Экологические особенности реабилитации подверженных техногенному загрязнению почв в условиях южной части Нечерноземной зоны России

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВНИИГиМ

РГАТУ (Рязань)

ВНИИ «Агроэкоинформ»

Экологические особенности реабилитации подверженных техногенному загрязнению почв в условиях южной части Нечерноземной зоны России

Ильинский А.В., Виноградов Д.В.,

Гогмачадзе Г.Д., Лупова Е.И.

Аннотация

почва экологический агрохимический мелиорация

В работе представлены экологические особенности применения агрохимической мелиорации почв в условиях техногенного загрязнения тяжелыми металлами южной части Нечерноземной зоны РФ, приведена технологическая схема реабилитации техногенно загрязненной дерново-подзолистой почвы. Рекомендации предназначены для специалистов сельского хозяйства и мелиорации при планировании и проведении проектных и эксплуатационных работ по реабилитации почв земель сельскохозяйственного назначения, подверженных техногенному воздействию.

Ключевые слова: АГРОХИМИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ, ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТАЯ ПОЧВА, детоксикация, сельскохозяйственная продукция, реабилитация, СИСТЕМА УДОБРЕНИЙ, техногенез, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, тяжелые металлы, фитотоксичность, экология

Введение

За последние четверть века техногенное воздействие на биосферу стало ведущим по значимости и масштабу экологическим фактором, влияющим на социально-экономическое состояние общества [1-6]. На земле не остается территорий, которые в той или иной степени не подвергались бы химическому загрязнению [4, 7-10]. Среди поллютантов тяжелые металлы (ТМ) рассматриваются как имеющие особое экологическое, биологическое и санитарно-гигиеническое значение [3, 11]. Следствием снижения почвенного плодородия в результате загрязнения ТМ является снижение продуктивности как естественных, так и агрокультурных ландшафтов, что существенным образом влияет на объем и качество продовольственных ресурсов. Сельскохозяйственная продукция, выращенная на загрязненных почвах, часто оказывается токсичной из-за повышенного содержания ТМ [12, 13]. Полевые опыты по изучению влияния степени загрязнения тяжелыми металлами дерново-подзолистой супесчаной почвы на урожайность продукции растениеводства показали, что в звене севооборота фитотоксичность увеличивается от среднего уровня загрязнения (131,2 ц/га корм. ед.) к чрезвычайно опасному (60,9 ц/га корм. ед.). Снижение продуктивности происходит на 13,2-59,7 %, при этом содержание Сd в продукции растениеводства повышается в 1,6-3,5 раза, Zn - в 2,0-6,0 раза. На загрязненных тяжелыми металлами почвах без внесения удобрительных мелиорантов формируется урожай зерна ячменя, клубней картофеля, сена трав с повышенным содержанием кадмия, цинка, свинца. Наиболее эффективна детоксикация низко, средне и повышенно загрязненных ТМ почв, которая проводится путем применения агрохимических приемов на фоне адаптированных систем возделывания в определенном чередовании сельскохозяйственных культур [14, 15]. Экологическое обоснование и исходные требования к способам агрохимической мелиорации почв сельскохозяйственных земель, подверженных техногенному загрязнению ТМ для условий южной части Нечерноземной зоны Российской Федерации, подробно нами рассмотрены ранее [14], при этом реабилитационная технология должна решить следующий комплекс эколого-мелиоративных задач: детоксикация загрязненных почв, восстановление почвенного плодородия, получение высоких урожаев экологически безопасной растениеводческой продукции [3, 16-19]. В этой связи актуальной является проблема санации и вовлечения в сельскохозяйственный оборот подверженных техногенному загрязнению почв [14, 20-22].

Основная часть

Цель исследований заключается в разработке технологической схемы реабилитации сельскохозяйственных земель, подверженных техногенному загрязнению поллютантами. При планировании агрохимических приемов комплексной мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, рекомендуется учитывать тот факт, что максимальное количество тяжелых металлов аккумулируется в верхних гумусовых горизонтах почвы. Разработанные в процессе многолетних исследований дозы, сроки внесения, соотношение удобрений под полевые культуры на дерново-подзолистых почвах представляют собой комплекс мероприятий, объединенных в определенную систему севооборотов. Комплекс рекомендуемых мероприятий по агрохимической мелиорации загрязненных тяжелыми металлами почв предусматривает применение адаптированной к региональным условиям агротехники выращивания районированных сортов сельскохозяйственных культур в севообороте.

Технологическая схема приемов агрохимической мелиорации комплексно загрязненных тяжелыми металлами (медью, цинком, свинцом и кадмием) дерново-подзолистых почв южной части Нечерноземной зоны России при умеренно опасной и высоко опасной степени загрязнения почвы поллютантами, основанная на использовании специальной органо-минеральной системы удобрений, представлена в таблице 1. Для дерново-подзолистой почвы в качестве основы рекомендуется 5-типольный севооборот со следующим чередованием: пропашные (картофель, возможно, кормовая свекла), ячмень (овес) + многолетние травы, травы 1 г. п., травы 2 г. п., озимая рожь.

Предложенную технологическую схему агрохимической мелиорации следует применять при уровне комплексного загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами по суммарному показателю химического загрязнения (Zc) от 1 до 37 в условиях региональных севооборотов. В севооборотах следует отводить около 40% многолетним и однолетним травам, корни которых будут концентрировать значительную часть ТМ. После уборки надземной части пожнивные остатки и корни рекомендуется запахивать на всю глубину гумусового горизонта загрязненной почвы. Для выполнения необходимых операций, связанных с подготовкой почвы, внесением удобрений, посевом и посадкой растений, уходом в период вегетации, уборкой урожаев, рекомендуется применять комплекс зональных сельскохозяйственных машин и механизмов. Основным приемом, на фоне которого применяется научно обоснованная система удобрений, является известкование. Доза извести зависит от гидролитической кислотности, доза CaCO₃ т/га = Нг 2. Органические удобрения повышают гумусированность почвы. Гумусовые кислоты с ТМ образуют органо-минеральные комплексные соединения. Обогащение фосфатами почв приводит к химическому осаждению, к образованию труднорастворимых солей ТМ. Органические и минеральные удобрения рекомендуется применять систематически в севооборотах. Для этого предложена система периодического (1 раз в четыре года) внесения органических и фосфорных удобрений. Рекомендуемая доза навоза - 40 т/га (1 раз в 4 года) является бездефицитной в балансе гумуса. Дозы минеральных удобрений, в зависимости от культуры, колеблются в пределах: N - 30-90 кг/га, Р₂О₅ - 60-120, К₂О - 60-120 кг/га (в год).

Таблица 1

Технологическая схема агрохимической мелиорации дерново-подзолистой супесчаной почвы, загрязненной тяжелыми металлами, при величине Zc от 1 до 37

*На легких почвах возможно внесение органических удобрений под весеннюю вспашку. При таком положении и фосфорные удобрения вносятся одновременно при условии быстрой заделки навоза (компоста).

Результаты и выводы

Коэффициенты концентрации ТМ, рассчитанные на основе многолетних исследований, указывают, что органическая система удобрений - повышенная доза навоза (80 т/га в севообороте) и органо-минеральная система удобрений (навоз 40 т/га и фосфор (Р₂₄₀) периодически 1 раз на 3-4 года и ежегодно оптимальные дозы азота и калия) лучше других систем уменьшают накопление в основной продукции: свинца - на 47% и 37%, меди - 54% и 43%, цинка - 51 и 40%, кадмия - 56 и 52%, соответственно. Применение в звене севооборота «озимая рожь - кормовая свекла» органо-минеральной системы удобрений под влиянием внесения под первую культуру навоза 40 т/га, фосфора 240 кг Р₂О₅ на га и ежегодного применения N₉₀K_60-120 снимает эффект фитотоксичности на среднем и высоком уровнях комплексного загрязнения почвы медью, цинком, свинцом и кадмием. Для детоксикации комплексно загрязненных тяжелыми металлами (медью, цинком, свинцом и кадмием) почв при уровне комплексного загрязнения почвенного покрова по суммарному показателю химического загрязнения (Zc) от 1 до 37 (умеренно опасное и высоко опасное) рекомендуется органо-минеральная система удобрений, включающая в себя периодическое внесение мелиорантов (органических и фосфорных удобрений) из расчета H₄₀ P₂₄₀ при ежегодном внесении K и N в средних дозах под конкретную культуру в севообороте на фоне известкования почв дозами извести из расчета доведения рН до 6,5-6,7.

Список использованных источников

1. 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.

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

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

4. Курчевский С.М., Виноградов Д.В. Улучшение малопродуктивных супесчаных дерновоподзолистых почв при внесении органо-минеральных удобрений и микробиологической добавки // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2014, № 1 (21). С. 47-51.

5. 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

6. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П. Нитрификационная активность почв при различных уровнях агротехнического воздействия // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2015, № 2 (26). С. 21-26.

7. 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.

8. Побединская Г.В., Ильинский А.В., Виноградов Д.В. Экологические аспекты радиационной обстановки территорий в зоне влияния Рязанской ГРЭС // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2018, № 1 (37). С. 117-121.

9. Сельмен В.Н., Ильинский А.В., Виноградов Д.В. Обоснование круглогодичного производства растениеводческой продукции при освоении Арктики и других перспективных территорий России // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2017, № 3 (35). С. 68-73.

10. 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.

11. Захарова О.А., Виноградов Д.В. Экологическое использование сельскохозяйственных культур почвозащитного севооборота в зоне техногенного загрязнения //
Международный технико-экономический журнал. 2009, № 5. С. 71-72.

12. 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.

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. Экологическое обоснование способа агрохимической мелиорации почв в условиях техногенеза // АгроЭкоИнфо. 2018, №1. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/1/st_123.doc.

15. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П. Влияние различных уровней агроэкологических нагрузок на биохимические характеристики почвы // Юг России: экология, развитие. 2016, т. 11, № 4 (41). С. 139-148.

16. Евсенкин К.Н., Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Экологические аспекты повышения устойчивости и восстановления плодородия деградированных осушенных земель // АгроЭкоИнфо. 2018, №2. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/2/st_260.doc.

17. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Абрамов В.В., Вегерин А.В., Гогмачадзе Г.Д. Экологические особенности биологической очистки почвогрунтов от застарелой загрязненности нефтепродуктами // АгроЭкоИнфо. 2018, №1. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/1/st_124.doc.

18. 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.

19. Кирейчева Л.В., Нефедов А.В., Евсенкин К.Н., Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Иванникова Н.А. Обоснование использования удобрительно-мелиорирующей смеси на основе торфа и сапропеля для повышения плодородия деградированных почв // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2016, № 3 (31). С. 12-17.

20. 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.

21. Ильинский А.В., Виноградов Д.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.

22. 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