CC BY
3
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК /UDC 631.51:664.15
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПАХОТНЫХ ПОЧВ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ МЕЛАССЫ
ASSESSMENT OF THE STATE OF ARABLE SOILS AS A RESULT OF THE USE OF COMPLEX FERTILIZERS BASED ON MOLASSES
Верховец И.А.1*, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Verkhovets I.A., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
Тучкова Л.Е.2, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Tuchkova L.E., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor Чувашева E.C.2, кандидат биологических наук, доцент Chuvasheva E.S., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor
Кондыкова H.H.2, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Kondykova N.N., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor Тихойкина И.M.3, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Tikhoykina I.M., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
Жданова H.В.2, - магистрант 2 курс Zhdanova N.V. - 2nd year master's student 1ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia 2ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State University named after I.S. Turgenev", Orel, Russia 3Среднерусский институт управления - филиал РАНХиГС, Орел, Россия Central Russian Institute of Management - branch of RANEPA Orel, Russia
*E-mail: lutuchka@ya.ru
Хозяйственная деятельность оказывает существенное негативное воздействие на состояние почвенного покрова. При этом воздействие может оказываться как непосредственно, так и опосредованно, т.е. косвенным путем. Наиболее существенные факторы, оказывающие негативное воздействие, проявляются на стадии воздействия, и усугубляются в процессе использования и снижения уровня плодородия почв. Вследствие ненадлежащего использования, загрязнения, захламления пахотных угодий на территории Российской Федерации, отмечается усиление деградационных процессов почв [2]. Развитию данного процесса способствовало сокращение комплекса работ по охране почв и земельных ресурсов, нерациональное ведение земледелия, уничтожение почвенно-растительного покрова в результате промышленного, ирригационного строительства, сброс сточных вод и т.д. Цель исследований: оценить состояние пашни после внесения комплексных удобрений на основе мелассы. На земельные участки площадью 103,5 га и 53 га внесли 1200 тонн комплексного удобрения на основе продукта переработки мелассы. Для оценки степени загрязнения почв тяжелыми металлами было отобрано 5 образцов почв; для агрохимического анализа с четырех участков - 18 проб почв из которых 4 контрольных. Анализ содержания подвижных форм тяжелых металлов во всех изучаемых образцах не показал превышения предельно допустимых концентраций. Коэффициент концентрации, рассчитанный по отношению к фоновому содержанию, показал превышение подвижных форм кобальта по сравнению с контрольной пробой в 20-44 раза, мышьяка в 188-197 раз, свинца в 50-156,67 раз, цинка в 60-780 раз. По содержанию основных элементов питания, в ближайшие 7,9 - 9,5 лет почва, изучаемых участков, перейдет в разряд деградированных. Для снижения негативного воздействия деградационных процессов в почве
необходимо разрабатывать и реализовывать систему мероприятий, с учетом особенностей природных комплексов.
Ключевые слова: антропогенное воздействие на агроландшафты, физическая деградация почв, химическая деградация почв, степень загрязнения, суммарный показатель загрязнения.
Economic activity has a significant negative impact on the condition of the soil cover. At the same time, the impact can be exerted both directly and indirectly. The most significant factors that have a negative impact are manifested at the stage of exposure, and are aggravated in the process of using and reducing the level of soil fertility. Because of improper use, pollution, littering of arable lands on the territory of the Russian Federation, there is an increase in soil degradation processes [2]. The development of this process was facilitated by the reduction of the complex of works on the protection of soils and land resources, irrational farming, destruction of soil and vegetation cover as a result of industrial, irrigation construction, sewage discharge, etc. The purpose of the research is to assess the condition of arable land after the application of complex fertilizers based on molasses. 1200 tons of complex fertilizer based on molasses processing product were added to land plots with an area of 103.5 hectares and 53 hectares. To assess the degree of soil contamination with heavy metals, 5 soil samples were selected; for agrochemical analysis from four sites - 18 soil samples, of which 4 are control samples. The analysis of the content of mobile forms of heavy metals in all the studied samples did not show exceeding the maximum permissible concentrations. The concentration coefficient calculated in relation to the background content showed an excess of the mobile forms of cobalt in comparison with the control sample by 20-44 times, arsenic by 188-197 times, lead by 50-156.67 times, zinc by 60-780 times. According to the content of the main elements of nutrition, in the next 7.9 - 9.5 years, the soil of the studied areas will become degraded. To reduce the negative impact of degradation processes in the soil, it is necessary to develop and implement a system of measures, taking into account the characteristics of natural complexes.
Keywords: anthropogenic impact on agricultural landscapes, physical degradation of soils, chemical degradation of soils, degree of pollution, total pollution index.
Введение. Внесение в пашню удобрений, мелиорантов не соответствующим требованиям нормативных документов приводит к негативным последствиям: снижению в почвенном покрове элементов питания и, соответственно, уровня плодородия почв, развитию деградации пахотных угодий и, как следствие, сокращению урожайности сельскохозяйственных культур.
Цель исследования: Цель исследований: оценить состояние пашни после внесения комплексных удобрений на основе мелассы.
Условия, материалы и методы. Исследования проводились по данным Орловского филиала ФГБУ «Центральная научно-методическая ветеринарная лаборатория».
Был проведен анализ образцов почв, нарушенных в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы. На земельные участки площадью 103,5 га и 53 га внесли 1200 тонн комплексного удобрения на основе продукта переработки мелассы.
Для оценки степени загрязнения почв тяжелыми металлами было отобрано 5 образцов почв; для агрохимического анализа с четырех участков - 18 проб почв из которых 4 контрольных.
Агрохимическое обследование почвенного покрова проводилось согласно «Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения» (ФГНУ «Росинформагротех», 2003) [3].
S ГОСТ 26210-91 «Почвы. Определение обменного калия по методу Масловой».
S ГОСТ 26213-91 «Почвы. Методы определения органического вещества».
S ГОСТ Р 54650-2011 «Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО».
^ ГОСТ 26483-85 «Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО».
^ М-МВИ-80-2008 «Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложений методами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии».
^ Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель / А. С. Яковлев, В. Н. Шептухов, Ю. М. Матвеев, Т. В. Решетина, Е. В. Каплунова, А. Д. Фокин, Н. П. Сорокина, В. С. Горбатов, С. И. Решетников, О. А. Макаров // Сборник нормативных актов «Охрана почв». - М.: РЭФИА, 1996.
^ Методические указания по определению тяжёлых металлов в почвах сельхозугодий от 10.03.1992; М.1982 ЦИНАО 157с.
Определение степени загрязнения тяжёлыми металлами проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.06-86; ГОСТ 17.4.3.03-85; ГОСТ
17.4.1.02-83; ГОСТ 17.4.3.01-83; ГОСТ 17.4.4.02-84; ГОСТ 28168-89; ГОСТ
17.4.1.03-84; ГОСТ 17.4.2.01-81.
Результаты и обсуждение.
Одна из глобальных экологических проблем - загрязнение почв в том числе и пахотных угодий тяжелыми металлами, так как они накапливаются в растительности и животных организмах, не подвергаются деструкции и способны активно включатся в биологический круговорот. В результате сельскохозяйственного использования в пахотных угодьях накапливаются тяжелые металлы, которые даже в незначительных количествах приводят к нарушению функций живых организмов. Тяжелые металлы и другие загрязняющие вещества попадают в почвенный покров и аккумулируются в нем из водной, воздушной сред обитания и органических остатков.
Анализ содержания подвижных форм тяжелых металлов во всех изучаемых образцах не показал превышения предельно допустимых концентраций. По уровню подвижных форм кобальта самая высокая концентрация фиксировалась в образцах №1 и № 2-1,24 и 1,32 мг/кг соответственно (рисунки 1, 2)
2,5 -
1 2 3 4 5
□ Кобальт ПМедь □ Мышьяк ■ Никель □Свинец И Цинк
Рисунок 1 - Содержание тяжелых металлов в пахотных угодьях в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы, мг/кг Из всех изученных элементов было установлено самое высокое содержание марганца в почве по сравнению с другими элементами. Содержание свинца, цинка, меди оказалось не значительно, и только концентрация мышьяка
в пробах №№ 2, 4 составила 1,97 и 1,88 мг/кг. В пробах №№ 1-4 содержание марганца было в пределах 70,65-114,91 мг/кг, превышение фонового значения на 9,7 - 15,7 раз.
100 50 0
Марганец
■ Проба 1 -Проба 2 -Проба 3 ■ Проба 4 -Проба 5
Рисунок 2 - Содержание марганца в пахотных угодьях в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы, мг/кг Особенность организации сельскохозяйственного производства на загрязненных почвах заключается в получении актуальной, полной и достоверной информации об уровне накопления в почве загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов.
Степень загрязнения почв тяжелыми металлами определяется соотношением фактического содержания загрязнителя в почве и величиной допустимой концентрации или фонового содержания; степенью опасности химических веществ и наличием полиэлементных аномалий в почвенной среде
[5].
Рассчитанный коэффициент концентрации тяжелых металлов в почвенном покрове показал превышение подвижных форм кобальта по сравнению с контрольной пробой в 20-44 раза, мышьяка в 188-197 раз, свинца в 50-156,67 раз, цинка в 60-780 раз. Количество марганца в нарушенных почвах превышало фоновое значение в 9,66-15,72 раза, а меди в 2-3,75 раз. (таблица 1).
аблица 1 - Оценка уровня концентрации и степени загрязнённости почв
№ п/п Наименование Коэффициент Проба Фон
показателя концентрации 1 2 3 4
1 Кобальт Кконтроль 41,33 44,00 20,00 33,33 0,03
2 Марганец Кконтроль 9,94 15,72 9,66 14,52 7,31
3 Медь Кконтроль 2,00 3,75 3,75 2,38 0,08
4 Мышьяк Кконтроль 1,00 197,00 1,00 188,00 <0,01
5 Никель Кконтроль 1,00 1,15 1,33 1,01 0,99
6 Свинец Кконтроль 120,00 50,00 1,00 156,67 < 0,006
7 Цинк Кконтроль 320,00 340,00 780,00 60,00 <0,001
го контроль 495,27 651,62 816,74 455,91
Суммарный показатель загрязнения почвы тяжелым металлами в пробах показывает чрезвычайно высокую степень загрязнения по сравнению с контрольным вариантом и находится в пределах 455,91-816,74 ед.
Таким образом, установлены высокие уровни превышения и значительные коэффициенты аномальности и коэффициент суммарного их накопления тяжелых металлов в почве, в сравнении с контролем, что указывает на возникновение токсичного уровня их концентрации и губительного действия на организмы: канцерогенного, мутагенного, ингибирующего и как результат -ухудшение состояния и снижение плодородия почвы [1].
Данные, полученные по итогам агрохимического анализа проб почв чернозёма оподзолённого, являются доказательством изменения в составе и свойствах изучаемого объекта исследования (рисунки 3-6).
Отмечено подщелачивание почвенного покрова в результате внесения комплексного удобрения на основе мелассы. В контрольных вариантах
величина рН (солевая вытяжка) была в пределах от 4,74 до 7,8 ед. и только в 5 и 6 вариантах реакция среды была среднекислая и близко к нейтральной, в остальных вариантах - нейтральная и слабощелочная.
1 2 3 4 5 к 6 7 8 к 9 10 11 к 12 13 14 15 16 17 18 к
Рисунок 3 - Величина рН, ед.
Изменение реакции почвенной среды в сторону подщелачивания оказывает влияние на состояние гумусовых веществ почвы и процесс накопления питательных элементов.
Анализ почвенного покрова по содержанию гумуса показал снижение концентрации на 0,24-0,96% с 6,07% в контрольной пробе почвы до 5,11% в нарушенных почвах. Потери гумуса колебались в пределах 3,95-15,8% от содержания органического вещества в ненарушенных почвах. Выявлено резкое снижение органического вещества (гумуса) во всех анализируемых пробах почвы по сравнению с контрольными образцами на ненарушенных землях на 78,7% и 93,52% с колебаниями снижения от 53,5% до 91,9% от среднего содержания органического вещества в контрольной пробе, что составляет 6,41-1,23%.
Рисунок 4 - Содержание гумуса в пахотных угодьях в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы, %
Внесение комплексного удобрения на основе мелассы спровоцировало снижение содержания подвижных форм фосфора. Так на нарушенных участках подвижных форм фосфора достигало 31,9-64,3% от количества подвижного фосфора в ненарушенных почвах.
150
100
50
0
1 2 3 4 5 к 6 7 8 к 9 10 11 к 12 13 14 15 16 17 18 к
Рисунок 5 - Содержание подвижных форм фосфора, мг/кг
В загрязненной почве отмечается резкое увеличение содержания обменного калия, величина которого возросла в 6,5-10,5 раз или на 2895 мг/кг почвы. Самые высокие значения калия были в 10 пробах из 18 изучаемых, при этом в образцах №№1, 2, 3, 4, 8, 10, 11, 13, 17, 18 содержание калия было в пределах 981 - 9828 мг/кг почвы.
9828
8892
5 к
8 к
10 11 к 12 13 14 15 16 17 18 к
Рисунок 6 - Содержание обменного калия в пахотных угодьях в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы, мг/кг
Считаем, что резкое возрастание обменного калия могло обусловить изменение реакции среды почвы в сторону снижения её кислотности и увеличение щелочности.
Снижение уровня почвенного плодородия является показателем деградации почв. Развитие деградационных процессов земель может быть вызвано также и химическим загрязнением. Изменение химического состава почв под влиянием деятельности человека приводит к ухудшению качества земель и уровня плодородия почв [4].
Результаты расчета степени химической деградации почвенного покрова в результате внесения комплексного удобрения на основе мелассы показывают, что по содержанию подвижных форм калия только на участке № 2 почва очень сильно деградирована, на остальных участках — недеградирована; по содержанию подвижных форм фосфора на участках №3 №4 - сильно деградированная и очень сильно деградированная почва (таблица 2).
Оценка степени деградации почв по содержанию гумуса показала, что средне и сильно деградированная почва - на участках №1,3 и №№2,4 соответственно, по величине рН на всех изучаемых участках почва не деградированные.
Таблица 2 - Оценка степени химической деградации почв
№ участка Тип участка* Глубина взятия образца, см рН, ед. Среднее/Кратность снижения Степень деградации**
фосфор, мг/кг почвы калий, мг/кг почвы гумус, %
1 ННУ 0-20 4,74/- 138,9/- 305/- 6,07/-
АНУ 0-20 7/0,63 нд 92,9/1,5 СлД 2143/0,15 нд 2,93/2,0 СрД
2 ННУ 0-20 6,75/- 91,9/- 2310/- 6,43/-
АНУ 0-20 6/1,13 нд 87,7/1,05 нд 191,5/12,06 ОСилД 2,4/2,7 СилД
3 ННУ 0-20 6,66/- 114,4/- 981/- 6,79/-
АНУ 0-20 7,9/0,84 нд 39,7/2,9 СилД 1605/0,6 нд 3,8/1,8 СрД
4 ННУ 0-20 7,8/- 115,1/- 3120/- 6,33/-
АНУ 0-20 7,5/1,04 нд 18,2/6,32 ОСилД 3244/0,96 нд 2,8/2,3 СилД
Примечание. * ННУ - ненарушенный участок, АНУ - антропогенно нарушенный участок, ** НД -недеградированная, СлД - слабодеградированная, СрД - среднедеградированная, СилД -сильнодеградированная, ОСилД - очень сильно деградированная.
Скорость развития деградационных процессов характеризует величина — период деградации, являющаяся обратной скорости деградации (таблица 3). [6]
Таблица 3 - Результаты расчёта периода химической деградации почв
Показатель Номер участка
1 2 3 4
Гумус 29,7 37,9 211,3 38,96
Подвижный фосфор 124,1 0175,1 312,2 49,5
Обменный калий 0 -0.13 48,7 0-1,25 0-20,13
Свинец 0-910 0-2210 0 0-695
Цинк 03448 03244 01412 018643
Мышьяк 0 025,5 0 026,7
Медь 08249 02999 02999 05999
Никель 0 02657 01207 03986
Кобальт 020,63 019,35 040,8 025,7
Марганец 053,4 032,5 055,1 035,3
Данные, приведенные в таблице 3, свидетельствуют, что в данный момент времени почвы на анализируемых участках по всем изучаемым тяжелым металлам не деградированные, и только по содержанию питательных элементов и гумуса отмечается развитие деградационных процессов. Также можно отметить по содержанию основных элементов питания, что если не принимать никаких мер, то в ближайшие 7,9 - 9,5 лет почва изучаемых участков перейдет в разряд деградированных.
Выводы. Анализ содержания подвижных форм тяжелых металлов во всех изучаемых образцах не показал превышения предельно допустимых концентраций. Коэффициент концентрации тяжелых металлов в почвенном покрове, загрязненном комплексным удобрением на основе мелассы, показал превышение подвижных форм кобальта по сравнению с контрольной
пробой в 20-44 раза, мышьяка в 188-197 раз, свинца в 50-156,67 раз, цинка в 60-780 раз.
Суммарный показатель загрязнения почвы тяжелыми металлами выявил чрезвычайно высокую степень загрязнения в пределах 455,91-816,74 ед. Отмечено возрастание величины pH от средней реакции среды в контрольной почве до слабощелочной во всех пробах нарушенных земель; снижение в содержании гумуса во всех анализируемых пробах почвы на 0,24-0,96%, потери гумуса колебались в пределах 3,95-15,8% от исходного содержания органического вещества в ненарушенных почвах. Установлено резкое снижение фосфатного режима во всех анализируемых почвенных пробах, и резкое возрастание количества обменного калия, содержание которого возросло в 6,510,5 раз или на 2895 мг/кг почвы. Данные оценки степени химической деградации почвенного покрова показывают, что по содержанию подвижных форм калия только на участке № 2 - очень сильно деградированная почва, по содержанию подвижных форм фосфора на участках №3 и №4 - сильно деградированная и очень сильно деградированная почва, по степени гумусированости почвенного покрова - средне и сильно деградированная почва на участках №№1,3 и №№2,4 соответственно; по реакции почвенной среды на всех изучаемых участках почвы недеградированные.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Горшкова A.C., Елизаров H.A. Агроэкологическая оценка действия спиртовой барды на состав, свойства и устойчивость серых лесных почв к прямым, нецеленаправленным антропогенным воздействиям. Научный журнал молодых ученых. 2021. № 1 (22). С. 22-28.
2. Гогмачадзе Г.Д. Деградация почв: причины, следствия, пути снижения и ликвидации. М.: Издательство МГУ им. М.В. Ломоносова. - 2011. - 272 с.
3. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. Под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова -М., ФГНУ «Росинформагротех», 2003, 240 с.
4. Степанова Л.П., Циканавичуте В.Э., Халимон С.Ю. Экологическая оценка интенсивности накопления тяжёлых металлов в агроэкосистемах на техногенно-загрязнённых почвах. Вестник аграрной науки. 2018. № 4 (73). С. 53-59.
5. Тучкова Л.Е., Верховец И.А., Тихойкина И.М., Федотова И.Э. Влияние дефеката на состояние почвенного покрова и оценка экономического ущерба некоторых хозяйств Орловской области. Вестник ОрелГИЭТ. 2018. № 4 (46). С. 12-16.
6. Чекаев Н.П., Блинохватова Ю.В., Кузнецов А.Ю., Власова Т.А., Корягина Н.В. Оценка степени деградации почв на земельных участках сельскохозяйственного назначения в результате антропогенного воздействия. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2018. № 4 (24). С. 51-61.
REFERENCES
1. Gorshkova A.S., Yelizarov N.A. Agroekologicheskaya otsenka deystviya spirtovoy bardy na sostav, svoystva i ustoychivost serykh lesnykh pochv k pryamym, netselenapravlennym antropogennym vozdeystviyam. Nauchnyy zhurnal molodykh uchenykh. 2021. № 1 (22). S. 22-28.
2. Gogmachadze G.D. Degradatsiya pochv: prichiny, sledstviya, puti snizheniya i likvidatsii. M.: Izdatelstvo MGU im. M.V. Lomonosova. - 2011. - 272 s.
3. Metodicheskie ukazaniya po provedeniyu kompleksnogo monitoringa plodorodiya pochv zemel selskokhozyaystvennogo naznacheniya. Pod red. L.M. Derzhavina, D.S. Bulgakova - M., FGNU «Rosinformagrotekh», 2003, 240 s.
4. Stepanova L.P., Tsikanavichute V.E., Khalimon S.Yu. Ekologicheskaya otsenka intensivnosti nakopleniya tyazhelykh metallov v agroekosistemakh na tekhnogenno-zagryaznennykh pochvakh. Vestnik agrarnoy nauki. 2018. № 4 (73). S. 53-59.
5. Tuchkova L.Ye., Verkhovets I.A., Tikhoykina I.M., Fedotova I.E. Vliyanie defekata na sostoyanie pochvennogo pokrova i otsenka ekonomicheskogo ushcherba nekotorykh khozyaystv Orlovskoy oblasti. Vestnik OrelGIET. 2018. № 4 (46). S. 12-16.
6. Chekaev N.P., Blinokhvatova Yu.V., Kuznetsov A.Yu., Vlasova T.A., Koryagina N.V. Otsenka stepeni degradatsii pochv na zemelnykh uchastkakh selskokhozyaystvennogo naznacheniya v rezultate antropogennogo vozdeystviya. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Yestestvennye nauki. 2018. № 4 (24). S. 51-61..
