CC BY
98
УДК 911.5:631.41 (470.621) ББК 26.821 (2Рос.Ады) О 95
Очерет Н.П.
Кандидат химических наук, доцент кафедры химии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-39-40, e-mail: [email protected] Туова Т.Г.
Кандидат педагогичских наук, доцент кафедры географии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-39-36, e-mail: [email protected] Тугуз Ф.В.
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-39-36, e-mail:[email protected]
Современные проблемы антропогенной деградации почв сельскохозяйственного назначения Республики Адыгея
(Рецензирована)
Аннотация. Рассматриваются современные проблемы антропогенной деградации почв сельскохозяйственного назначения Республики Адыгея. Представлен анализ основных показателей плодородия почв: содержание гумуса, подвижных форм фосфора, обменного калия и степень кислотности. Результаты физико-химических исследований почв: наличие тяжелых металлов, ионов главного солевого состава, а также биоиндикация почв.
Ключевые слова: антропогенные факторы, деградация почв, показатели плодородия, минеральный состав, кислотность почв, экосистема, мониторинг, окружающая среда, тяжелые металлы, ионы главного солевого состава.
Ocheret N.P.
Candidate of Chemistry, Associate Professor of Chemistry Department of Natural Science Faculty, Ady-ghe State University, Maikop, ph. (8772) 59-39-40, e-mail: [email protected] Tuova T.G.
Candidate of Pedagogy, Associate Professor of Geography Department of Natural Science Faculty, Ady-ghe State University, Maikop, ph. (8772) 59-39-36, e-mail: [email protected] Tuguz F.V.
Candidate of Geography, Associate Professor of Geography Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 59-39-36, e-mail: [email protected]
Contemporary issues of anthropogenic degradation of agricultural soils in the Adyghea Republic
Abstract. The paper discusses the contemporary issues of anthropogenic degradation of agricultural soils in the Adyghea Republic. An analysis of the main indicators of soil fertility is presented: the humus content, mobile forms of phosphorus, exchange potassium and acidity degree. Results of physical and chemical researches of soils are provided, namely: availability of heavy metals, ions of the main salt structure, as well as bioindication of soils.
Keywords: anthropogenic factors, soil degradation, fertility indicators, mineral structure, acidity of soils, ecosystem, monitoring, environment, heavy metals, ions of the main salt structure.
Введение
Республика Адыгея (РА) - один из уникальных и наиболее благополучных в экологическом отношении уголков России. Однако негативные процессы антропогенного происхождения носят глобальный характер, и республика подвержена их влиянию.
За последние годы наблюдается устойчивая тенденция ухудшения экологической ситуации биосферы и здоровья населения Республики Адыгея, вызванная преимущественно антропогенным воздействием человека на окружающую среду.
На здоровье населения Республики Адыгея, по данным управления Роспотребнад-
зора, влияет состояние атмосферного воздуха, состояние почв, водоснабжение и радиационная обстановка. При анализе степени влияния неблагоприятных экологических факторов на общую заболеваемость населения Республики Адыгея выявлено, что первое место занимает атмосферный воздух. Радиационная обстановка в РА на протяжении ряда лет остается стабильной.
Почвенный покров Республики Адыгеи находится в бедственном состоянии. Деградируют уникальные предкавказские черноземы. Эрозией поражены практически все пахотные земли. Особенно на наклонных равнинах легко разрушается плодородный слой почв под воздействием воды. Водная эрозия и неправильная распашка этих земель приводит к образованию оврагов. Заметно загрязнение земель пестицидами, тяжелыми металлами и другими токсичными веществами.
Во всех почвах концентрация цинка превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК) в 1,5-1,9 раза. Вторым по уровню загрязнения почв является хром. Значительная часть почв содержит свинец, никель, ванадий и др. в количествах, превышающих ПДК.
Таким образом, большая часть обследованных почв таит потенциальную опасность токсикации выращиваемой на них сельскохозяйственной продукции. Накопление в почве тяжелых металлов, особенно хрома, никеля, свинца, ванадия и других, пестицидов, нитратов, ацетальдегидов, ксенобиотиков и других загрязняющих веществ потребует обеспечения медико-экологической безопасности, ликвидацию очевидно опасных источников экологической угрозы здоровью населения республики.
Республика Адыгея характеризуется высокой комплексностью почв, которые представлены 73-мя ее разновидностями. Разнообразие рельефа, почвообразующих пород, растительности, расчлененность рельефа, наличие искусственных водохранилищ и умеренно-континентальный климат с умеренным увлажнением способствовали формированию такого разнообразия почв [1]. Наиболее распространенными почвами Республики Адыгея являются следующие почвы: черноземы выщелоченные, черноземы слитые, лугово-черноземные, луговые, серые и темно-серые почвы, серые лесостепные, серые лесные.
Черноземы выщелоченные являются самыми плодородными почвами с мощным гумусовым горизонтом - от 115 см до 190-200 см. Эти почвы благоприятны для возделывания всех полевых культур. Слитые черноземы уступают по мощности гумуса (120180 см), по наличию плотного слитого горизонта, по промытости карбонатов всего профиля почв, слабой гумуссированности, поэтому озимые культуры вымокают на таких почвах. Наиболее плодородными из серых почв являются темно-серые. Мощность гумусового горизонта составляет 110-160 см, но с наличием слитого горизонта и глинистым составом. Луговые и лугово-черноземные почвы годны для полевых культур, но их нужно разрыхлять после выпадения осадков и улучшать их водно-физические свойства, провести химическую мелиорацию, т.е. гипсование [2].
Методы и материалы исследования
В практике исследования почв применяют два основных метода: сравнительно-географический и стационарный. В данной работе применяли сравнительно-географический, который заключается в сопряженном исследовании почв и факторов почвообразования в разных географических условиях с последующим сопоставлением.
Стационарный метод, который используется для изучения почвенных режимов -водный, тепловой, газовый, окислительно-восстановительный и др.
Физико-химические показатели исследованных образцов почвы определяли гравиметрическим, фотокалориметрическим и биоиндикационным методами.
Отбор пробы образцов почв производили методом квартавания. Операцию квар-тавания проводили многократно, после чего среднюю пробу высушивали до воздушно-сухого состояния. Из полученного таким образом однородного материала готовили водную вытяжку, которую использовали для определения кислотности почвы, а также для качественного и количественного определения химических элементов в почве.
Основу эмпирического материала составили данные Регионального отдела Федерального экологического контроля по Республике Адыгея, Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Республике Адыгея; ФГБОУ «Центр агрохимической службы «Адыгейский».
Результаты исследования и их обсуждение
В целях определения состояния почвенного плодородия и динамики его изменения был произведен мониторинг земель сельскохозяйственного назначения Республики Адыгея. Основными показателями плодородия почв являются: содержание гумуса, подвижных форм фосфора, обменного калия и степень кислотности. Результаты обследования (данные ФГБОУ «Центр агрохимической службы «Адыгейский») показали, что содержание гумуса достаточно низкое у 88% обследованных земель [3]. Основными причинами дегумификации является севооборот с постоянно увеличивающимися пашнями под подсолнечник. Основным источником гумуса является внесение соломы, распашка, но вместе с этим обязательное условие - наличие азотных удобрений, что не всегда производится.
В республике площадь сильно- и среднекислых почв, нуждающихся в обязательном известковании, составляет 25% от площадей пашен, выявлено небольшое засоление почв. Это обстоятельство связано с вымыванием кальция и выносом его с урожаем сельскохозяйственной продукции. За последние 10 лет площадь таких почв увеличилась с 14,1 тыс. га до 59,3 тыс. га. Сравнительный анализ последних лет показал снижение всех перечисленных показателей плодородия (табл. 1).
Таблица 1
Динамика площадей пашен по содержанию фосфора [3]
3 2 Содержание фосфора мг/кг
к очень среднее очень
§ § « о ю о я д Й ¡5 низкое высокое
я Л * а <u 3 « s о g ю § О ч с тыс. га % тыс. га % тыс. га % тыс. га % тыс. га % тыс. га %
2009 242,3 1,3 0,5 9,6 4,0 184,9 76,3 22,1 9,1 17,5 7,2 6,9 2,8
2010 241,0 1,3 0,5 7,5 3,1 162,6 67,6 38,9 16,1 20,1 8,3 10,6 4,4
2011 241,7 1,3 0,5 10,8 4,5 156,9 64,9 45,9 19,0 14,7 6,1 12,1 5,0
2012 241,7 3,1 1,2 15,9 6,6 149,4 61,8 45,9 19,0 15,4 6,4 12,0 5,0
2013 241,1 3,1 1,3 18,5 7,7 138,9 57,6 56,3 23,4 16,0 6,6 8,3 3,4
Анализ сводной таблицы динамики площадей пашен по содержанию фосфора показал, что площади пашен с высоким и очень высоким содержанием этого элемента малы, преобладают почвы со средними показателями содержания фосфора.
Немаловажным показателем плодородия почв является степень кислотности [4]. От нее зависит целый ряд мелиоративных работ, повышающих плодородие, в частности известкование почв. Исследованния сельскохозяйственных угодий (пашен, много-
летних насаждений, пастбищ, сенокосов, залежей) на рН (КС1) показали, что наибольший процент площадей составляют слабо и среднекислые почвы, соответственно 32,2% и 34,9% (по данным на январь 2014 г.).
Агрохимический показатель - общее содержание гумуса в почвах Республики Адыгея за отчетный период (2013 г.) - в связи с мелиоративными работами увеличился, однако площадь пашен с низким содержанием гумуса остается достаточно высокой.
Экологические проблемы республики обусловлены как внутренними причинами, связанными с национальным использованием природных ресурсов, так и внешними факторами. Адыгея испытывает техногенное воздействие со стороны производственных объектов, расположенных на территории Краснодарского края в непосредственной близости от границ Республики Адыгея, это прежде всего химический завод «Мину-доброния» г. Белореченска по производству минеральных удобрений, неорганических кислот (серной, фосфорной, азотной) и др., который является одним из важнейших антропогенных факторов, влияющих на почвенный покров республики [3]. Вредные химические вещества, попадающие в атмосферу (оксиды серы, фосфора, аммиак, крем-нефторид натрия - Ка^Бб, пыль и др.), а также твердые отходы данного производства (серный кек, фосфогипс), которые в больших количествах накопились в районе этого завода, не утилизируются в достаточной мере, нанося огромный ущерб почве и сохранению качества окружающей среды в этом регионе.
Результаты проведенных нами исследований образцов почв, взятых на земельных участках сельскохозяйственного назначения Республики Адыгея, на прилегающих к территории химического завода г. Белореченска, представлены в таблице 2.
Полученные данные свидетельствуют о том, что все исследуемые почвы кислые (рН<7). Это вызвано сильной засоленностью почвы в результате выбросов в атмосферу в этом районе Б02, С02, КН3, Р2О5 и др., а также накоплением больших количеств твердых отходов этого производства, особенно фосфогипса.
Главные ионы основного солевого состава (С1-, Б042", Са2+, С032-, N03 и др.) обнаруживаются по характерным признакам химических реакций. В почве, взятой вблизи завода, отмечается повышенное содержание хлоридов и сульфатов, что связано с более высокой антропогенной нагрузкой на почву. Нитрат-анионы не обнаруживаются, однако их высокое содержание отмечается в почве, взятой с огородных участков, что объясняется, по-видимому, внесением больших количеств минеральных удобрений.
Для определения карбонат-аниона (СО32-) готовили солянокислую вытяжку. В пробах почв, взятых в непосредственной близости от химического завода, наблюдалось «вскипание» почвы, что свидетельствует о высоком содержании карбонат-ионов, т.е. это сильнокарбонатные почвы. В пробе, взятой с более отдаленных от химзавода земельных участков, наблюдалось едва заметное «вскипание» (слабокарбонатная почва).
2+
Высокое содержание ионов кальция Са связано с загипсовыванием почв твердыми отходами этого производства. Качественное определение ионов, в частности по характеру осадка, позволяет определить количественное содержание этих ионов в мг на 100 мл почвенной вытяжки. Избыточные количества растворимых солей создают повышенную концентрацию ионов в почвенном растворе, что снижает плодородие и экологическое состояние почвы.
Высокотоксичными веществами, накапливаемыми в почве в результате антропогенного воздействия, являются тяжелые металлы. Проведенные исследования показывают, что содержание 2и2+, Рв2+ и Бе3+ в почве составляют 1-1,4; 0,015-0,0118; 0,385-045 мг/кг соответственно (рис. 1). Содержание тяжелых металлов (2и2+, Рв2+ и Бе ) в исследуемых пробах в целом находится в пределах нормы, однако наблюдается снижение их содержания в почве по мере удаления от химического завода.
Таблица 2
Качественное и количественное содержание ионов главного солевого состава в исследуемой почве
«о
Исследование образцов почв
С1"
80д
N03
С032-
Са
2+
А1
3+
-о
<Б С <Б X
и
"О
С <Б 2 О"
■о
(Б
(Б "О
"О
С (Б
г
О"
X
ш с
•С X О"
к
с ■о
X
ш
а В
(Б О
ГО Г
с о
-100 м от хим. завода
+
+
+
+
+
500 м от хим. завода
+
+
+
+
+
Земельные участки «1500 м
+
+
+
+
+
о
Характер осадка
в
и
<ц
Л С О
58
о
а
Л
«
о ю
л н
в
л
«
о
«
8 Я
В
<ц
Я
о
«
й С О
о я ч й я
58 8
а §
<ц
о О
о £
о 3 ю
58 О
а
Л
«
о ю
а
о «
о
в 2
и «
о 8
Н
Л
н
«
о «
о
3
а
2 «
о 8 О 8
8
<ц
п <ц
<ц
8
£ «
8 а
л &
о
и <ц
8 8 о
Л
и
(Г
о 8 и 3 8
13 8 О
ю &
и о 8
Л
«
8 о
Л
и
(Г
о 8 и 3 8
13 8 О
ю &
и о 8
8
<ц
а
<ц
я
Л
и
(Г
о 8 и 3 8
13 8 О
ю &
и о ю
й
«
о
и о
о
а о
58 8
а §
И 8 3 и
О
а
Л
«
о ю
8 8 8 й И 8 а
<ц
Я
а
<ц
8 8 Л
8 «
о
&
2
<ц
3 и
д"
8 8
8 «
О
н о
8 Л
8 «
о
а 2
3
и
£
о
и о
о о
н
<ц
Л
и
Л
н
8
л
«
8 о
«
8 Я
8
<ц
Я
о
«
й 8 О
Содержание ионов, мг на 100 мл вытяжки
>10
5-10
1-0,1
50
10-1
1-0,5
50
10-1
1-0,1
Рис. 1 Калибровочный график для определения содержания тяжелых металлов
Известно, что почвы, загрязненные тяжелыми металлами, очистить практически невозможно. Можно снизить подвижность токсических соединений и поступление их в растения, если засеять такие почвы быстрорастущими культурами, дающими большую массу. Такие культуры извлекают из почвы токсичные элементы, а затем собранный урожай подлежит уничтожению. И второй путь - повысить рН почв известкованием или добавлять большие дозы органических веществ, например, торфа [5, 6].
Оценить состояние окружающей среды и уровень антропогенного воздействия можно с помощью биоиндикаторов.
Ряд растений-индикаторов определенным образом реагирует на повышенные или пониженные концентрации микро- и макроэлементов в почве. Для оценки степени антропогенного загрязнения исследуемой почвы мы использовали кресс-салат как тест-объект и пшеницу как неприхотливое растение к условиям произрастания [7, 8]. Кресс-салат - однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы вредными химическими веществами. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти 100% всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. Результаты биоиндикационных исследований почв представлены в таблице 3, из которой следует, что процент всхожести как кресс-салата, так и пшеницы заметно возрастает по мере удаления от химического завода.
Таблица 3
Биоиндикационные исследования почвы
Объект исследо-""" 2-е сутки 3-и сутки 4-е сутки 5-е сутки %
вания Почва ВСХОЖЕСТ Ь всхожести
кресс-салат та л а о ■ с с е р к кресс-салат тал о ■ с с е р к тал о ■ с с е р к
пшеница пшеница а ц к н е ш п а ц к н е ш п а ц к н е ш п
«100 м от завода - - 15 4 21 15 26 38 52 76
«500 м - - 18 26 23 35 28 48 56 96
«1500 м 3 7 28 38 36 40 48 50 96 98
Контроль 10 18 32 41 44 48 50 49 100 98
Биоиндикационные исследования свидетельствует о том, что почва, взятая с разных участков, различна как по составу содержащихся в ней химических элементов, так и по плодородию. Мониторинговые биоиндикационные исследования за состоянием растительности позволяют определить антропогенную нагрузку на опытных участках, выявить виды растений, чувствительных к неблагоприятным факторам.
Заключение и выводы
На протяжении ряда лет на территории Республики Адыгея наблюдается устойчивая тенденция к снижению качества плодородия почв. Основные показатели плодородия: содержание гумуса, подвижных форм фосфора, обменного калия и степень кислотности снизились из-за антропогенной нагрузки на сельскохозяйственные угодья, в том числе пашни, пастбища и сенокосы. Производимый за последние годы севооборот в сторону выращивания технической культуры - подсолнечника - ухудшил плодородие пашен. Внесение органических удобрений без использования приема комплексности не дает положительных результатов.
Результаты проведенных исследований почв, взятых в районе химического завода «Минудобрения» г. Белореченска, используемых для выращивания сельскохозяйственной продукции, указывают на повышенное содержание ионов главного солевого состава (С1-, Б042", Са2+, С032-, N03), что связано с высокой антропогенной нагрузкой на почву в этом регионе. Содержание тяжелых металлов в исследуемых почвах снижается по мере удаления их от химзавода. О негативном влиянии отходов данного производства (Б02, С032-, КН3, Р2О5, Ка281Бб и др.) на плодородие почв и окружающую среду в этом регионе свидетельствуют также и проведенные нами биоиндикационные исследования.
На наш взгляд, оценка степени влияния антропогенных факторов на почвенный покров и здоровье населения в этом регионе может быть выявлена в результате проведения следующих мероприятий:
- установление соответствия предельно допустимых концентраций химических веществ в различных средах внешней среды - вода, воздух, почва, пища и т.п.;
- систематическое проведение экологического мониторинга концентрации химических веществ в экосистемах (почва, вода, воздух) биосферы;
- проведение биоиндикации, т. е. определение содержания вредных веществ с помощью растений и животных от простейших до позвоночных.
Проведение таких мероприятий позволит получить данные о суммарной нагрузке антропогенных факторов на окружающую среду Республики Адыгея, выявить степень эмиссии и экспозиции химических веществ на среду обитания, а также углубить представление о причинно-следственных связях в оценке степени воздействия неблагоприятных экологических факторов на здоровье населения в этом регионе.
В настоящее время стоит проблема не просто сохранения прежнего уровня здоровья ныне живущих людей, но и гарантии здоровья следующих поколений, что свидетельствует о необходимости проведения экологического мониторинга.
Примечания:
1. Туова Т.Г., Тугуз Ф.В. Мониторинг качества антропогенных почв сельскохозяйственного назначения Республики Адыгея // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. 2014. Вып. 2 (137). С. 92-95. URL: http://vestnik.adygnet.ru
2. Туова Т.Г. География почв с основами почвоведения. Майкоп, 2013. С. 130-136.
References:
1. Tuova T.G., Tuguz F.V. Monitoring of quality of anthropogenic soils of the agricultural purpose in the Adyghea Republic // The Bulletin of the Ady-ghe State University. Ser. Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2014. Iss. 2 (137). P. 9295. URL: http://vestnik.adygnet.ru
2. Tuova T.G. Geography of soils with fundamentals of soil science. Maikop, 2013. P. 130-136.
3. Отчет «Центра агрономической службы «Адыгейский» за 2013 год.
4. Герасимова М.И. География почв России. М.: Изд-во МГУ, 2007. С. 313.
5. Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг: учеб.-метод. пособие. М.: Академический Проект, 2005. С. 141-185.
6. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений. М.: ВЛАДОС, 2003. С. 250-277.
7. Очерет Н. П. Экологическое состояние почв и качество окружающей среды РА // Экологические проблемы промышленных городов: 4-ая Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием. Саратов, 2009. С. 182-186.
8. Очерет Н.П. Экологические проблемы экосистем биосферы Республики Адыгея // Естествознание и гуманизм: сб. науч. тр. Томск, 2008. Т. 5, № 1. С. 121.
3. The report of «Adygheysky center of agronomical service» for 2013.
4. Gerasimova M.I. Geography of soils of Russia. M.: MSU publishing house, 2007. P. 313.
5. Ashikhmina T.Ya. Environmental monitoring: a manual. M.: Academic Project, 2005. P. 141-185.
6. Fedorova A.I., Nikolskaya A.N. Practical work on ecology and environmental protection: a manual for students of higher schools. M.: VLADOS, 2003. P. 250-277.
7. Ocheret N.P. Ecological condition of soils and quality of environment of RA // Environmental problems of industrial cities: the 4th Russian scientific and practical conference with international participation. Saratov, 2009. P. 182-186.
8. Ocheret N.P. Environmental problems of ecosystems of the biosphere of the Republic of Adyghea // Natural science and humanism: coll. of proceedings. Tomsk, 2008. Vol. 5, No. 1. P. 121.
