Экологическое состояние чернозёма типичного и агроценозов пригородной зоны г. Курска

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Экологическое состояние чернозёма типичного и агроценозов пригородной зоны г. Курска

Никитина Оксана Владимировна

Курск - 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Стифеев Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Волкова Светлана Николаевна

кандидат географических наук,

доцент Сошникова Ирина Юрьевна

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»

Защита состоится «16» октября 2009 г. в «10» часов на заседании диссертационного совета Д 220.040.01 при ФГОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова» по адресу: 305021, г. Курск, ул. К.Маркса, 70

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова», с авторефератом - на сайте http://www.kgsha.ru

Автореферат разослан и размещен на сайте 10 сентября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Засорина Э.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Интенсивное промышленное и сельскохозяйственное использование природных ресурсов вызвало существенные изменения миграционных циклов большинства химических элементов, в том числе и тяжёлых металлов. Это привело к загрязнению почвенного покрова в промышленно развитых регионах нашей страны.

Наибольшее антропогенное воздействие на земельные ресурсы связано с функционированием промышленных предприятий, интенсификацией агропромышленного комплекса, автотранспорта и в результате наблюдается накопление и трансформация химических веществ, способствующих снижению продуктивности агроценозов.

Определение содержания загрязнителей в почве и оценка её состояния по данным предельно-допустимых концентраций (ПДК), возникает необходимость изучения биотического комплекса почвенного покрова, выполняющего большую роль в повышении плодородия почв и играющего роль индикатора их экологического состояния.

Назрела объективная необходимость изучения процессов протекающих на микро- и макроуровне, разработки агротехнических приёмов оздоровления почв за счёт оптимального круговорота веществ, снижение антропогенного фактора загрязнения почвенного покрова.

Цель и задачи исследований. Целью исследования явилась количественная оценка уровня загрязнения чернозёма типичного тяжёлыми металлами и определение продуктивности агроценозов в зоне активного функционирования промышленных предприятий.

В программу исследований входило решение следующих задач:

1) оценить влияние промышленных предприятий на поступление тяжёлых металлов в чернозём типичный;

2) изучить взаимосвязи между содержанием отдельных тяжёлых металлов в почве и показателями её биологической активности;

3) установить влияние показателей биологической активности почвы на продуктивность озимой пшеницы и сахарной свёклы при разном уровне загрязнения почвы; металл почва продуктивность свёкла

4) разработать математическую модель прогноза загрязнения агроценозов, находящихся в зоне антропогенного загрязнения;

5) определить экономическую эффективность возделывания озимой пшеницы и сахарной свёклы в зависимости от содержания в почве тяжёлых металлов.

Объекты исследования. Почвенный покров, выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников, поступающих в агроценозы, на чернозёме типичном, и их продукцию.

Предмет исследования. Чернозём типичный и агроценозы, подвергающиеся различному уровню загрязнения.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, что впервые на территории почв, которые прилегают к источникам антропогенного загрязнения, определено содержание тяжёлых металлов. Изучено влияние тяжёлых металлов на почвенную биоту, урожайность агроценозов и качество продукции в зависимости от местонахождения источников выбросов, разработана эколого-статистическая модель, показывающая динамические и территориальные закономерности уровня загрязненности почв пригородной зоны г. Курска.

Практическая значимость работы. Результаты экспериментальных исследований по содержанию тяжёлых металлов в почве в пригородной зоне г. Курска позволяют установить границы зоны их негативного влияния на прилегающие агроценозы.

Выполненные исследования расширяют информационную базу о специфике показателей нитрификационной, целлюлозолитической, ферментативной активности почвы, дают возможность для оптимизации программы исследований при планировании экологического мониторинга загрязнённых почв, а также расширяют возможности для интерпретации полученной информации.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Установлена степень загрязнения почвы промышленными предприятиями г. Курска в зависимости от удалённости от объектов.

2. Уровень накопления тяжёлых металлов изменяет биологические свойства почв и состояние агроценозов.

3. Информационно-аналитическая модель, позволяет определить экологическую зону, влияющую на продуктивность агроценозов озимой пшеницы и сахарной свёклы.

4. Загрязнение почв тяжёлыми металлами оказывает влияние на экономическую эффективность формирования агроценозов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития аграрного сектора региона» (Курск, 2006), Всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса» (Курск, 2007), Всероссийской научно-практической конференции ВНИИЗиЗПЭ «Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии» (Курск, 2007), Всероссийской научно-практической конференции Курского отделения МОО «Общество почвоведов им. В.В. Докучаева» «Агроэкологические проблемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур» (Курск, 2008), 12-й Международной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ» (Липецк, 2008).

По материалам диссертации опубликовано 7 работ, из них одна статья - в рецензируемом журнале перечня ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в разработке программы исследования, проведении полевых исследований, в сборе, обработке и анализе данных, полученных при написании диссертационной работы, установлении уровня загрязнения чернозёма типичного, прилегающего к г. Курску, установлении влияния тяжёлых металлов на биоту и продуктивность агроценозов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и предложений производству, списка литературы, включающего в себя 213 наименований, приложений. Объём работы ? 136 страниц. Основной текст содержит 30 таблиц и 11 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Место и методика проведения исследований

Исследования проводились в течение 2005 - 2007 годов на полях ЗАО «Курсксемнаука» и Курского НИИ АПП, расположенных на чернозёме типичном в пригородной зоне г. Курска.

В Курске сосредоточено большое количество различных отраслевых предприятий, теплоэлектростанций, котельных, крупных промышленных предприятий, заводов: ЗАО «Курскрезинотехника», ЗАО «Курскхимволокно», ЗАО «Курский завод ?Аккумулятор?», ОАО «Счётмаш», ОАО «Электроагрегат», ОАО «Завод ЖБИ», ООО «Комбинат строительных материалов и работ» и др.

Общее количество загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду по Курской области, в среднем составляет свыше 150 тыс. т в год.

Прямым объектом исследований явились почвы пригородной зоны г. Курска - чернозём типичный среднегумусный тяжелосуглинистого гранулометрического состава, сформированный на лессовидных отложениях, богатых кальцием и основными элементами питания; агроценозы озимой пшеницы (сорт Московская 39) и сахарной свёклы (сорт Льговская 52).

Предметом исследования были тяжёлые металлы в почвах, подвергающихся значительному антропогенному воздействию. В исследованиях применялись общепринятые в агроэкологии методы исследований. Экспериментальные исследования выполнялись маршрутно-полевым, стационарно-полевым и лабораторно-аналитическим методами.

Для оценки содержания тяжёлых металлов в почвенных и растительных образцах проводили отбор проб по маршрутной схеме: на расстоянии 0,5; 1; 2 км (селитебная зона), 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 7; 8; 10; 11; 14 км (агроценозы) от г. Курска по направлению господствующего влияния ветра. Точки отбора почвенных и растительных образцов располагались на равнинном рельефе, занятом агроценозами озимой пшеницы и сахарной свёклы.

Почвенные образцы отбирали тростевым буром типа ВП-25-15 на глубину 0 - 20 см и 20 - 50 см. Для определения содержания тяжёлых металлов отбирался один смешанный образец из 5 проб, взятых методом конверта.

Содержание тяжёлых металлов в почвенных и растительных образцах проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS - 3.

Определяли агрохимические свойства почвы: содержание гумуса по Тюрину в модификации Симакова; щелочногидролизуемый азот (Nщ/г) - по Корнфильду; подвижный фосфор - по Чирикову, обменный калий - по Масловой, рН солевой вытяжки (КСl) - потенциометрическим методом. Биологическую активность почв определяли методом «аппликации», определение углерода биомассы микроорганизмов проводили регидратационным методом; нитрифицирующую активность почв - путём компостирования, количество и биомассу дождевых червей - путём выкапывания монолита размером 0,25 м2 с последующим выбором, подсчётом и взвешиванием (Чекановская, 1960), ферментативную активность (активность каталазы) проводили методом Галстяна (1984).

Учёт урожая зерна озимой пшеницы и сахарной свёклы проводили на реперных участках, расположенных в зоне отбора почв. Площадь учётной делянки для пшеницы составляла 1 м2 в шестикратной повторности, для сахарной свёклы 10 м2 - в четырехкратной повторности.

Полученные в результате исследований материалы составили содержание базы данных, на основе которой был проведен статистический анализ основных показателей. Оценка всех показателей проводилась на 5 % уровне значимости.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние расстояния от источников загрязнения на содержание тяжёлых металлов в снежном покрове

Основной задачей при наблюдении за снежным покровом являлось определение концентраций загрязняющих веществ с последующей оценкой их объёма переноса и проникновения в агроценозы. В пробах талой воды было проанализировано содержание железа, меди, кадмия, марганца, никеля, кобальта, хрома, свинца, цинка. Основными загрязнителями в исследуемых точках являются Zn, Fe, Pb, Cu, Cr.

Наибольшее колебание концентрации в талой воде наблюдалось у Zn от 21 до 152 мкг/л, значительные изменения концентрации отмены - у Fe от 10 до 80 мкг/л, Cu - от 70 до 10 мкг/л, Cr - от 10 до 60 мкг/л, Pb - от 20 до 60 мкг/л, незначительные колебания концентраций наблюдались у Ni, Cd, Mn, Co (рис. 1).



Рисунок 1 - Концентрация элементов в талой воде в зависимости от расстояния от источников загрязнения

Проведенный анализ загрязнения снежного покрова показал, что более высокий уровень загрязнения обнаружен на расстоянии от 3 до 5 км от источников загрязнения.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, о том, что максимальная концентрация тяжёлых металлов в снежном покрове отмечено для всех элементов на расстоянии от 3 до 5 км, а далее от 5,5 до 14 км их концентрация снижалась и на расстоянии 14 км от источников загрязнения у всех элементов была минимальна.

Следовательно, исследуемый почвенный покров можно разделить условно для большей объективности на две зоны в зависимости от интенсивности антропогенного влияния: первая зона - до 5 км и вторая зона - 5 - 14 км.

Содержание тяжёлых металлов в исследуемых почвах

Общая загрязнённость почвы характеризуется валовым количеством тяжёлых металлов. Результаты определения в почве валовых форм тяжёлых металлов в зависимости от расстояния от источников загрязнения приведены в таблице 1.

Таблица 1. - Содержание валовых форм тяжёлых металлов

в слое почвы (0 - 20 см), мг/кг (среднее за 2005 - 2007 гг.)

Показатель	Миним.	Максим.	Среднее	ПДК, мг/кг	Кс (коэф. концентрации)
Зона 1 (до 5 км)
Кадмий	0,38	0,50	0,44	0,2	2,2
Цинк	31,4	35,5	34,5	51	0,7
Кобальт	10,1	13,03	12,1	10	1,2
Медь	11,1	14,4	12,8	22	0,6
Свинец	17,9	35,5	26,6	16	1,7
Никель	18,0	22,3	20,2	33	0,6
Хром	9,3	17,0	13,3	81	0,2
Зона 2 (5 - 14 км)
Кадмий	0,34	0,39	0,37	0,2	1,85
Цинк	26,3	34,4	30,4	51	0,63
Кобальт	8,3	11,1	9,6	10	0,96
Медь	10,8	11,7	11,3	22	0,5
Свинец	14,7	17,5	16,1	16	1,1
Никель	16,6	20,7	18,8	33	0,6
Хром	9,1	11,6	10,4	81	0,13

При сравнении средних показателей содержания валовых форм тяжёлых металлов в обеих зонах прослеживается увеличение в почвах, находящихся в первой зоне, свинца - до 35,5 мг/кг, что на 18 мг/кг больше, чем во второй зоне, кадмия - до 0,50 мг/кг, что почти на 0,11 мг/кг выше, чем во второй зоне.

Суммарный индекс загрязнения территорий Zc в первой зоне равен 1,02, а во второй зоне ? Zc = 0,97.

Доступность для растений элементов определяется их подвижными формами. Для полной оценки загрязнения почв тяжёлыми металлами определено содержание подвижных форм тяжёлых металлов (табл. 2).

Как видно из данных таблицы 2, кислотность почв и содержание подвижных форм тяжёлых металлов в почве, как и валовых форм, значительно отличается по зонам удаления от источников загрязнения.

Таблица 2. - Содержание подвижных форм тяжёлых металлов в

верхнем слое почвы (0 - 20 см), мг/кг (среднее за 2005 - 2007 гг.)

Показатель	Миним.	Максим.	Среднее	ПДК, мг/кг	рНKCl	Кс (коэф. концентрации)
Зона 1 (до 5 км)
Кадмий	0,029	0,11	0,07	0,1	7,2	0,7
Цинк	1,31	2,4	1,86	22,0		0,08
Медь	0,37	0,72	0,55	3,0		0,18
Свинец	3,20	8,95	6,1	6,0		1,02
Зона 2 (5 - 14 км)
Кадмий	0,005	0,11	0,06	0,1	6,4	0,6
Цинк	0,52	1,80	0,77	22,0		0,04
Медь	0,20	0,48	0,34	3,0		0,11
Свинец	1,27	3,39	2,33	6,0		0,4

В первой зоне наблюдается реакция среды, близкая к нейтральной ? рН 7,2, а во второй кислотность среды понижается и рН составляет 6,4.

Таким образом, в результате выбросов происходит накопление тяжёлых металлов в первой зоне, которые влияют на уровень кислотности и плодородие почвы и продуктивность агроценозов.

В результате проведённых исследований были получены ряды данных по следующим элементам: Cd, Zn, Co, Mn, Cu, Pb, Ni, Cr. Показатели варьирования содержания валовых форм тяжёлых металлов отражены на рисунке 2, а подвижных форм тяжёлых металлов на - рисунке 3.

На рисунке 2 видно, что по валовым формам наблюдается превышение ПДК по Pb, Co и Cd. Максимальное содержание Pb и Co наблюдается на расстоянии 5 км, Cd на расстоянии 2 км, далее резких колебаний концентрации не наблюдается. Следовательно, на исследуемой территории происходит накопление Pb, Co и Cd.



Рисунок 2 - Влияние расстояния от источников загрязнения на содержание в почве тяжёлых металлов в валовой форме

Устойчивое превышение ПДК было зафиксировано для подвижной формы Pb и максимум наблюдается, как и для валовых форм, на расстоянии 5 км. Следовательно, существует связь между содержанием данного элемента в подвижной форме и его концентрацией в валовой форме (рис. 3). Концентрация Cd находится на близком уровне к ПДК. Повышенные концентрации остальных элементов прослеживается в отдельных образцах почвы, что, возможно, связано с локальными загрязнениями.

Рисунок 3 - Влияние расстояния от источников загрязнения на содержание в почве тяжёлых металлов в подвижной форме

Анализ динамики пространственного распределения в почве тяжёлых металлов в зоне влияния источников выбросов показал тенденцию накапливания большинства элементов не вблизи объектов, а на удалении от него (3 - 5 км), что связано с переносом загрязнителей воздушными массами и факелом выброса.

Содержание тяжёлых металлов в растительной продукции

Металлы поступают в растения главным образом в результате абсорбции их корнями. В большинстве случаев скорость поглощения элементов находится в положительной корреляции с содержанием их доступных форм.

По данным Прохоровой и др. (1998), техногенные тяжёлые металлы в большом количестве накапливаются в фитомассе свёклы (Cr, Co, Ni, Cu, Pb), пшенице (Cr, Cu, Zn) и ржи (Ni, Cu, Zn). Гречиха, пшеница, рожь и свёкла аккумулируют в сумме Cr, Co, Ni, Cu, Zn и Pb активнее других сельскохозяйственных культур.

Наши исследования свидетельствуют об устойчивой тенденции к увеличению содержания кадмия в растительных образцах по мере удаления от источников загрязнения до 7 км с одновременным увеличением его концентрации в почве в подвижной форме. На расстоянии 3 км концентрация составила 0,34 мг/кг, на расстоянии 5 км - 0,68 мг/кг, далее идёт снижение содержания кадмия до 0,24 мг/кг (10 км) (табл. 3).

Таблица 3. - Накопление тяжёлых металлов (мг/кг) в наземной массе озимой пшеницы в зависимости от расстояния антропогенного воздействия (2006 г.)

Расстояние, км	Показатели
	Cu	Zn	Ni	Pb	Mn	Cd	Cr
3	5,0	20,4	0,50	1,04	25,0	0,34	следы
4	5,0	15,6	0,45	0,40	43,6	0,40	следы
5	5,0	77,6	0,51	1,04	31,6	0,68	следы
7	5,0	10,0	0,42	0,40	65,4	0,24	следы
8	3,0	7,0	0,43	0,27	42,0	0,24	следы
10	4,0	17,0	0,40	0,27	30,0	0,24	следы
среднее	4,5	24,6	0,45	0,57	39,6	0,36	следы
ПДК (зерновые)	10,0	50,0	0,5	0,3	-	0,03	0,2

В исследуемых образцах растений концентрация марганца колеблется от 25,0 (3 км) до 65,4 мг/кг (7 км), что ближе к нижней границе указанной нормы, в отдельных пробах не превышает уровень дефицита Mn - 25 мг/кг. Это соотносится с невысоким его содержание в почве в подвижной форме (12,9 - 26,4 мг/кг).

Содержание свинца в исследуемых пробах колеблется довольно в большом диапазоне - от 0,27 до 1,04 мг/кг. Содержание свинца в точках отбора проб по валовым формам (17,0 - 35,5 мг/кг) и подвижным формам (3,22 - 8,53 мг/кг) в большинстве точек превышало ПДК. Превышение ПДК в растительных образцах наблюдается на расстоянии 3 и 5 км - 1,04 мг/кг (ПДК составляет 0,3 мг/кг). На расстоянии 5 км так же идёт превышение ПДК в 1,42 раза по подвижным формам свинца (8,53 мг/кг), а на расстоянии 3 км на содержание данного элемента в растительных образцах оказало влияние поглощение его из воздуха.

Цинк, свинец, кобальт и медь имеют среднюю степень поглощения. Содержания Zn в растительных образцах колеблется от 7,0 до 77,6 мг/кг при среднем содержании 24,6 мг/кг. Полученные результаты не превышают ПДК (50,0 мг/кг), кроме растительных образцов, отобранных на расстоянии 5 км - 77,6 мг/кг.

Фитотоксичность тяжёлых металлов зависит от многих условий. Большое влияние оказывают следующие свойства почвы: рН, ёмкость катионного обмена, содержание органического вещества и др. При кислотности почвы ниже 6,5 происходит возрастание скорости поглощения растениями тяжёлых металлов. Органическое вещество почвы также играет очень большую роль в снижении поступления тяжёлых металлов в растения. Но многое зависит от свойств конкретных металлов. Например, органическим веществом активнее закрепляются медь и свинец и значительно слабее - цинк и кадмий.

Влияние тяжёлых металлов на микробиологическую активность чернозёма типичного

Достаточно точное представление об интенсивности микробиологических процессов дают методы учета биологической активности почвы по разложению естественных источников: целлюлозы, соломы, льняного полотна (Мишустин, Емцев, 1970).

Мы проводили исследования, по определению целлюлозоразрушающей активности микроорганизмов в зависимости от содержания в почве тяжелых металлов.

На рисунке 4 наглядно просматривается влияние уровня загрязнения почв тяжёлыми металлами на биологическую активность почв.

Рисунок 4 - Процент разложившейся ткани в зависимости от расстояния от источников загрязнения (среднее за 2005 - 2007 гг.)

Наибольшее негативное влияние тяжёлых металлов на биологическую активность почв отмечается на расстоянии 5 км (факел выбросов) от источников загрязнения. В селитебной зоне биологическая активность почв составляет 34 %, на расстоянии 5 км она падает до 31 %. При дальнейшем удалении от источников загрязнения биологическая активность стабилизируется и составляет 43 - 44 % (8 - 10 км).

Ферментативная активность почв в зависимости от степени её загрязнения тяжёлыми металлами

Образование каталазы связано также с деятельностью грибов, водорослей и корней высших растений. По мнению ряда авторов, активность каталазы в почвах может служить объективным показателем её биологической активности (Хазиев, 1976; Галстян, 1984).

Тяжелые металлы, поступающие в почву в результате антропогенного воздействия, могут оказывать влияние на активность ферментов. В этой связи нами проводилось определение фермента каталазы в зависимости от уровня накопления в почве тяжелых металлов (табл. 4).

Таблица 4. - Активность каталазы в зависимости от уровня

загрязнения почв тяжелыми металлами (см3 О2/г/мин; 2005 - 2007 гг.)

Варианты	2005 г.	2006 г.	2007 г.	Средне за 3 года
0,5 км	5,0	5,2	5,3	5,2
1 км	5,1	5,3	5,5	5,3
2 км	5,1	5,4	5,6	5,4
3 км	5,2	5,4	5,7	5,4
4 км	5,1	5,5	5,7	5,4
5 км	4,7	4,9	5,0	4,8
6 км	5,3	5,6	5,7	5,5
7 км	5,4	5,7	5,8	5,6
8 км	5,5	5,7	5,9	5,7
10 км	5,5	5,7	5,9	5,7

Наши исследования показали, что наименьшая активность каталазы в период вегетации озимой пшеницы отмечена в селитебной зоне - 5,0 см3 О2/г/мин. На расстоянии 5 км она составила 4,7 см3 О2/г/мин, на расстоянии 8 км - 5,5 см3 О2/г/мин. Такая тенденция была отмечена в 2005 году что, прежде всего связано с климатическими условиями. Наиболее благоприятный вегетационный период отмечен в 2007 г., что сказалось на повышении содержания в почве каталазы и составило в селитебной зоне 5,3 и 5,9 см3 О2/г/мин на расстоянии 10 км от источников загрязнения.

Активность каталазы в вегетационный период 2006 г. занимала промежуточное состояние в сравнении с 2005 и 2007 г. и соответственно составила 5,2 и 5,7 см3 О2/г/мин.

В среднем за 3 года прослеживается устойчивая тенденция возрастания активности каталазы по мере удаления от источников загрязнения. Наименьшая активность каталазы (4,8 см3 О2/г/мин) отмечена на расстоянии 5 км. Это связано, прежде всего, с факелом выбросов загрязняющих веществ. На расстоянии 6 и более километров от источников загрязнения содержание каталазы в почве стабилизируется и составляет на расстоянии 8 и 10 км 5,7 см3 О2/г/мин.

Таким образом, наши исследования показали, что активность каталазы в почве зависела от климатических условий и уровня загрязнения почв тяжёлыми металлами.

Влияние загрязнения почв на количество дождевых червей

Одним из показателей состояния почвенного покрова, наличия в ней токсикантов является количество дождевых червей - основных детритофагов растительных остатков. В целинных, необработанных почвах буферной зоны Центрально-Черноземного государственного природного биосферного заповедника им. В.В. Алёхина количество дождевых червей на площади 1 м2 глубиной 1 м превышает 500 экз. м2. Результаты наших исследований приведены в таблице 5.

Таблица 5. ? Плотность популяции и биомасса дождевых червей в точках отбора почвенных проб (2005 - 2007 гг.)

Точки отбора проб	Численность и биомасса (слой почвы 0 - 50 см)
	экз./м2	г/м2
Селитебная зона 0,1 км от предприятия ООО «Комбинат строительных материалов и работ»	36,0	34,8
0,5 км по розе господствующих ветров	41,9	37,0
1 км по розе господствующих ветров	48,0	46,1
2 км по розе господствующих ветров	56,0	56,8
3 км по розе господствующих ветров	62,0	60,9
4 км по розе господствующих ветров	68,0	66,6
5 км по розе господствующих ветров	73,0	70,2
6 км по розе господствующих ветров	80,0	78,8
7 км по розе господствующих ветров	84,0	81,3
8 км по розе господствующих ветров	85,0	83,0
9 км по розе господствующих ветров	89,0	87,8
10 км по розе господствующих ветров	88,8	87,0

Проведенные исследования позволяют судить о том, что на плотность популяции дождевых червей в агроценозе озимой пшеницы в весенний период оказало влияние содержание тяжёлых металлов в почве. В результате исследований выявлено, что наименьшее количество дождевых червей обнаружено в селитебной зоне (36,0 экз./м2) в слое почвы 0 - 50 см. По мере удаления от городской агломерации отмечается увеличение количества дождевых червей. Так, на расстоянии 1 км от города популяция червей составляет 48,0 экз./м2, 5 км - 73,0 экз./м2. Максимальное количество дождевых червей обнаружено на расстоянии 8 и 10 км от городской черты и составило 89,0 и 88,8 экз./м2соответственно.

Таким образом, количество дождевых червей в исследуемых почвах зависело от содержания в ней тяжёлых металлов.

Экономические показатели производства сельскохозяйственных культур в пригородной зоне г. Курска

Накопление тяжёлых металлов в почве экологически неблагоприятных зон приводит к падению урожайности.

Нами в течение 3-х лет (2005 ? 2007 гг.) определялась урожайность озимой пшеницы и сахарной свёклы, произрастающих на разном удалении от источников загрязнения, и рассчитывалась экономическая эффективность их производства. Для оценки влияния тяжёлых металлов на чернозём типичный были выбраны поля с одинаковым агрофоном и с близкими технологиями возделывания, одинаковыми севооборотами.

Данные по расчёту экономической эффективности производства озимой пшеницы и сахарной свёклы в зависимости от уровня загрязнения почв приведены в таблице 6.

Таблица 6. ? Экономическая эффективность производства озимой пшеницы и сахарной свёклы (среднее за 2004 ? 2007 гг.), расчёт на 1 гектар

Показатели	Культура
	Озимая пшеница	Сахарная свёкла
	3 км	5 км	14 км	3 км	5 км	14 км
Урожайность, ц	32,7	31,0	38,2	290,0	307,0	325,0
Стоимость продукции, руб.	15300,0	14490,0	16155,0	31900,0	33770,0	35750,0
Производственные затраты, руб.	8920,0	8920,0	8920,0	20990,0	20990,0	20990,0
Себестоимость, руб.	262,0	277,0	248,5	72,4	68,4	64,6
Чистый доход, руб.	6380,0	5570,0	7235,0	10910,0	12780,0	14760,0
Уровень рентабельности, %	71,5	62,4	81,1	51,9	61,0	70,3

Приведенные в таблице 6 данные свидетельствуют о том, что урожайность озимой пшеницы и сахарной свёклы зависит от уровня загрязнения почв тяжёлыми металлами. Так, урожай зерна озимой пшеницы на поле, удалённом на расстоянии 3 км от источников загрязнения, составил 32,7 ц/га, увеличился при удалении от загрязнителей до 14 км (38,2 ц/га).

Урожайность сахарной свёклы минимальное значение имеет на расстоянии 3 км (290,0 ц/га), а далее идёт увеличение урожайности от 307,0 (5 км) до 325,0 ц/га (14 км).

Производственные затраты на возделывание озимой пшеницы и сахарной свёклы не зависели от содержания тяжёлых металлов в почве агроценозов и составили для озимой пшеницы - 8920,0 руб., для сахарной свёклы - 20990,0 руб.

Основной показатель экономической эффективности производства сельскохозяйственных культур - уровень рентабельности - в основном определяется показателем урожайности. Для озимой пшеницы он составил 71,5 % (3 км) и 81,1 % (14 км), для сахарной свёклы соответственно 51,9 % и 70,3 %.

Таким образом, урожай сельскохозяйственных культур и экономические показатели их производства зависели от условий произрастания. Наименьший урожай и уровень рентабельности для сахарной свёклы был на расстоянии 3 км от источников загрязнения, а для озимой пшеницы на расстоянии 5 км. По мере удаления от источников загрязнения урожай возрастал и соответственно увеличивался уровень рентабельности.

Выводы

1. Загрязнение чернозёма типичного тяжёлыми металлами, вызванное выбросами промышленных предприятий г. Курска, характеризуется пространственным варьированием, распространенным по розе ветров в основном на расстоянии до 10 км.

2. Основная зона накопления тяжёлых металлов в почвах участков исследований прослеживается на расстоянии до 5 км от источников выбросов. Максимум их содержания отмечен в точке отбора от 0,5 до 5 км (зона влияния факела выброса), суммарный индекс загрязнения территорий составил Zc = 1,02. В точках отбора проб свыше 6 и более километров отмечается снижение накопления тяжёлых металлов, а на расстоянии 10 км количество тяжёлых металлов приближается к фоновому содержанию (Zc = 0,97).

3. Тяжёлые металлы в чернозёме типичном отличаются по своей подвижности и мобильности. Уменьшение подвижности тяжёлых металлов наблюдается в следующей последовательности: Pb > Cd > Cu > Zn.

4. Наибольшее количество тяжёлых металлов накапливается в верхнем слое (0 - 20 см) почвы. По их содержанию в почве превышение ПДК в зоне 5 км отмечено для кадмия (2,3 ПДК), свинца (2,22 ПДК) и кобальта (1,24 ПДК). С глубиной (20 - 50 см) идёт превышение ПДК по содержанию тяжёлых металлов, но на меньшее значение: кадмий в 2 раза, свинец в 1,03 раза, кобальт в 1,04 раза.

5. Биологическая активность почв зависит от уровня содержания в них тяжёлых металлов. Так, при максимальном загрязнении почв происходит снижение на расстоянии 5 км целлюлозоразрушающая активность с 43,6 (10 км) до 31,2 % (5 км), количества содержания биомассы углерода микроорганизмов с 942 (10 км) до 450 мг С/кг почвы (5 км), ферментативная активность каталазы с 5,7 до 4,8 см3 О2/г/мин, нитрифицирующая способность с 13,5 до 6,9 мг/100 г, а также уменьшается количество дождевых червей с 88,8 до 66,6 экз./м3.

6. Изучено взаимодействие тяжёлых металлов в системе почва - растение и выявлена аккумуляция тяжёлых металлов растениями на расстоянии 5 км. Содержание тяжёлых металлов в растениях непосредственно зависит от содержания тяжёлых металлов в подвижной форме в почве (Zn, Pb, Cd). Наблюдается превышение ПДК в растениях на расстоянии 5 км - 77,6 мг/кг (Zn), 1,04 мг/кг (Pb) и 0,68 мг/кг (Cd).

7. Тяжёлые металлы оказывают влияние на урожайность и качество продукции агроценозов озимой пшеницы и сахарной свёклы. Снижение урожайности и качества продукции находится в прямой зависимости от уровня содержания тяжёлых металлов в почве. При накоплении их в почве урожайность озимой пшеницы уменьшается на 7,2 ц/га, сахарной свёклы - на 35 ц/га.

8. Экономическая эффективность производства озимой пшеницы и сахарной свёклы находилась в прямой зависимости от уровня загрязнения почв тяжёлыми металлами. Максимальный уровень рентабельности озимой пшеницы (81,1 %) и сахарной свёклы (70,3 %) получен при фоновом загрязнении почв, минимальный соответственно составил 62,4 и 51,9 % в условиях загрязнения почв тяжёлыми металлами.

Предложения производству

1. Выявленные закономерности действия тяжёлых металлов в системе почва - растения и их количественные характеристики целесообразно использовать для проведения агроэкологического мониторинга.

2. Агрохимическим и землеустроительным службам при оценке и проектировании использования земель следует учитывать установленное наличие и территориальные размеры загрязнённых тяжёлыми металлами почв.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Стифеев, А.И. Содержание тяжёлых металлов в почвах и растениях пригородной зоны г.Курска / А.И. Стифеев, О.В. Бабенко (О.В. Никитина) // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2008. - № 3. -С. 36 - 38.

Статьи в журналах, аналитических сборниках и материалах конференций

2. Бабенко, О.В. (Никитина О.В.) ООО «Комбинат строительных материалов и работ», ОАО «Санинтербрю» - источники загрязнения окружающей среды / О.В. Бабенко // Проблемы развития аграрного сектора региона: материалы всерос. науч.-практ. конф., г. Курск, 13 - 15 марта 2006 г., ч. 2. - Курск: Изд-во КГСХА, 2006. - С. 120 - 122.

3. Бабенко, О.В. (Никитина О.В.) Состояние почвенного покрова агроценозов пригородной зоны г.Курска / О.В. Бабенко // Региональные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса: материалы всерос. науч.-практ. конф., г.Курск, 20 - 22 марта 2007 г., ч.3. - Курск: Изд-во КГСХА, 2007. - С. 271 - 274.

4. Бабенко, О.В. (Никитина О.В.) Антропогенное загрязнение агроценозов пригородной зоны г. Курска / О.В. Бабенко, А.И. Стифеев // Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии: материалы всерос. науч.-практ. конф. ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, г. Курск, 11-13 сентября 2007 г. - Курск: ГНУ Всероссийский НИИ земледелия и защиты почв от эрозии РАСХН, 2007. - С. 305 - 308.

5. Бабенко, О.В (Никитина О.В.) Агроэкологический мониторинг содержания тяжёлых металлов в почвах пригородной зоны г. Курска / О.В. Бабенко // Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса: материалы междунар. науч.-прак. конф., г. Курск, 23 - 25 января 2008 г., ч.4. - Курск: Изд-во КГСХА, 2008. - С. 214 - 217.

6. Бабенко, О.В. (Никитина О.В.) Загрязнение агроценозов пригородной зоны г.Курска тяжёлыми металлами / О.В. Бабенко, А.И. Стифеев // Агроэкологические проблемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур: материалы всерос. науч.-практ. конф. Курского отделения межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов имени В.В. Докучаева», г.Курск, май 2008. - Курск: Издательский центр «ЮМЭКС», 2008. - С. 63 - 65.

7. Бабенко, О.В. (Никитина О.В.) Территориально-протяжённые закономерности уровня загрязнения агроландшафтов тяжёлыми металлами в пригородной зоне г. Курска / О.В. Бабенко, А.И. Стифеев // Экология Центрально-Чернозёмной области Российской Федерации. - № 1-2. - 2008. - С. 175 - 178.

Размещено на Allbest.ru

...