CC BY
12
УДК 631.4
1,2Р.Ф. Хасанова, 1,2Я.Т. Суюндуков, 1,2М.Б. Суюндукова, 1Ю.С. Рафикова, 1,2И.Н.Семенова
'Институт стратегических исследований Республики Башкортостан, Сибайский филиал, rezeda78@mail.ru
2Сибайский институт (филиал) Башкирского государственного университета
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ОБЪЕКТОВ ГОРНОРУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Агропочвы сельскохозяйственных угодий, прилегающих к месторождению «Юбилейное», характеризуются высокими концентрациями валовых форм Fe и подвижных форм 2п, Fe. В почвах пастбищных угодий концентрация металлов выше, чем в пахотных. Многолетние травы из состава пастбищных растений способны концентрировать в своих надземных органах тяжелые металлы, что представляют собой экологическую опасность в связи с передвижением их по пищевым цепям. В зерне и соломе зерновых культур, возделываемых в зоне влияния месторождения «Юбилейное», выявлено превышение норм по меди, железу кадмию, что свидетельствует о необходимости проведения мониторинговых исследований и мероприятий, направленных на контроль качества сельскохозяйственной продукции.
Многолетние травы пастбищных угодий ввиду их высокого восстановительного потенциала способствовали улучшению структурного состояния и повышению эрозионной устойчивости почв.
Ключевые слова: многолетние травы; зерновые культуры; почвы; тяжелые металлы; структурное состояние.
Введение
Башкирское Зауралье объединяет шесть сельских муниципальных районов, а также города Сибай, Баймак и Учалы, занимая площадь 40062 км2, что составляет около 28% территории Республики Башкортостан (РБ). С позиции экологии территория Зауралья РБ заслуживает особого внимания, так как этот регион является одним из ведущих производителей сельскохозяйственной продукции и, вместе с тем, в регионе развита горнорудная промышленность (Абакумов и др., 2016). Такое тесное соседство сельского хозяйства с промышленностью приводит к возникновению ряда экологических проблем, главной из которых является влияние горнорудных объектов на загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ).
Юг Зауралья РБ представлен Хайбуллинским административным районом, который представляет собой один из крупнейших в республике сельхозпроизводителей и, одновременно, район с развитой промышленностью, которые в совокупности определяют высокий техногенный прессинг на окружающую среду и, прежде всего, на почву. С одной стороны, это связано с достаточно высокой степенью распаханности территории и преобладанием в структуре севооборотов зерно-
вых культур, возделывание которых привело к снижению плодородия почв, развитию процессов дегумификации и эрозии. С другой стороны, крупные предприятия горнодобывающего и перерабатывающего комплексов, представленные многочисленными объектами ООО «Башкирская медь», ЗАО «Бурибаевский ГОК», ОАО «Башкирское шахтопроходческое управление», ведут разработку рудных месторождений и выступают в качестве основных источников загрязнения окружающей природной среды.
Формирование и накопление больших объемов отходов в виде отвалов вскрышных пород (более 1 млрд. т.), некондиционных руд и хвостов обогатительных фабрик являются постоянными источниками загрязнения окружающей среды, что приводит к деградации почвенного покрова, обеднению состава растительности и животного мира, негативно отражается на условиях проживания и жизнедеятельности населения (Тунакова и др., 2016). Ежегодно на территории Зауралья РБ образуется более 30 млн. т. отходов производства и потребления, что составляет около 90% от образованных отходов в целом по республике. В результате распространения разными путями ТМ большие площади сельскохозяйственных земель оказались в зоне загрязнения выбросами
54
российский журннл ииой экологии
промышленных предприятий. Для получения экологически безопасной продукции необходимо иметь достоверные данные о содержании ТМ в почвах, которые накапливаются в растениях, а затем по трофическим цепям поступают в организм животных и человека.
С целью агроэкологической оценки состояния агропочв в зоне влияния объектов горнорудных предприятий нами проводились исследования на территориях сельскохозяйственных экосистем, представленных пахотными и пастбищными угодьями, сопредельными с карьером и отвалами месторождения медноколчеданных руд «Юбилейное» ООО «Башкирская медь». Пастбища представляют собой бывшие пахотные земли, оставленные под залежь около 20 лет назад. Почвенный покров представлен агрочерноземами обыкновенными карбонатными малогумусными щебнистыми.
Задачами исследования являлось изучение содержания ТМ в почвах пастбищных и пахотных угодий, в надземной и подземной массе наиболее распространенных видов кормовых трав и зерновых культур, а также оценка влияния разных видов трав и сельскохозяйственных культур на структурное состояние почв.
Материалы и методы исследования
Для сравнительного исследования пробы почв отбирались под наиболее распространенными видами многолетних злаковых (ковыль Лессинга, овсянница ложноовечья, житняк гребневидный и кострец безостый) и бобовых (люцерна серповидная и донник желтый) трав, а также под
озимой рожью и яровой пшеницей. Растительные и почвенные пробы отбирались в 10 точках, из трех проб формировали усредненную пробу. Растительные образцы просушивали и измельчали. Отбор образцов почв из слоя 0-10 см методом «конверта», их транспортировка и хранение были проведены в соответствии с общепринятой методикой отбора проб для проведения почвенного мониторинга (ГОСТ 17.4.3.01-83). Валовое содержание ТМ и их подвижные формы, извлекаемые из почвы аммонийно-ацетатным буфером с рН 4,8, определяли методом атомной абсорбции. Для оценки степени загрязнения почв ТМ использовали значения предельно- и ориентировочно допустимых концентраций (ПДК и ОДК) (ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.7.2511-09), для растительных проб - МДУ для кормовых растений (Временные максимально....., 1991) и региональный
фон (РФ) (Опекунова и др., 2002). Уровень химического загрязнения почв оценивали по величине суммарного показателя загрязнения (г) (Сает и др., 1990).
Анализ структурно-агрегатного состава почвы проводили ситовым методом по Н.И. Саввинову, оценку структурного состояния почвы по шкале С.И. Долгова и П.У. Бахтина (Ганжара и др., 2005).
Результаты и их обсуждение
Результаты анализа почв на содержание ТМ приведены в таблице 1.
В исследуемых почвах сельскохозяйственных экосистем выявлены высокие концентрации валовых форм Fe. Кроме того, отмечено превышение
Таблица 1. Содержание ТМ в почвах, мг/кг
Угодье Си гп Бе № Мп Cd
Валовые формы, мг/кг
Пастбище 44.7±23.5 76.3±45.1 46800±9121.5 39.6±5.9 1296.7±432.1 1.8±0.6
Пашня 23.7±12.1 51.8±23.6 38775±774.2 23.8±4.7 705.8±123.5 3.3±2.4
ПДК, ОДК**, (Кларк) 55 100 (25000)* 85 1500 2.0
Подвижные формы, мг/кг
Пастбище 17.0±5.4 26.0±11.2 13487±781.2 9.1±4.7 110.4±57.4 0.07±0.02
Пашня 6.3±3.8 22.3±10.6 8777±357.4 8.5±2.4 102.3±35.4 0.60±0.12
ПДК (РГФ) 3.0 23.0 (3800)*** 4.0 140.0 (0.22)***
* Кларк для валового железа по Р.Р. Бруксу (1982)
** Для почв близких к нейтральным, нейтральным (суглинистым и глинистым), рН КС1>5.5 *** по М.Г. Опекуновой и др. (2002)
Таблица 2. Содержание ТМ в растениях, мг/кг
Си гп Бе № Мп Cd
Ковыль Лессинга
Надземная фитомасса 7.8 33.6 632.0 1.6 127.2 0.22
Корни 6.5 35.5 120.0 3.7 19.7 0.08
Житняк гребневидный
Надземная фитомасса 11.8 40.2 820.0 1.5 45.3 0.05
Корни 6.5 35.5 120.0 3.8 19.8 0.08
Овсянница ложноовечья
Надземная фитомасса 18.5 69.0 1857.5 5.5 203.5 0.25
Корни 8.0 57.7 1602.5 5.7 172.2 1.75
Кострец безостый
Надземная фитомасса 10.7 35.3 509.4 3.1 65.5 0.08
Корни 3.7 13.0 16.2 2.2 8.3 0.03
Люцерна серповидная
Надземная фитомасса 29.3 59.8 896.2 2.5 108.7 0.33
Корни 25.5 38.2 567.5 2.4 68.7 1.00
Донник желтый
Надземная фитомасса 31.0 51.2 2720.8 2.8 367.3 2.17
Корни 32.7 75.3 3527.5 2.8 444.7 2.75
МДУ (Временные ..., 1991) 30 50 - 3,0 40 0.3
Озимая рожь
Зерно 11.7 16.0 688.2 10.2 47.0 0.20
Солома 8.2 14.7 388.5 2.5 66.7 0.25
Корни 10.1 13.2 330.5 5.2 61.5 0.75
Яровая пшеница
Зерно 5.2 24.7 446.0 3.5 36.0 0.25
Солома 5.2 16.9 594.6 6.3 52.5 0.13
Корни 6.2 10.0 334.2 3.5 70.5 0.13
ПДК (СанПиН 42-123-4089-86) 10 - - - - 0.1
ОДК по содержанию валового кадмия в пахотных почвах. По остальным металлам показатели оставались в пределах нормативных значений. По подвижным формам выявлены высокие концентрации исследуемых металлов в почвах, за исключением марганца. Следует отметить, что в почвах пастбищных угодий концентрация ТМ, кроме кадмия, была выше, чем на пашне. По суммарному показателю загрязнения валовыми формами металлов изученные почвы соответствуют категории «допустимая» (2=1.7-2.9), подвижными формами - «умеренно опасная» (2с =17.1-22.1).
Нами было также изучено накопление ТМ в корнях и надземной части некоторых видов пастбищных трав и зерновых культур (табл. 2).
В фитомассе донника установлены превыше-
ния МДУ кадмия (в 9 раз). В надземной массе овсяницы, донника, люцерны выявлено некоторое превышение МДУ по меди. Допустимые уровни железа для трав не установлены, критической является концентрация 750 мг/кг сухого вещества (Ильин, Сысо, 2001). Содержание Бе в фитомассе донника, овсяницы и люцерны оказалось выше указанной критической нормы. Накопление марганца в надземной массе растений хотя и было выше МДУ, есть основания считать, что оно обусловлено природными биогеохимическими особенностями территории.
В зерновых культурах наблюдается 2-кратное превышение ПДК по кадмию.
Несмотря на некоторую загрязненность почвы ТМ, многолетние травы выполняют роль
56
российский журнал прииной экологии
Таблица 3. Структурно-агрегатный состав почв под травами
Виды трав Агрономически ценные агрегаты (10-0.25 мм), % Водопрочные агрегаты (> 0.25 мм), % Оценка структурного состояния почвы
Ковыль Лессинга 75.4 71.5 Хор./отл.
Пырей ползучий 62.3 72.10 Хор./отл.
Житняк гребневидный 70.1 63.4 Хор./хор.
Овсяница ложноовечья 72.1 61.2 Хор./хор.
Кострец безостый 60.3 78.1 Хор./отл.
Люцерна синегибридная 69.5 71.4 Хор./отл.
Донник желтый 75.4 79.4 Хор./отл.
Озимая рожь 54.7 61.2 Удовл./хор.
Яровая пшеница 30.2 35.4 Неудов./неудов.
фитомелиорантов, формируя значительное количество подстилки и корневой массы, которые способствуют обогащению почвы органическим веществом (Хасанова и др., 2010). Отмечено, что у многолетних злаков доля подстилки в воздушно-сухой фитомассе составляет 33-58%, у люцерны - 53%, у донника - 13%. Наибольшее количество корневой фитомассы выявлено под злаковыми травами, под бобовыми - в два раза меньше. У многолетних трав, в особенности у злаков, наибольшее накопление корневой массы отмечено в верхнем 5-см слое почвы.
Накопление органического вещества находит отражение в структурном состоянии почв (табл. 3).
Содержание агрономически ценных агрегатов (10-0.25 мм) в слое 0-30 см колеблется под многолетними травами в пределах 60.3-75.4%, значительно превышая таковое под зерновыми культурами - 30.2-54.7%. Аналогичная закономерность отмечена и в отношении водопрочности агрегатов.
Под многолетними травами структурное состояние оценивается по шкале С.И. Долгова и П.У.Бахтина как «хорошее», водопрочность агрегатов - от «хорошей» до «отличной». Структурное состояние пахотных почв заметно ниже: под озимой рожью оно оценивается соответственно на «удовлетворительно» и «хорошо», а под яровой пшеницей -«неудовлетворительно».
Повышенное накопление подземной фитомас-сы и характер ее распределения, создающие мощный каркас из густо переплетенной корневой системы в верхнем слое, значительное улучшение структурного состояния под травами, в особенности под многолетними злаками, способствуют обеспечению противоэрозионной защиты почв.
Заключение
Анализ экологического состояния почвенного покрова сельскохозяйственных угодий, прилегающих к месторождению «Юбилейное» на территории Хайбуллинского района РБ, показал, что в исследуемых почвах выявлены высокие концентрации валовых форм Бе, и подвижных форм Си, гп, Бе. В почвах пастбищных угодий концентрация металлов выше, чем в пахотных. Многие виды трав, произрастающих на техногенно загрязненных территориях, адаптировались к повышенному содержанию ТМ в почве. Прежде всего это донник желтый, люцерна серповидная, овсяница ложноовечья, что позволяет рекомендовать их для использования в целях фиторемедиации и рекультивации техногенных почв. В то же время значительное количество видов пастбищных растений способны концентрировать в своих надземных органах ТМ, что представляют собой экологическую опасность в связи с передвижением их по пищевым цепям. В различных органах, в том числе в зерне и соломе зерновых культур, возделываемых в зоне влияния месторождения «Юбилейное», выявлено превышение нормативных значений по меди, железу, никелю и кадмию, что свидетельствует о необходимости проведения здесь мониторинговых исследований и мероприятий, направленных на контроль качества сельскохозяйственной продукции.
Пахотные почвы под зерновыми культурами характеризуются неблагоприятным структурно-агрегатным составом. Почвы пастбищ ввиду высокой биологической продуктивности трав, характеризуются высокими показателями структурного состояния, что благоприятно сказывается на ее эрозионной устойчивости и свидетельствует о
высоком восстановительном потенциале многолетних трав.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Республики Башкортостан в рамках научного проекта №18-413-020004 р_а.
Список литературы
1. Абакумов Е.В., Суюндуков Я.Т., Пигарева Т.А., Семенова И.Н., Хасанова Р.Ф., Биктимерова Г.Я., Рафикова Ю.С., Ильбулова Г.Р. Биологическая и санитарная оценка отвалов Сибайского карьера Республики Башкортостан // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95, №10. С. 929-934.
2. Брукс Р.Р. Загрязнение микроэлементами // Химия окружающей среды. М.: Химия, 1982.
3. Временные максимально допустимые уровни (МДУ) некоторых химических элементов в кормах сельскохозяйственных животных. Утв. Главным управлением ветеринарии Министерства сельского хозяйства РФ, 1991.
4. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению. М.: Агроконсалт, 2002. 280 с.
5. ГОСТ 17.4.3.01-83. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб.
6. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве.
7. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
8. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 229 с.
9. Опекунова М.Г., Алексеева-Попова Н.В., Арестова И.Ю., Грибалев О.В., Краснов Д.А., Бобров Д.Г., Осипенко О.А., Соловьева Н.И. Тяжелые металлы в почвах и растениях Южного Урала. II. Экологическое состояние антропогенно нарушенных территорий // Вестник Санкт-Петербургского ун-та. 2002. Сер. 7. Геология, география. Вып. 1. №7. С. 63-71.
10. СанПиН 42-123-4089-86. Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах.
11. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия
окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с.
13. Тунакова Ю.А., Новикова С.В., Файзуллин Р.И., Ва-лиев В.С. Зависимости содержания микроэлементов во внутренних средах организма человека от содержания в объектах окружающей среды // Российский журнал прикладной экологии. 2016. №4. С. 29-34.
14. Хасанова Р.Ф., Суюндуков Я.Т., Суюндукова М.Б. Сравнительная оценка фитомелиоративной эффективности многолетних трав на черноземах Зауралья Республики Башкортостан // Почвоведение. 2010. №1. С.116-122.
R.F. Khasanova, Ya.T. Suyundukov, M.B. Suyun-dukov, Yu.S. Rafikova, I.N. Semenova. Assesment of the ecological condition of the ordinary chernozem in the area of the mining industry influence.
The agricultural soils of agricultural land adjacent to the Yubileinoye deposit are characterized by high concentrations of gross forms of Fe and mobile forms of Cu, Zn and Fe. The concentration of metals in grazing lands is higher than in arable lands. Perennial grasses from the composition of pasture plants are capable of concentrating heavy metals in their above-ground organs, which constitute an environmental hazard due to their movement along food chains. In grain and straw of grain crops cultivated in the area of influence of the "Yubileinoye" deposit, some excess of the norms for copper, iron, nickel and cadmium was revealed, which indicates the need for monitoring studies and measures aimed at quality control of agricultural products. The perennial grasses of grazing lands, due to their high restoration potential, contributed to the improvement of the structural state and increased erosion resistance of the soil.
Keywords: perennial grasses; cereal crops; soils; heavy metals; structural state.
Информация об авторах
Хасанова Резеда Фиргатовна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Институт стратегических исследований Республики Башкортостан, Сибайский филиал, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Кутузова 1; доцент, Сибайский институт (филиал) Башкирского государственного университета, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Белова, 21. E-mail: rezeda78@mail.ru.
Суюндуков Ялиль Тухватович, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт стратегических исследований Республики Башкортостан, Сибайский филиал, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Кутузова, 1; зам. директора по науке, Сибайский институт (филиал) Башкирского государственного университета, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Белова, 21, E-mail: yalil_s@mail.ru.
Суюндукова Мунира Басимона, доктор биологических наук, старший научный сотрудник, Институт стратегических исследований Республики Башкортостан, Сибайский филиал, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Кутузова, 1; профессор, Сибайский институт (филиал) Башкирского государственного университета, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Белова, 21, E-mail: yalil_s@mail. ru..
Рафикова Юлия Самигулловна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт стратегических исследований Республики Башкортостан, Сибайский филиал, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Кутузова, 1, E-mail: shagit67@mail.ru.
Семенова Ирина Николаевна, доктор биологических наук, старший научный сотрудник, Институт стратегических исследований Республики Башкортостан, Сибайский филиал, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Кутузова, 1; профессор, Сибайский институт (филиал) Башкирского государственного университета, Россия, 453837, г. Сибай, ул. Белова, 21, E-mail: alexa-94@ mail.ru.
58
российский журннл ориклний экологии
Information about the authors
Rezeda F. Khasanova, D.Sci. in Biology, Leading Researcher, Institute for Strategic Studies of the Republic of Bashkortostan, Sibay branch, 1, Kutuzov st., Sibay, Russia, 453837; Associate Professor, Sibay Institute (branch), Bashkir State University, 21, Belova st., Sibay, Russia, 453837, E-mail: rezeda78@mail.ru.
Yalil T. Suyundukov, D.Sci. in Biology, Professor, Chief Researcher, Institute of Strategic Studies of the Republic of Bashkortostan, Sibay branch, 1, Kutuzov st., Sibay, Russia, 453837; Deputy Director, Science Sibay Institute (branch), Bashkir State University, 21, Belova st., Sibay, Russia, 453837, E-mail: yalil_s@mail.ru
Munira B. Suyundukova, D.Sci. in Biology, Senior Researcher, Institute for Strategic Studies of the Republic of Bashkortostan, Sibay branch, 1, Kutuzov st., Sibay, Russia, 453837; Professor, Sibay Institute (branch), Bashkir State University, 21, Belova st., Sibay, Russia, 453837, E-mail: yalil_s@mail.ru.
Yuliya S. Rafikova, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Institute of Strategic Studies of the Republic of Bashkortostan, Sibay Branch, 1, Kutuzov st., Sibay, Russia, 453837, E-mail: shagit67@mail.ru.
Irina N. Semenova, D.Sci. in Biology, Senior Researcher, Institute for Strategic Studies of the Republic of Bashkortostan, Sibay branch, 1, Kutuzov st., Sibay, Russia, 453837; Professor, Sibay Institute (branch), Bashkir State University, 21, Belova st., Sibay, Russia, 453837, E-mail: alexa-94@mail.ru.
