CC BY
24
УДК 631.40
ВЛИЯНИЕ КАМНЕРЕЧЕНСКОГО ЩЕБЕНОЧНОГО ЗАВОДА НА ТРАНСФОМАЦИЮ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ
И.П. БЕЛАНОВ, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник
В.А. АНДРОХАНОВ, доктор биологических наук, зам. директора
А.Г. БАЩУК, кандидат биологических наук, научный сотрудник
Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения РАН, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2
E-mail: [email protected]
Резюме. На сегодняшний день исследования, связанные с оценкой техногенной нагрузки горно-обоготительных предприятий на прилегающие естественные и сельскохозяйственные ландшафты носят социально значимый характер. Целью нашей работы - изучение воздействия диабазальтовой пыли на почвенный и растительный покров сельскохозяйственных угодий. В ходе обследования территории подверженной техногенной нагрузке (42,5 га), приуроченной к Камнереченскому щебеночному заводу, зафиксировано среднее количество пыли оседающий на поверхности производственных посевов, около 417 кг/га в месяц. Выявлено изменение физико-химических свойств почвы в корнеобитаемом слое (подщелачивание почвенного раствора темно-серых лесных почв до рН 7,2...7,5), гранулометрического состава (на территории подверженной техногенной нагрузке доля частиц крупной пыли размером 0,05.0,01 мм достигает - 54,22%, тонкого песка (0,25.0,05 мм) - 5,20%). В результате фитотоксического воздействия пылевой нагрузки на посевы урожайность гречихи на загрязненном участке составила 1,5.3,0 ц/га при средней величине этого показателя по хозяйству 12.14 ц/га. Таким образом, интенсивная пылевая нагрузка оказывает комплексное влияние на почвенный и растительный покров, что в совокупности приводит к резкому снижению урожайности от 50 до 80% и делает не рентабельным вовлечение таких территорий в сельскохозяйственный оборот. Рекомендуется устройство санитарно-защитных пылеулавливающих лесополос вдоль источника техногенной нагрузки, а также проведение на Камнереченском щебеночном заводе мероприятий по интенсивному пылеподавлению. Ключевые слова: пылевая нагрузка, диабазальтовая пыль, сельскохозяйственные угодья, техногенез, плодородие.
Хозяйственная деятельность человека, связанная с освоением природных богатств и развитием промышленного производства, сопровождается поступлением в окружающую среду ряда вредных
веществ, которые загрязняют атмосферу, воду и почву. В результате техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий происходит ухудшение свойств почвы и повреждение растений, что приводит к снижению их урожайности и товарного качества продукции [1, 2].
По данным В. Шешенева, из-за загрязнения воздуха овощеводы некоторых графств Англии недобирают от 50 до 90% урожая. В 1979 г. в Германии в земле Северный Рейн-Вестфалия был уничтожен урожай на площади 12 км2 - растения впитали столько пыли окрестных цементных заводов, что их использование стало опасным, а в 1980 г. на севере Италии цементная пыль, осевшая на виноградных листьях, способствовала развитию черной гнили и антракноза на винограде [3].
Цель наших исследований - изучение воздействия техногенной нагрузки в виде диабазальтовой пыли на трансформацию почвенного и растительного покрова сельскохозяйственных угодий, расположенных на прилегающих территориях Камнереченского щебеночного завода.
Условия, материалы и методы. В качестве объекта исследований были выбраны производственные посевы ИП ГФКХ Сальникова А.И. в Тогучинском районе Новосибирской области, расположенные на территории, которая с 2002 г. подвержена систематическим выбросам пыли со стороны Камнереченского щебеночного завода.
В ходе обследования посевов визуально и при помощи масштабных картосхем в период с 2013 по 2014 гг. было зафиксировано загрязнение пылью на площади 42,5 га.
Источники загрязнения - щебнедробильные машины, бурты щебня различных фракций и погрузочно-разгрузочные площадки, расположенные с подветренной стороны относительно господствующих ветров (юго-западное направление) на удалении 50...100 м от сельскохозяйственных угодий, которые подвергаются воздействию мелкодисперсной диабазовой пыли (рис. 1.)
Для анализа отбирали образцы диабазовой пыли с поверхности почвы, а также почвы (в корнеобитаемом
Рис. 1. Расположение загрязненной сельскохозяйственной территории ИП ГФКХ Сальникова А.И. и Камнереченского щебеночного завода относительно розы ветров по Новосибирской области.
Рис. 2. Расположение посевных площадей относительно территории Камнереченского щебеночного завода.
слое 0...20 см) на участке поля, расположенном в непосредственной близости (30 м) от площадки складирования щебня (точка 1) и на удалении 500 м (точка 2) в юго-западном направлении. В качестве контроля был выбран участок, не подверженный техногенному воздействию, расположенный на расстоянии 2500 м на юго-восток.
Почвенный покров поля в точках, подверженных пылевому воздействию и в контроле представлен темно-серой лесной почвой.
Гранулометрический состав корнеобитаемого слоя и реакцию почвенного раствора (рНводн) отобранных образцов определяли в аккредитованной лаборатории Института агрохимии и почвоведения СО РАН.
Необходимо отметить отсутствие пространственной изоляции мест складирования щебня от производственных посевов ИП ГФКХ Сальникова А.И.,
а также защитных (пылеуловительных) лесополос по периметру места хранения диабазальта, что должно быть в обязательном порядке предусмотрено в разделе «Охрана окружающей среды» проекта размещения предприятия (рис. 2.).
Результаты и обсуждение. В результате переноса пыли из мест производства и хранения щебня на территории Камнереченского завода на прилегающие посевы ИП ГФКХ Сальникова А.И. ее загрязняющий слой на поверхности почвы и растений достигал 2.8 мм, образуя сплошную корку (рис. 3). Согласно замерам, проведенным специалистами Центра агрохимической службы «Новосибирский», в зависимости от направления ветра на участок в среднем за сутки выпадает 13,9 кг/га пыли, за месяц - 417 кг/га.
В слое пыли, осевшей на поверхности почвы, преобладают фракции физического песка: крупной
Рис. 3. Наносы диабазовой пыли на поверхности: А - почвенного покрова, Б - растений (гречиха). 46 --Достижения науки и техники АПК, №9-2014
пыли (0,05...0,01 мм) - 54,22% и тонкого песка (0,25... 0,05 мм) - 5,20%, что обусловлено сепарирующим действием при переносе ветром. Более тяжелые частицы физического песка при средней скорости ветра до 5 м/с могут перемещаться на расстояние до 1000 м от источника пыления [4], а перенос более легких частиц физической глины может достигать 900.2000 м (см. табл.).
загрязнению диабазовой пылью, становятся неблагоприятными. Щелочная реакция почвенного раствора оказывает угнетающее воздействие на метаболизм растений. При этом возделывание устойчивых к таким условиям многолетних трав для использования на корм животным также невозможно из-за высокой пылевой нагрузки и накопления диабазовой пыли на вегетативных органах растений.
Таблица. Гранулометрический состав почвы в слое 0...20 см и диабазовой пыли с ее поверхности
Номер образца Содержание частиц определенного диаметра, %, Физическая глина <0,01 Физический песок >0,01
1... 0,5 мм 0,5... 0,25 мм 0,25... 0,05 мм 0,05... 0,01 мм 0,01... 0,005 мм 0,005... 0,001 мм 0,001... 0,0001 мм
Контроль 0,15 0 1,05 48,15 19,20 24,76 6,69 50,7 49,4
Точка 1 0,34 0 2,61 50,37 19,14 22,12 5,42 46,9 53,1
Точка 2 0,20 0 1,66 48,46 20,53 23,29 5,86 49,7 50,3
Пыль 0,32 0 5,20 54,22 19,75 17,09 3,42 40,3 59,7
Песчаные частицы пыли, привнесенные в пахотный горизонт, оказывают влияние на ее гранулометрический состав, и, проникая во внутрипочвенные трещины и межагрегатные пустоты, увеличивают содержание физического песка в слое почвы 0.20 см. Степень загрязнения увеличивается по мере приближения к заводу. Так, содержание песчаных фракций в точке 1 выше, чем в контроле, на 3,7%, а в точке 2 - на 1,1%. Рост доли физического песка приводит к трансформации гидротермических свойств почвы [5]. В результате происходит ее более быстрое нагревание и охлаждение, а также усиление интенсивности испарения влаги в верхнем корнеобитаемом слое и ухудшение капиллярного поступления из нижних горизонтов. Это негативно сказывается на развитии культурных растений в экстремальных условиях и ведет к значительному снижению урожая.
Кроме того, под влиянием загрязнения изменяются агрохимические показатели. Так, на контрольном участке величина рН составляет 6,78 (слабокис-
1 ^ водн. ' *
лая), что характерно для темно-серой лесной почвы. Выпадающая диабазовая пыль отличается щелочной реакцией среды (рН - 8,1...8,5), поэтому при загрязнении в точках наблюдения отмечено повышение рН
водн
до слабощелочной (рН - 7,2...7,5). Такая ситуация обусловлена наличием в пыли поглощенного натрия, который замещается при взаимодействии с угольной кислотой. Образующийся при этом карбонат натрия подвергается гидролизу, что увеличивает рН раствора [6]. При постоянном выпадении пыли будет происходить дальнейшее подщелачивание корнеобитаемого слоя и его засоление, что может привести к полной деградации пахотного горизонта и выводу сельхозугодий из оборота.
Для большинства зерновых культур наиболее благоприятна слабокислая или нейтральная реакция почвенного раствора. Яровая и озимая пшеница чувствительна к кислым и щелочным почвам и лучше вегетирует при рН - 6,5.7,1. Для кукурузы и свеклы предпочтительна нейтральная реакция. Картофель может хорошо развиваться при кислой реакции (рН < 5). Рожь и овес малочувствительны к реакции почвы, но лучше произрастают при рН - 6,2.7,0. Многолетние травы (люцерна, эспарцет) устойчивы к слабощелочной среде почвенного раствора (рН - 7,0.7,5) [7]. Таким образом, условия для роста и развития многих сельскохозяйственных культур на территории, подверженной
Негативное влияние осевших на листья пылевидных частиц можно разделить на несколько типов фитоток-сического воздействия (механическое, физическое, химическое) [8].
Механическое воздействие пыли определяется не только количеством пылевых частиц, но и характером их распределения на листовых пластинках. При этом важно учитывать связь осевшей пыли со структурными элементами листа - устьицами, через которые осуществляется газообмен растений [9]. Твердые частицы обычно распределяются по поверхности очагами, скапливаясь на кончике листа и по его периферии. Механическая закупорка устьичных щелей может нарушить устьичную регуляцию и соответственно процессы газообмена и транспирации в растениях [10].
Физическое действие пыли проявляется в изменении оптических свойств света, проходящего через ее слой, что вызывает резкое повышение адсорбции длинноволнового излучения. В результате запыленные листья суммарно поглощают больше лучистой энергии, что приводит к повышению их температуры на 8.10 °С. Чем плотнее слой пыли, тем выше температурный градиент листа и, следовательно, больше расход воды на транспирацию [11]. Увеличение транспирации, в свою очередь, приводит к усиленному расходованию запасов влаги из корнеобитаемого слоя почвы и при ограниченной влагообеспеченности в засушливые периоды повышает ее дефицит. Увеличение температуры запыленных листьев в сочетании с нехваткой влаги - причина подавления фотосинтетической активности и других физиологических функций растений [12].
Химическое действие пыли обусловлено фитоток-сичностью составляющих ее частиц и их растворимостью в воде, гидратированной из воздуха или транспи-рационной, присутствующей на поверхности листа [13]. Проникая через устьица или кутикулярные покровы во внутренние ткани растений, как правило, в виде ионов, растворы солей вызывают разнообразные структурные повреждения тканей и зеленых пигментов.
Косвенный эффект воздействия промышленной пыли сложно оценить, так как вызванные им последствия проявляются через длительный период времени, носят хронический характер и часто скрыты от глаз наблюдателей [14]. Это объясняется тем, что депрессирующее влияние пыли может сказываться на
разнообразных компонентах растительных ценозов, вызывая угнетение их роста, возникновение морфологических аномалий, исчезновение неустойчивых видов, изменение химического состава почв, гибель микрофлоры и др. [15].
Даже слабое, но постоянное воздействие пылевых выбросов на определенные структурные и функциональные звенья экосистемы приводит к нарушению естественных биологических сообществ, снижению общей устойчивости экосистем к другим внешним повреждающим воздействиям и, в конечном счете, к резкому сокращению биологической продуктивности растительности.
В наших опытах по результатам уборки в 2013 г. в ИП ГФКХ Сальникова А.И. урожайность гречихи в среднем по хозяйству составила около 12.14 ц/га, а на участке, подверженном пылевому воздействию (42,5 га), она не превышала 1,5.3,0 ц/га.
Выводы. Загрязнение атмосферного воздуха пылью и ее дальнейшее оседание на поверхности почвы и растений на изучаемом участке ИП ГФКХ Сальни-
кова А.И., расположенном вдоль границы Камнереченского щебеночного завода на протяжении 600 м, послужило причиной снижения продуктивности сельскохозяйственных посевов. При этом потери урожая на участке, подверженном такому воздействию, могут достигать 80%, что делает нерациональным его использование в сельскохозяйственных целях, в том числе для выращивания многолетних трав на корм животным.
На наш взгляд, до устранения загрязнений можно рекомендовать временно вывести участок из сельскохозяйственного использования. Для снижения пылевой нагрузки на остальные угодья предприятия по краю поля необходима закладка пылеулови-тельной лесополосы в санитарно-защитной зоне, а также разработка мероприятий по пылеподавлению на производственных участках Камнереченского щебеночного завода (установка пылеуловительных машин, многоступенчатых фильтров, форсунок локального распыления, туманообразующих установок и др.).
Литература.
1. Беланов И.П. Почвенно-экологическая оценка территорий подверженная антропогенному воздействию //Достижения науки и техники АПК. 2011. №2. С.14-16.
2. Лавриненко А.Т., Иноземцева Н.А., Остапова А.И. Изучение продуктивности и безопасности земель санитарно-защитной зоны разреза «Черногорский» ООО «Суэк-Хакасия» //Достижения науки и техники АПК. 2013. № 6. С.51-52.
3. Шешенев В. Растения - неженки и стоики. //Химия и жизнь. 1983. № 5. С.52-54.
4. Шипилова А.М., Беланов И.П. Андроханов В.А. Техногенез и экогенез почвенного покрова промышленно развитого региона. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. 220 с.
5. Шульгин А.М. Климат почвы и его регулирование. Ленинград: Гидрометиздат, 1967. 303 с.
6. Семина И.С., Беланов И.П и [др.] Природно-техногенные комплексы Кузбасса: свойства и режимы функционирования. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013. 396 с.
7. Посыпанов Г.С. Растениеводство. М.: КолосС, 2007. 612 с.
8. Соловьева О.С. Пылезадерживающая способность древесных растений в зонах разного загрязнения г. Йошкар-Олы // Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды: материалы конф. Тольятти: Волжский университет им.
B.Н.Татищева. 2004. Ч.1. С. 256-261.
9. Santosh K.P., Tripathi B.D. Variation of Leaf Dust Accumulation and Pigment Seasonal Content in Plant Species Exposed to Urban Particulates Pollution // Environ Quality. 2008. № 37. P. 865-870
10. Косулина, Л.Г., Луценко Э.К., Аксенова В.А. Физиология устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского государственного университета, 1993. 240 с.
11. Соловьева О.С. Функциональные и физиологические особенности древесных растений в условиях городской среды: автореф. дис.... канд. с.-х. наук. Йошкар-Ола, 2003. 22с.
12. Naidoo G., Chirkoot D. The effects of coal dust on photosynthetic performance of the mangrove. Avicennia marina in Richards Bay South Africa. // Environmental Pollution. 2004. № 127 (3). P. 359-366
13. Хван Т.А. Промышленная экология. Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. 315 с.
14. Saravana Kumar. R, Sarala Thambavani. D Effect of Cement Dust Deposition on Physiological Behaviors of Some Selected Plant Species // International journal of scientific and technology research. 2012. V. 1(9). P. 98-105.
15. Рунова Е.М. Экологический мониторинг лесных биоценозов в зонах промышленных выбросов // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: материалы конф. Томск: Томский государственный университет. 2004.
C. 132-135.
INFLUENCE OF KAMNERECHENSK GRAVEL PLANT ON THE TRANSFORMATION
OF AGRICULTURAL LAND
I.P. Belanov, V.A. Androhanov, A.G. Baschuk
Institute of Soil Science and Agrochemistry of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Russia, Novosibirsk city, Academician Lavrent'evavenue, 8/2
Summary. Current research related to the assessment of anthropogenic impact of mining enterprises on adjacent natural and agricultural landscapes are socially valued. The aim of our research was to study the effects of diabasaltic dust on soil and vegetation cover of farm lands. In a survey of the territory subject to technogenetics pressure (42.5 ha), related to Kamnerechensk gravel plant, the average amount of dust settling on the surface of the production crops about 417 kg/ha monthly was registered. The changes in the physicochemical properties of the soil in the root zone were revealed (alkalinization of soil solution of dark grey forest soils to pH 7.2...7.5), granulometric composition also changed (on the territory subject to development pressure the portion of coarse dust particles 0.05.0.01 mm) reached 54.22 %, and the portion of fine sand 0.25.0.05 mm is 5.20 %. As a result of phytotoxic impact of dust stress on crops, the yield of buckwheat on the contaminated area was 1.5.3.0 t/ha with average value of this index in the farm 12.14 cwt/ha. Thus, intensive dust stress has a complex effect on the soil and plant cover, which in the totality leads to sharp reduction in the productivity from 50 to 80 % and make the involvement of such areas into agricultural rotation not profitable. It is recommended the organization of sanitary protection dust-collecting belts along the source of anthropogenic impact, as well as the carrying out the activities for intensive dust suppression in Kamnerechensk gravel plant.
Keywords: dust stress, diabasaltic dust, agricultural lands, technogenesis, fertility.
