Экологическое обоснование способа агрохимической мелиорации почв в условиях техногенеза

Размещено на http://allbest.ru

Экологическое обоснование способа агрохимической мелиорации почв в условиях техногенеза

Ильинский А.В.^*, Виноградов Д.В.^**, Гогмачадзе Г.Д.***

^*ВНИИГиМ

**РГАТУ (Рязань)

****ВНИИ «Агроэкоинформ»

Аннотация

В работе представлено обоснование применения способа агрохимической детоксикации загрязненных поллютантами почв земель сельскохозяйственного назначения для условий южной части Нечерноземной зоны России. Сформулированы исходные требования и предложения по агромелиоративным мероприятиям, позволяющим осуществить как санацию загрязненных тяжелыми металлами почв, так и восстановление почвенного плодородия путем прямого изменения баланса элементов питания растений в корнеобитаемом слое почвы. Предназначено для специалистов сельского хозяйства и мелиорации при планировании и проведении проектных и эксплуатационных работ по комплексным мелиорациям техногенно загрязненных почв земель сельскохозяйственного назначения.

Ключевые слова: биологический круговорот, восстановление почв, грунт, деградация, загрязнённость, мелиорация, органоминеральное удобрение, плодородие, поллютант, почва, растениеводческая продукция, реабилитация, способ мелиоративный, техногенез, тяжелые металлы, урожайность, химическое загрязнение, экология, экосистема, эффективность

Введение

Выполняемые почвой биосферные функции уникальны и незаменимы, поскольку она является основным компонентом экосистемы, а также природным ресурсом и средством производства. В этой связи химическая деградация почвенного покрова приводит к гибели данной экосистемы [1-5]. Среди всех поллютантов тяжелые металлы (ТМ) имеют особое экологическое и санитарное значение [6-8]. Главным антропогенным источником их поступления в окружающую среду являются промышленные предприятия (производство цветных металлов, нефтехимия), автомобильный транспорт, теплоэнергетика, работающая на сжигании топлива [9-12]. В результате загрязнения почвенного покрова ТМ происходит падение продуктивности как естественных, так и агрокультурных ландшафтов, а также ухудшение качества растениеводческой продукции и накопление в ней ксенобиотиков в концентрациях, превышающих допустимые санитарно-гигиенические нормативы [13-16].

Как показали результаты мониторинга почвенного покрова региона, из-за техногенной нагрузки на агроландшафт происходит комплексное загрязнение почвы тяжелыми металлами. Уровень загрязнения почвенного покрова ТМ по суммарному показателю химического загрязнения варьирует от 1 до 37 (от низкого до повышенного). Приоритетными загрязнителями почв земель сельскохозяйственного назначения Рязанского региона являются медь, цинк, свинец и кадмий, которые относятся к первому и второму классам опасности [17-19]. Эффективным агротехническим приемом восстановления плодородия загрязненных почв является их агрохимическая мелиорация, поскольку высокое плодородие почвы является залогом её резистентности к техногенному загрязнению и ключевым условием получения высоких урожаев экологически безопасной растениеводческой продукции.

В настоящее время актуальна разработка агрохимических приемов мелиорации подверженных техногенному загрязнению почв для условий южной части Нечерноземной зоны РФ [17, 20]. На решение проблемы возврата в оборот техногенно загрязненных деградированных почв земель сельскохозяйственного назначения направлен предлагаемый способ их агрохимической мелиорации.

Основная часть

Цель исследований заключается в разработке современного способа агрохимической мелиорации почв сельскохозяйственных земель, подверженных техногенному загрязнению ТМ. Данный способ направлен на восстановление плодородия деградированных почв, получение высоких урожаев экологически безопасной продукции растениеводства, создание геохимического барьера, препятствующего транслокации поллютантов в растениеводческую продукцию. Решение основано на создании оптимальных условий для питания сельскохозяйственных культур за счет подбора оптимальных доз минеральных и органических удобрений, связывающих ТМ в формы, недоступные для транслокации в растения.

Комплекс агрохимических мероприятий должен включать в себя комбинированное внесение:

1. минеральных удобрений (азотных и калийных);

2. повышенных доз фосфорных удобрений;

3. известкование кислых почв;

4. органических удобрений.

Минеральные удобрения оптимизируют пищевой режим растений, улучшая их устойчивость к стрессовым факторам, фосфорные удобрения снижают подвижность ТМ за счет образования в почвенном растворе труднорастворимых фосфатов металлов, известкование также направлено на снижение подвижности большинства ТМ в почве. Органические удобрения также являются эффективным средством снижения подвижности ТМ, поскольку увеличивают буферную способность и поглощающую емкость почвы, восполняют запасы органического вещества. Основные исходные требования к способу агрохимической мелиорации загрязненных ТМ почв можно представить следующим образом:

- эффективная детоксикация почвенного покрова, загрязненного смесью поллютантов (медь, цинк, свинец и кадмий), при величине суммарного показателя химического загрязнения почвы от 1 до 37;

- создание в деградированной почве бездефицитного баланса гумуса за счет внесение органических удобрений; при этом насыщенность одного гектара загрязненной пашни органикой (в том числе за счет корневых остатков многолетних трав) должна составлять не менее 10-12 т/га в среднем за год;

- нейтрализация кислых почв с рH менее 6,0;

- периодическое внесение фосфорных и ежегодное использование азотных, калийных удобрений для сбалансированного питания сельскохозяйственных растений, повышения плодородия загрязненных почв и снижения подвижности ТМ за счет образования труднорастворимых соединений;

- предлагаемые дозы и соотношения минеральных удобрений должны применяться в оптимальные сроки, способы заделки их зависят от выращиваемых культур, типа почвы;

- использование адаптированных к почвенным условиям конкретного агроландшафта технологий выращивания сельскохозяйственных культур;

- экологический контроль качества выращиваемой растениеводческой продукции.

Способ агрохимической мелиорации почв земель сельскохозяйственного назначения предполагается применять для:

1. детоксикации техногенно загрязнённых тяжёлыми металлами почв земель сельскохозяйственного назначения;

2. восстановления и поддержания почвенного плодородия путем прямого изменения баланса элементов питания растений в корнеобитаемом слое;

3. получения высоких урожаев качественной и экологически безопасной растениеводческой продукции.

Предлагаемый способ комплексной реабилитации деградированных техногенно загрязненных ТМ почв земель сельскохозяйственного назначения основан на использовании органоминеральной системы удобрений, включающей периодическое внесение органических и фосфорных удобрений (из расчета H₄₀P₂₄₀), при ежегодном внесении K и N в средних дозах под конкретную культуру в звене севооборота на фоне известкования кислых почв дозами извести из расчета доведения рН до 6,5-6,7. Органические удобрения (навоз из расчета 40 т/га) используются в оптимальные сроки (основная обработка) 1 раз в четыре года под наиболее отзывчивые на них культуры (пропашные). Гумусовые кислоты с ТМ образуют органоминеральные комплексные соединения, препятствующие транслокации поллютантов в продукцию растениеводства. Рекомендуемая доза навоза является бездефицитной в балансе гумуса и направлена на повышение гумусированности почвы. Фосфорные удобрения (водорастворимые, труднорастворимые) из расчета P₂₄₀ рекомендуется вносить периодически (1 раз в четыре года) для оптимизации питания растений. Высокая доза фосфора будет способствовать переводу подвижных солей ТМ в малодоступное для сельскохозяйственных культур состояние. При этом дозы азотных и калийных удобрений, в зависимости от культуры, будут колебаться в интервалах: N - 30-90 кг/га, К₂О - 60-120 кг/га (из расчета в год). Дозы известковых удобрений следует рассчитывать по гидролитической кислотности. На почвах юга центральной части Нечерноземья при высоком показателе гидролитической кислотности необходимо применять дозы известковых удобрений, соответствующие 2Нг, с учетом содержания в них активно действующего вещества (CaCO₃ т/га = Нг 2), рассчитанная доза карбоната кальция может быть 8 т/га и выше. При этом следует учесть и тот факт, что активной части в известковых материалах, как правило, менее 95%, поэтому вносимую дозу известковых удобрений необходимо увеличивать еще на 5%.

Многолетние полевые исследования по разработке приемов агрохимической мелиорации, выполненные на базе Мещерского филиала ФГБНУ ВНИИГиМ, показали, что обозначенная система органоминеральных удобрений способствовала снижению транслокации поллютантов в товарную часть растениеводческой продукции: свинца - до 37%, меди - до 43%, цинка - 40%, кадмия - до 52%. Наиболее эффективна детоксикация загрязненных ТМ почв с помощью органоминеральной системы удобрений на фоне адаптированных систем возделывания в определенном чередовании сельскохозяйственных культур [6, 18, 19]. Необходимо учитывать и тот факт, что указанный способ агрохимической мелиорации почв требуется проводить с периодичностью 1 раз в 3-4 года, в зависимости от почвенных условий.

агрохимический детоксикация почва сельскохозяйственный

Результаты и выводы

Представленный способ агрохимической реабилитации техногенно загрязненных почв сельскохозяйственных земель направлен на решение целого ряда эколого-мелиоративных задач: детоксикация ТМ (меди, цинка, свинца и кадмия) в техногенно загрязненных почвах; снижение транслокации поллютантов в растениеводческую продукцию; повышение урожайности и экологически безопасной растениеводческой продукции; предотвращение выбытия из сельскохозяйственного оборота и восстановление плодородия деградированных почв земель сельскохозяйственного назначения. Способ агрохимической детоксикации загрязненных ТМ почв прошел апробацию на экополигоне «Мещера» в ОПХ «Полково» Рязанского района Рязанской области в условиях лизиметрических и полевых опытов, был внедрен в производство ООО «Агрофирма МТС Нива-Рязани» Скопинского района Рязанской области. Установлено, что его применение для агрохимической санации дерново-подзолистой супесчаной почвы, оподзоленных и выщелоченных черноземов, при величине суммарного показателя химического загрязнения почвы от 1 до 37, позволяет снизить концентрацию в растениеводческой продукции: свинца - на 47%, меди - 54%, цинка - 51%, кадмия - 56%. Внедрение обозначенного способа агрохимической мелиорации техногенно загрязненных почв позволило повысить урожай зерновых культур на 29-33 %, получить экологически безопасную растениеводческую продукцию и улучшить агрохимические свойства деградированной почвы. Технология будет представлять интерес для мелиоративных, научно-исследовательских и проектных институтов, а также специалистов природоохранных организаций и промышленных предприятий, занимающихся разработкой проектной документации в области природовосстановления, организацией и проведением реабилитации земель, загрязнённых поллютантами.

Список использованных источников

1. Виноградов Д.В., Гусев В.И., Кузнецов Н.П., Степура Е.Е., Синиговец М.Е. Деградационные процессы почв и земельных угодий Рязанской области // АгроЭкоИнфо. - 2013, №2. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2013/2/st_15.doc.

2. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Балабко П.Н. Некоторые аспекты обоснования системы комплексного контроля при проведении мероприятий по реабилитации техногенно загрязнённых земель // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - 2015, № 4 (28). - С. 10-15.

3. Щур А.В., Валько В.П., Виноградов Д.В. Агроэкологическое воздействие многоукосных бобово-злаковых смесей с подсевом райграса однолетнего на накопление органических остатков, содержание в них азота и структуру почвы // АгроЭкоИнфо. - 2016, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/2/st_208.doc.

4. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П., Валько О.В., Фадькин Г.Н., Гогмачадзе Г.Д. Радиоэкологическая эффективность биологически активных препаратов в условиях Беларуси // АгроЭкоИнфо. - 2015, № 5. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/5/st_20.doc.

5. Щур А.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Экологические особенности микробиоты почв в условиях радиоактивного загрязнения территории Республики Беларусь при применении биологически активных препаратов // АгроЭкоИнфо. - 2016, № 1 (23). - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/1/st_51.doc.

6. Гогмачадзе Г.Д. Агроэкологический мониторинг почв и земельных ресурсов Российской Федерации. Учебное пособие. - Москва. - 2010. - 592 с.

7. Евтюхин В.Ф., Ильинский А.В., Черникова О.В. Влияние систем удобрений на продуктивные функции сельскохозяйственных культур в условиях смоделированного загрязнения чернозема тяжелыми металлами // Агрохимический вестник. - 2011, № 3. - С. 24-26.

8. Ильинский А.В. Очистка и детоксикация оподзоленных и выщелоченных чернозёмов, загрязнённых тяжелыми металлами (на примере Рязанской области): автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук: 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель, 03.00.16 - Экология / Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова. - Москва. - 2003. - 26 с.

9. Виноградов Д.В., Ильинский А.В., Данчеев Д.В. Экологические аспекты охраны окружающей среды и рационального природопользования: учебное пособие // Рязань: ФГБОУ ВО РГАТУ. - 2017. - 128 с.

10. Гогмачадзе Г.Д., Титов Г.А., Виноградов Д.В., Духанин М.Ю., Саранина А.В. Об экономических проблемах сельского хозяйства России // В сборнике: Общество, современная наука и образование: проблемы и перспективы сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 10 частях. - 2012. С. 50-51.

11. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Данчеев Д.В. Экологические основы природопользования: учебное пособие. - Рязань: ФГБОУ ВО РГАТУ. - 2017. - 128 с.

12. Мажайский Ю.А., Ильинский А.В., Евтюхин В.Ф., Гусева Т.М. Экологическая оценка содержания поллютантов в поверхностных и грунтовых водах мелиорированного ландшафта малой реки Окского бассейна // Водоочистка. - 2010, № 12. - С. 43-46.

13. Ильинский А.В., Кирейчева Л.В., Виноградов Д.В., Московкина Л.И. К вопросу детоксикации загрязнённого мышьяком оподзоленного чернозёма с помощью комбинированного мелиоранта на основе диатомита и голубой глины // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2015, № 3 (27). - С. 9-13.

14. Ильинский А.В. Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. К вопросу повышения эффективности проведения работ по реабилитации техногенно загрязнённых земель с помощью внедрения современной системы комплексного контроля // АгроЭкоИнфо. - 2016, №3. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/3/st_320.doc.

15. Ильинский А.В., Виноградов Д.В. К вопросу толерантности ярового ячменя при выращивании на почве, загрязнённой комплексом тяжёлых металлов // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2016, № 2 (30). - С. 23-28.

16. Ильинский А.В. Гогмачадзе Г.Д. Комплексная нефтеэкологическая оценка загрязненных нефтяными углеводородами почв и грунтов как основа для их эффективной биологической очистки // АгроЭкоИнфо, - 2017, №1. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2017/1/st_105.doc.

17. Безуглов В.Г., Гогмачадзе Г.Д. Минеральные удобрения и свойства почвы // АгроЭкоИнфо. - 2009, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2009/2/st_12.doc

18. Ильинский А.В., Кирейчева Л.В., Виноградов Д.В. Биоремедиация загрязнённых нефтепродуктами почв при помощи карбонатного сапропеля и биопрепарата «Нафтокс» // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2016, № 2 (30). - С. 28-35.

19. Рекомендации по проведению эколого-мелиоративных мероприятий рекультивации техногенно загрязненных и деградированных культурных ландшафтов. - Рязань. 2002. - 142 с.

20. Фадькин Г.Н., Виноградов Д.В., Щур А.В. Миграция азота в системе «удобрение - почва - растение» под влиянием длительного применения удобрений // АгроЭкоИнфо. - 2015, №4. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/4/st_15.doc.

Размещено на Allbest.ru