степени карбонатности, которая является своеобразным барьером для его перемещения в нижележащие горизонты.

Таблица 7

Профильное распределение водорастворимого фтора на загрязненных пахотных почвах (зона действия Красноярского алюминиевого завода)

Почва Расстояние от загрязнителя, км Горизонт и глубина, см Гумус, % рНка Физическая глина, % Содержание фтора, мг/кг

Темноцвет- Апах 0-20 6,8 6,9 52,4 60,0

ная пой- А 30-40 6,1 7,0 57,8 4,3

менная 3 АВ 55-65 3,0 7,2 55,3 3,4

Вкд 80-90 2,1 7,6 63,8 2,8

Скд 120-130 1,0 7,5 62,4 2,9

Чернозем Апах 0-20 7,7 6,6 39,1 47,5

обыкновен- АВ 24-34 6,2 6,7 43,3 8,0

ный 4 В 37-47 1,8 6,8 40,9 6,0

Вк 60-70 1,1 7,4 40,7 2,0

Ск 110-120 0,6 7,7 52,8 5,4

Чернозем Апах 0-20 7,9 6,4 45,7 37,0

обыкновен- 6 Вк 30-40 0,8 7,4 49,6 25,5

ный ВСк 60-70 0,5 7,4 52,7 2,7

Ск 100-110 0,5 7,4 66,1 2,0

Чернозем Апах 0-20 5,3 7,2 39,4 10,1

обыкновен- Вк 30-40 1,0 7,6 35,0 3,5

ный 9 ВСк 50-60 0,7 7,6 35,6 3,3

Ск 80-90 0,6 7,6 35,5 2,6

Сдк 120-130 0,5 7,7 51,4 2,9

Основное накопление элемента наблюдается, как правило, до начала вскипания; ниже этого горизонта содержание его резко снижается. Эта закономерность сильнее наблюдается на незагрязненных почвах (табл. 8), где увеличение содержание фтора совпадает со скоплением карбонатов в горизонтах Вк и Ск. Это подтверждается данными Перельмана [19] - среди химических элементов, способных связать его, ведущее значение принадлежит кальцию, который является геохимическим барьером на пути почвенной миграции данного элемента.

На уровень накопления фтора в почвах значительное влияние оказывают гранулометрический состав, окислительно-восстановительные условия [20] и положение территории. В незагрязненных почвах концентрация фтора в почвообразующих породах в несколько раз выше, чем в гумусовом горизонте. В загрязненных же почвах он в основном аккумулируется в пахотном слое: здесь содержание его в десятки раз больше, чем на почвообразующих породах.

Общеизвестно, что одним из основных источников поступления фтора в почвы и водоемы являются фосфорные концентраты, при добыче и переработке которых более половины содержащегося в них фтора рассеивается отходящими пылевыми выбросами и газами. В то же время большое количество его остается в самих фосфорных удобрениях, так, например, в двойном суперфосфате - 40%, в аммофосе - до 70%, в нитроаммофосе, азофоске - 10%, в фосфоритной муке - 100% [21]. Согласно литературным данным, с фосфорными удобрениями в почвы поступает от 40 до 400 тыс. тонн фтора в год, что значительно больше массы фтора, оседающего с атмосферными осадками [22-24].

Таблица 8

Профильное распределение водорастворимого фтора на незагрязненных пахотных почвах

Зона Почва, место расположения Горизонт, глубина, см Гумус, % рН солевой Физическая глина, % Фтор, мг/кг

Серая лесная сред- Апах 0-20 3,8 4,5 60,1 0,8

неоподзоленная, А1А2 25-35 3,1 4,2 59,0 0,8

Пировский район А2В 41-47 2,0 4,2 59,4 0,8

В1 50-60 1,0 5,4 69,6 0,8

В2Д 75-5 0,7 6,7 65,2 0,8

скд 110-120 0,9 7,1 66,4 1,2

Подтайга Серая лесная силь- Апах 0-20 3,6 5,9 60,6 0,8

нооподзоленная, А1А2 26-36 3,2 5,4 61,6 0,8

Козульский район А2В 40-50 1,0 4,2 73,3 0,8

В1 65-75 0,7 4,1 79,4 0,8

В2 90-100 0,5 4,6 75,1 0,8

ВС 110-120 0,5 6,9 72,6 2,0

Ск 130-140 0,5 7,1 73,6 2,1

Темно-серая оподзо- Апах 0-20 10,6 5,7 52,2 0,8

ленная, Манский А1А2 35-45 4,5 5,7 54,6 0,8

район А2В 51-61 1,3 5,6 52,5 0,8

Канский В1 65-75 1,2 5,6 61,0 0,8

В2 90-100 1,1 5,4 60,0 0,8

ВС 110-120 1,0 7,0 67,7 0,7

Ск 140-150 0,9 7,2 67,4 1,6

Чернозем выщело- Апах 0-20 8,8 6,0 52,4 0,8

ченный, Большемур- А1 30-40 7,9 5,9 48,8 0,8

Красноярский тинский район АВ В1 50-60 73-83 ,2 ,3 5, 1, 5.3 5.3 59,1 57,4 ,8 ,6 0, 1,

В2 90-100 0,8 6,1 54,8 3,0

Ск 140-150 1,4 7,1 57,0 3,2

Чернозем выщело- Апах 0-20 9,8 6,0 50,7 0,8

Ачинско- Боготольский ченный, Боготоль-ский район АВ В1 Вк 35-45 70-80 100-110 ,7 3, ,8 3, 1, 0, ,9 5, ,0 4, 5, 7, 70.1 69.1 66,4 ,8 7, ,6 0, 0, 3,

Ск 130-140 0,6 7,1 71,0 5,3

Чернозем выщело- Апах 0-20 10,5 6,0 45,8 1,0

ченный, Балахтин- АВ 30-40 9,8 5,6 47,4 1,0

ский район В1 50-60 1,4 5,1 59,1 0,8

Вк 70-80 0,7 7,1 51,7 1,9

Ск 100-110 0,6 7,4 53,0 4,3

Чернозем выщело- Апах 0-20 9,8 6,0 50,7 0,8

Чулымо- Енисейский ченный, Назаровский район АВ В1 Вк 35-45 70-80 100-110 ,7 3, ,8 3, 1, 0, ,9 5, ,0 4, 5, 7, 70.1 69.1 66,4 ,8 7, ,6 0, 0, 3,

Ск 130-140 0,6 7,1 71,0 5,3

Чернозем выщело- Апах 0-20 10,9 6,0 56,6 0,7

ченный, Назаровский АВ 28-38 7,9 5,6 57,9 0,8

район В1 40-50 8,4 5,7 56,4 1,1

Вк 58-68 1,3 6,7 70,2 2,2

Ск 100-110 1,1 6,9 67,1 4,9

По оценкам разных авторов, ежегодно с фосфорными удобрениями в почвы поступает от 3 до 30-35 кг/га фтора, что увеличивает общее содержание элемента на 3-5% в год. На дерново-подзолистых тяжело-

суглинистых почвах длительное применение аммофоса увеличивало концентрацию фтора по сравнению с неудобренными почвами [25-27].

Для оценки влияния систематического внесения фосфорных удобрений на накопление фтора в 1989 году на стационарном опытном участке агрохимического центра «Красноярский» были отобраны образцы почвы с пахотного горизонта каждой делянки согласно нижеприведенной схеме опыта (табл. 9).

Таблица 9

Влияние систематического внесения минеральных удобрений на накопление водорастворимого

фтора на дерново-подзолистых почвах

Вариант Опыт 1 Опыт 2

Содержание, мг/кг Отклонения от контроля Содержание, мг/кг Отклонения от контроля

Контроль 0,3 - 0,4 -

Известь 1 Нг 0,3 0 0,4 0

№0Р90К90 0,3 0 0,5 +0,1

Известь 1 Нг + №0Р90К90 0,2 -0,1 0,6 +0,2

№0Р60К60 0,3 0 0,3 -0,1

N60^0 0,3 0 0,3 -0,1

^0Р60 - - 0,3 -0,1

Опыты были заложены в 1977 году на дерново-подзолистых почвах тяжелого гранулометрического состава. За 12 лет систематического применения минеральных удобрений было внесено двойного суперфосфата Р2О5 1008 кг на 1 га. Однако это не повлияло на накопление водорастворимого фтора (табл. 9). Аналогичные исследования выполнены на длительном стационарном опыте Солянской опытной станции Красноярского НИИСХ, который заложен в 1969 году на выщелоченном черноземе тяжелого гранулометрического состава, с высоким содержанием гумуса. За 21 год систематического применения минеральных удобрений внесено: фосфора (Р2О5) - 860 кг д.в., азота (^ - 1000, калия (К2О) - 720 кг д.в. на 1 га. При этом уровень водорастворимого фтора как в пахотном, так и в подпахотном горизонтах не превышал фонового содержания (табл. 10).

Таким образом, данные исследований приказывают, что существующий уровень применения удобрений не загрязняет почву водорастворимым фтором.

В овощеводческих хозяйствах пригорода Красноярска многие годы применялись повышенные дозы удобрений, как фосфорных, так и органических. В двух хозяйствах: СПК «Березовский» и СПК «Красноярский» были отобраны и проанализированы образцы с пашни, а также с целинных участков, расположенных вблизи этих полей.

Таблица 10

Влияние длительного применения минеральных удобрений на накопление водорастворимого фтора на выщелоченном черноземе Канской лесостепи, мг/кг

Вариант Глубина взятия проб, см Среднее содержание Диапазон концентраций

Контроль 0-20 20-40 0,8 0,7 0,7-0,8 0,6-0,8

NPK 0-20 0,7 0,5-0,7

20-40 0,7 00,5-0,8

NPK + навоз 0-20 0,7 0,7-0,8

20-40 0,8 0,6-0,9

Результаты исследований не показали существенных различий (табл. 11) по содержанию фтора между целиной и пашней, что еще раз подтверждает вывод об отсутствии загрязнения почв фтором от применения минеральных удобрений. Все вышеприведенные факты позволяют сделать вывод о том, что при существующем уровне применения минеральных удобрений в Красноярском крае загрязнение почв фтором, поступающим в почву от вносимых фосфорных удобрений, не наблюдается.

Таблица 11

Распределение водорастворимого фтора на целинных участках и на пашне в слое 0-20 см

Место отбора проб Фон Содержание водорастворимого фтора, мг/кг

СПК «Березовский» Целина Целина Пашня 8,5 5,2 4,8

СПК «Красноярский» Целина Пашня Целина Пашня Пашня Целина 12,0 10,7 10,5 8,0 8,0 7,3

Однако следует отметить, что на почвах, при более длительном применении фосфорных удобрений, может происходить увеличение содержания фтора, что в некоторой степени наблюдается на почвах при систематическом внесении фосфорных удобрений, но это количество не превышает даже 0,5 ПДК, следовательно, в данное время не представляющих никакой опасности. Однако это не исключает необходимости систематического контроля за накоплением водорастворимого фтора, особенно на полях, где вносятся повышенные дозы фосфорных удобрений.

Следует отметить, что фтор является единственным микроэлементом, основная часть которого поступает в живой организм с водой. В связи с этим при оценке концентрации следует учитывать его содержание не только в продуктах и кормах, но и в воде [28].

Для пресных питьевых вод характерен весьма малый диапазон концентрации фтора. Большинство гигиенистов полезным для человека считают содержание фтора от 0,7 до 1,2—1,5 мг/л. Там, где население пользуется питьевой водой с таким содержанием, значительно снижается заболеваемость кариесом [29]. Концентрация фтора меньше 0,7 мг/л считается низкой, при этом поражаемость зубов кариесом повышается в 2 раза, к тому же недостаток его вызывает хронические инфекционные заболевания сердца и суставов.

Избыточное содержание фтора в питьевой воде (больше 1,5 мг/л) вызывает другие заболевания, а именно - нарушение обменных процессов в костной ткани, сужение костномозговых каналов - флюороз [30].

В связи с этим для животных фтор является незаменимым микроэлементом. Как избыток, так и недостаток его является очень опасным. В настоящее время считается общеизвестным, что фтор стимулирует многие физиологические процессы в организме животных. Он принимает участие в обмене фосфора, необходимого не только для нормального роста и развития костей, но и для процессов кровообращения.

В Красноярском крае сельскохозяйственное водоснабжение главным образом базируется на подземных водах. Хотя химический состав этих вод в целом не препятствует их широкому хозяйственному использованию, следует учитывать определенные особенности их химического состава, а именно, концентрацию фтора в некоторых подземных водах. Наличие его выше допустимых концентраций или недостаток в определенных местах может создавать дополнительные проблемы в водоснабжении.

Проведенные агрохимической службой обследования водоисточников Красноярского края (ФГУ ГЦАС «Красноярский», ФГУ ГСАС «Солянская», ФГУ ГСАС «Минусинская») показали, что в этом вопросе есть определенные проблемы.

Были проверены скважины, колодцы, колонки в населенных пунктах в 25 сельскохозяйственных районах, при этом было отобрано 1697 проб, из них 861 проба характеризуется содержанием фтора от 0,18 до

0,20 мг/л; 597 - 0,21-0,40 мг/л. Таким образом, абсолютное большинство проб обладают малым содержанием фтора (табл. 12). Из 1697 проб с оптимальной концентрацией можно считать только 100.

Несмотря на низкое содержание фтора в водоисточниках <0,7 мг/л, в отдельных пробах обнаруживается фтор выше оптимального уровня (>1,5 мг/л). Так, например, в Ирбейском районе в двух водосборных скважинах содержание фтора колеблется от 9,0 до 15 мг/л; превышение составляет 13-14 раз по сравнению с оптимальным содержанием. В Балахтинском районе одна водосборная скважина содержит фтора 14 мг/л, при ПДК 1,5. В двух, соответственно, от 6 до 10 мг/л.

Общеизвестно, что поверхностные воды характеризуются более низким содержанием фтора (до 0,5 мг/л) за счет меньшего контакта с породами. Что касается подземных вод, то они больше обогащены фтором. Главной причиной является щелочная, гидрокарбонатная среда, которая способствует миграции его из

водовмещающих пород. По данным гидрогеологов, здесь воды характеризуются щелочной средой и высоким содержанием натрия, низким - кальция; в таких водах содержание фтора увеличивается с ростом их минерализации. Согласно литературным данным [31], причиной накопления фтора в подземных водах является наличие натриевого состава, обладающего высокой растворимостью NaF, достигая до 45 г/л, что касается CaF, то он трудно растворим, поэтому подземные воды с высокими концентрациями кальция содержат фтор в гораздо меньших количествах.

Таблица 12

Содержание фтора в водных источниках по группам районов Красноярского края

Коли- Содержание фтора, мг/л

Группа районов чество проб 0,18-0,20 0,21-0,40 0,41-0,60 0,61-1,50 1,50-3,00 3,10-4,00 >4,0

Восточная 782 353 315 60 46 6 1 4

Западная и центральная 804 450 257 36 49 11 1 0

Южная 111 58 25 19 8 1 0 0

Итого по краю, шт. % 1697 100,0 861 50,7 597 35,2 115 6,8 100 5,9 18 1,1 2 0,1 4 0,2

По имеющимся данным, содержание фтора в породах Балахтинского района, в зоне расположения водосборной скважины, превышает кларковое (0,0027%) в 2-5 раза, на расстоянии 15 км восточнее наблюдается выход пород (флюоритов) на дневную поверхность, где фиксируется флюоритовая минерализация. Проходя через толщу пород, воды, обогащенные фторсодержащими минералами, накапливают ион ОН-, что приводит к повышению рН. Вследствие чего разрушаются фторкомплексные соединения и высвобождается ион фтора.

Следует отметить, что до начала активной эксплуатации водоисточников (скважин) качество воды соответствовало ГОСТ 2874-82 по всем требованиям. Однако спустя пять лет после эксплуатации качество подземных вод ухудшилось, так как произошло подтягивание фтора в зону водозабора. Интересно отметить и то, что в этой водосборной скважине поселка Балахта наблюдается сезонная изменчивость элемента [31]. Например, с октября по март средние концентрации его низкие, за счет усиленного инфильтрационного питания, вызванного снеготаянием. С июня по август наблюдается рост средних концентраций. В период осенних дождей наблюдается снижение содержания фтора. Следовательно, для контроля за химическим составом подземных вод необходимо периодически проводить контрольные отборы проб. При этом следует учитывать сезонную динамику фтора в течение года.

Заключение. Установлено, что естественное содержание водорастворимого фтора по разным типам почв находится в пределах 0,8-1,5 мг/кг. В связи с этим фоновое содержание данного элемента в условиях Красноярского края следует считать 0,7-1,5 мг/кг.

Значительная масса элемента на землях с повышенным содержанием в основном накапливается в слое 0-20 см. Однако глубина проникновения его прослеживается до 1 м и более, особенно там, где содержание его в пахотном горизонте высокое, в частности на пойменных и орошаемых почвах. Поэтому местами не исключено загрязнение грунтовых вод.

Профильное распределение фтора зависит от генезиса почвы, прослеживается зависимость от ландшафта. На почвах легкого гранулометрического состава его накапливается меньше. Глубина залегания карбонатного горизонта определяет глубину скопления фтора. Эта закономерность сильнее выражена на незагрязненных почвах. Здесь содержание его в почвообразующих породах в несколько раз выше, чем в гумусовом горизонте.

В почвах, расположенных на незагрязненных территориях, профильное распределение не зависит от типа почвы.

Длительное систематическое внесение фосфорных удобрений на дерново-подзолистых почвах и выщелоченных черноземах не привело к заметному накоплению водорастворимого фтора.

Проведенный анализ водоисточников показал, то содержание фтора в целом низкое. Вместе с тем встречаются несколько водоисточников с высокой концентрацией (9-14 мг/л) фтора. Поэтому ежегодно необходимо проводить контрольные обследования водоисточников.

Знание содержания фтора в почве может служить своеобразным маркером его количества в экосистеме любого участка. Об этом же свидетельствуют и результаты вегетационных опытов [32, 33], а также уменьшение уровня содержания фтора в почвах по мере удаления от источников загрязнения, как и его концентрации в атмосфере. Отсюда следует, что по относительно статичному показателю по сравнению с атмосферой - количеству элемента в почве - можно в какой-то степени судить о загрязнении растений.

Литература

1. Ильин, С.Б. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области / С.Б. Ильин, А.И. Сысо. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - 226 с.

2. О состоянии окружающей природной среды Красноярского края в 2000 году (ежегодный доклад). -Красноярск, 2001. - 252 с.

3. Танделов, Ю.П. Определение фонового содержания фтора в почвах / Ю.П. Танделов // Загрязнение почвы и растений фтором и тяжелыми металлами. - Красноярск, 1996. - С. 5-16.

4. Крейдман, Ж.Е. Накопление фтора в почвах при многолетнем внесении суперфосфата / Ж.Е. Крейд-ман // Плодородие почв и эффективность удобрений. - Кишинев, 1992. - С. 55-63.

5. Влияние фтора на свойства почв в районах промышленных выбросов / Э.И. Гапонюк [и др.] // Загрязнение атмосферы и почв. - JI.: Гидрометеоиздат, 1981. - С. 57-61.

6. Изменение свойств дерново-подзолистой почвы и серозема под влиянием фтора / Э.И. Гапонюк [и др.] // Почвоведение. - 1982. - № 8. - С. 148-154.

7. Влияние фторидов натрия на трансформацию органо-минерального компонента почв / Э.И. Гапонюк [и др.] // Почвоведение. - 1988. - № 8. - С. 143-148.

8. Кремленкова, И.П. Изменение состава гумуса и ферментативной активности почв под влиянием фторида натрия / П.П. Кремленкова, Э.И. Гапонюк // Почвоведение. - 1984. - № 4. - С. 73-77.

9. Цаплина, Г.В. Эффективность извести и удобрений, как средства рекультивации при фторидном загрязнении дерново-подзолистой почвы / Г.В. Цаплина // Агрохимия. - 1994. - № 3. - С. 81-88.

10. Влияние уровней загрязнения почв фторидами на циклы азота в агросистемах Прибайкалья / А.В. По-мазкина [и др.] // Агрохимия. - 2000. - № 12. - С. 62-69.

11. ГОСТ 1704.1.02-83. О выполнении работ по определению загрязнения почв. - М.: Госкомприроды СССР, 02-23 33 от 10.12.90.

12. Методические указания по агрохимическому обследованию почв сельскохозяйственных угодий. - 2-е изд. - М., 1985.

13. Методические указания по проведению мониторинга на реперных участках. - 12-е изд., перараб. и доп. - М., 19968. - 14 с.

14. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды центральных систем питьевого водоснабжения // Санитарные правила и нормы (№4630-88). - М.: Информ. изд-во Госкомсанэпиднадзора России, 1984. - 111 с.

15. Отчеты комплексной экспедиции в г. Красноярске / Ин-т прикладной геофизики. - Красноярск, 1988.

16. Танделов, Ю.П. Фтор в биоценозах Красноярского края / Ю.П. Танделов // Химия в с.х. - 1997. - № 1. -С. 29-31.

17. Загрязнение почв и растительного покрова фтором в окрестностях г. Красноярска, Ачинска, Назарово / Ю.П. Танделов [и др.] // Загрязнение почв и растений тяжелыми металлами. - Красноярск. - 1991. -

С. 28-51.

18. Танделов, Ю.П. Фтор в системе почва-растение / Ю.П. Танделов. - М.: Изд-во МГУ, 1997. - 78 с.

19. Перельман, А.И. Геохимия / А.И. Перельман. - М.: Высш. шк., 1979. - 423 с.

20. Сараев, В.Г. Миграция фтора в почвах горно-таежной и лесостепных фаций / В.Г. Сараев // География и природные ресурсы. - 1991. - № 3. - С. 105-111.

21. Гладушко, В,И. Внесение фтора в почвы с удобрениями / В.И. Гладушко // Химизация сельского хозяйства. - 1992. - № 1. - С. 17-21.

22. Крошенкова, Н.П. Накопление и перераспределение техногенного фтора в почвах южной части нечерноземной зоны / Н.П. Крошенкова // Почвоведение. - 1993. - № 9. - С. 87-93.

23. Влияние длительного применения фосфорных удобрений на накопление в почвах и растениях металлов и токсичных элементов / Ю.А. Пототуева [и др.] // Агрохимия. - 1994. - № 11. - С. 98-114.

24. Фтор в почвах Северного Алтая / О.Ю. Пузанова [и др.] // Сиб. биол. журнал. - 1993. - Вып 2. - С. 58-63.

25. Барановский, А.З. Накопление фтора в биологических объектах при длительном применении фосфорных удобрений на торфяно-болотных почвах / А.З. Барановский, Л.И. Понкрутская // Агрохимия. -1992. - № 12. - С. 27-34.

26. Крейдман, Ж.К. Накопление фтора в почвах при многолетнем внесении суперфосфата / Ж.Е. Крейд-ман // Плодородие почв и эффективности удобрений. - Кишинев, 1992. - С. 55-63.

27. Длительное применение удобрений на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве / Ю.А. Пото-туева [и др.] // Химия в сельском хозяйстве. - 1996. - № 6. - С. 39-41.

28. Крайнов, С.Р. Геохимия подземных вод хозяйственно-питьевого назначения / С.Р. Крайнов, В.М. Швец.

- М.: Недра, 1987. - 237 с.

29. Янин, Е.П. Фтор в питьевых водах г. Соранска и его гигиеническое значение / Е.П. Янин. - М.: ИМТРЭ, 1996. - 58 с.

30. Труфанов, А.И. Пресные железо и фторсодержащие природные воды Вологодской области и экологические проблемы их использования / А.И. Труфанов // Гидрология, госокрилогия. - 1997. - № 2. -

С. 111-115.

31. Гидрологические особенности Балахтинского месторождения подземных вод: отч. - Красноярск: Крас-ноярскгидрогеология, 2000.

32. Танделов, Ю.П. Влияние уровней содержания фторидов в почве на урожайность и загрязнение сельскохозяйственных культур / Ю.П. Танделов, Д.А. Огиков // Почвы Сибири: особенности функционирования и использования: сб. ст. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ. - С. 141-147.

33. Танделов, Ю.П. Фтор в системе почва-растение / Ю.П. Танделов. - М.: Изд-во МГУ, 2004. - 106 с.

----------♦-------------