Агрогенные изменения некоторых свойств чернозёмных почв в результате их использования

Введение. В разной степени на землях сельскохозяйственного назначения проявляются негативные деградационные процессы, что требует необходимости исследования и оценки уровней воздействия факторов, вызывающих их деградацию, степень изменения показателей плодородия почв и возможность их восстановления.

В настоящее время в условиях интенсивных агрогенных изменений на почву происходит уничтожение почвенного покрова на значительных территориях, загрязнение почв, ухудшение их свойств, а продолжающееся сокращение сельскохозяйственных земель в результате деградационных процессов создаёт опасную экологическую ситуацию.

Одним из главных направлений улучшения сложившейся ситуации является создание экологически устойчивой системы землепользования, так как почвы являются фильтром для поступающих в экологическую систему соединений, токсикантов, местом их аккумуляции и важнейшим фактором их трансформации. Это вызывает необходимость детального изучения агроэкологической оценки систем землепользования и разработки дифференцированных мероприятий, обеспечивающих воспроизводство плодородия почв, рост урожаев и экологическую устойчивость пахотных земель

Цель исследований: установить влияние агрогенных изменений на состав и свойства черноземных почв земель сельскохозяйственного назначения.

При этом решению подлежат следующие задачи:

• 1.    Оценить степень вреда, причинённого черноземным почвам сельскохозяйственных земель.

• 2.    Установить степень изменения показателей плодородия пахотного слоя черноземных почв земель сельскохозяйственного назначения и степени обеспеченности доступными формами бенз(а)пирена, подвижных форм Zn, Pb, Cu.

• 3.    Показать характер изменения количества подвижных форм тяжёлых металлов в пахотном слое черноземных почв и степень их накопления, подвижности под действием агрогенного изменения свойств почв.

• 4.    Определить экономический ущерб, нанесенный черноземным почвам земель сельскохозяйственного назначения размещением коммунальных отходов в пахотном слое почвы.

Результаты исследований и их обсуждение. Воздействие отходов производства и быта различного происхождения и состава проявляется в изменении химического состава и свойств черноземных почв на глубине пахотного 0-20 см слоя. Исследованиями доказано изменение интенсивности накопления токсикантов как в зависимости от состава и свойств загрязняющего вещества, так и от особенностей поглотительной способности пахотного слоя черноземных почв в самом при поверхностном слое 0-5 см, в слое почвы 5-20 см и интенсивности распределения тяжелых металлов на всей глубине пахотного слоя 0-20 см.

Результаты исследования степени накопления тяжелых металлов и бенз(а)пирена в пахотном 0-20 см слое черноземных почв и особенностей их перераспределения по всей толще- глубине пахотного слоя показали, что в самом приповерхностном слое черноземных почв 0-5 см количество бенз(а)пирена достигает 0,12 мг/кг с колебаниями в содержании от 0,044 мг/кг до 0,174 мг/кг. Исследованиями выявлено количественное изменение в содержании бенз(а)пирена на всей глубине пахотного слоя почвы 0-20 см. Так, изменения в количественном содержании бенз(а)пирена достигали величины от 0,02 мг/кг до 0,168 мг/кг, при средней взвешенной концентрации бенз(а)пирена на исследуемой глубине почвы 0-20 см, достигающий 0,10 мг/кг. Интерес представляют данные, отражающие характер количественные изменения бенз(а)пирена в пахотном слое 5-20 см почвы. Нашими исследованиями доказано, что средняя концентрация бенз(а)пирена во всей глубине пахотного слоя 5-20 см составила 0,096 мг/кг с колебаниями в количественном содержании от 0,050 мг/кг до 0,147 мг/кг. При этом нами установлена наибольшая концентрация бенз(а)пирена в самом при поверхностном слое почвы 0,12 мг/кг.

При этом нами установлена наибольшая концентрация бенз(а)пирена в самом приповерхностном слое почвы 0-5 см, которая составила в среднем 0,12 мг/кг с колебаниями от 0,049+0,012 мг/кг до 0,174+-0,044 мг/кг. Среднее взвешенное количество бенз(а)пирена в чернозёмной почве составило 0,079 мг/кг. Для исследуемых почв установлены разные уровни накопления и загрязнения подвижными формами тяжёлых металлов под действием отходов производства различного происхождения.

Исследованиями определены разные уровни накопления подвижной Cu, Pb и Zn на разных глубинах пахотного горизонта чернозёмной почвы. Так в самом поверхностном слое почвы 0-5 см количество подвижных форм меди изменяется в пределах от 0,22 мг/кг до 0,97 мг/кг при этом средневзвешенное количество подвижной меди в поверхностном слое почвы составляет 0,61 мг/кг.

С изменением глубины взятия пробы почвы изменяется интенсивность накопления подвижной формы меди. Так в слое почвы на глубине 5-20 см в средневзвешенное количество подвижной Cu составляет 0,56 мг на килограмм с колебаниями от 0,22 мг/кг до 0,96 мг/кг. При этом следует отметить, что степень накопления подвижной Cu в слое почвы 5-20 см совпадает с интенсивностью накопления Cu в самом поверхностном 0-5 см слое почвы. Особый интерес представляет интенсивность загрязнения почвы подвижной формы Cu во всей глубине пахотного 0-20 см слоя почвы. Исследованиями установлено средневзвешенное количество накопления подвиды в почве на исследуемой глубине 0,49 мг на килограмм с изменением концентрации подвижной Cu во всей глубине пахотного слоя от 0,25 мг/кг до 0,73 мг/кг.

Исследованиями выявлено различная степень влияния отходов производства на накопление в почвах тяжёлых металлов и степень их подвижности. Так нами установлено интенсивность накопления подвижного свинца на разных глубинах пахотного горизонта чернозема-типичного. При поверхностном слое пахотного горизонта 0-5 см средневзвешенное количество подвижного свинца изменялась от 0,54 мг на килограмм до 0,69 мг/кг при среднем взвешенном загрязнении почвы 0,59 мг/кг подвижными формами свинца.

Интерес представляет исследование в степени изменения подвижности свинца в пахотном слое 5-20 см чернозёмной почвы. Исследованиями установлена степень загрязнения подвижным свинцом почвы на глубине 5-20 см, так средняя взвешенное количество подвижного свинца на исследуемой глубине пахотного горизонта изменялась в пределах от 0,53 до 0,69 мг/кг при среднем взвешенном количестве 0,67 мг/кг подвижного свинца.

Следует отметить что количество подвижного свинца в слое 5-20 см снижается в сравнении с его количеством в слое почвы 0-5 см с 0,59 мг/кг в поверхности слое почвы до 0,67 мг/кг в пахотном слое почвы на глубине 5-20 см (рис. 1).

Интенсивность накопления свинца в черноземных почвах

■ 0-5см ■ 0-20см ■ 5-20см

Рисунок 1 – Интенсивность накопления свинца в черноземных почвах

Исследованиями доказана неоднородность в интенсивности загрязнения почвы подвижными формами свинца на разных глубинах пахотного слоя почвы 0-5 см и 5-20 см. Особого внимания требуют результата степени накопления бенз(а)пирена и тяжёлых металлов в пахотном слое почвы нарушенного складированием коммунальных отходов сравнение с их содержанием в контрольной, не нарушенный антропогенными воздействиями почвы.

Нами выявлено превышение контрольного уровня содержания < 0,005 мг/кг бенз(а)пирена в пахотном слое почвы под действием складированных коммунальных отходов различного происхождения, которое составило 0,79 мг/кг и превышала контрольный количественный уровень бензопиле на в почве в 14,8 раза. Особого внимания требуют результаты интенсивности накопления подвижных форм тяжёлых металлов в почве на глубине 0-20 см под действием коммунальных отходов в сравнении с исходным уровнем их содержания в пробах почвы не нарушенного контрольного варианта (рис. 2).

Интенсивность накопления бензапирена в черноземных почвах

0,14

0,12

Бензапирен

■ 0-5см ■ 0-20см ■ 5-20см

0,1

0,08

0,06

0,04

0,02

Рисунок 2 – Интенсивность накопления бенз(а)пирена в черноземных почвах

Так на глубине контрольной пробы почвы 0,20 см количество подвижной меди составила 0,13 + - 0,02 мг/кг, а в пробах почвы отобранных с той же глубины почвы, загрязнённые коммунальными отходами, количество подвижной меди увеличилась до 0,49 мг, что превышала исходный контрольный уровень 0,13 мг на килограмм в 3,7 раза.

Нами выявлена степень загрязнения пахотного горизонта чернозёмной почвы подвижными формами свинца на земельной территории, заняты коммунальными отходами, так количество подвижного свинца возросло в 1,2 раза, или с 0,51 + - 0,12 мг/кг в контрольной контрольные пробе почвы до 0,61 мг/кг в пробах почвы, загрязнённых отходами производства.

Особый интерес представляют результаты исследования интенсивности загрязнения пахотного слоя чернозёмной почвы подвижными формами цинка, так средневзвешенное количество подвижного цинка возросло в слое почвы 0,20 см и составила, 576,7 мг/кг что превышало контрольный уровень в 64,8 раза, что свидетельствует о высокой степени загрязнения почвы подвижного соединения цинка, что требует необходимости организации проведения почвозащитных мероприятий.

Результаты исследования степени накопления подвижных форм Zn в пахотном слое чернозёма и особенностей его перераспределения по всей глубине пахотного слоя показали, что в самом поверхностном 0-5 см слое почвы количество подвижного Zn достигает величины от 436,28 мг/кг до 608,59 мг/кг, что в среднем составляет: 522,435 мг/кг, что в 22,7 раза превышает предельно-допустимый уровень накопления подвижного Zn в почвах сельскохозяйственного назначения. Особого внимания требуют результаты исследования количественного содержания подвижного Zn в пахотном слое как на глубине 5-20 см, так и на глубине 0-20 см. Проведенными лабораторными исследованиями доказана высокая степень накопления подвижного Zn как на глубине почвы 5-20 см, так и на глубине 0-20 см. Аналитическими данными выявлена высокая степень концентрации подвижного Zn, установленная на глубине 520 см, которая достигала величины 578,85 мг/кг, превышающей предельно допустимый уровень его количества в почвах – 23,0 мг/кг в 25,2 раза. Проведенными исследованиями доказано, что превышение уровня накопления подвижного Zn в загрязненных почвах в сравнении с уровнем его содержания в контрольной ненарушенной почве достигало величины в 65 раз.

Особый интерес представляет характер количественного изменения подвижного Zn в слове почвы 0-20 см, в котором количество подвижного Zn достигало величины 577,05 мг/кг, превышающей допустимый уровень содержания подвижного Zn в почве в 25 раз, а уровень превышения контрольного содержания подвижного Zn достигал величины в 64,9 раза.

Именно это обстоятельство обусловливает высокий уровень значительных экономических затрат на реабилитацию и оздоровление почв и окружающей среды.

Выводы. Доказаны изменения в интенсивности накопления токсикантов в зависимости от состава и свойств токсиканта и поглотительных способностей пахотного слоя почвы.

Выявлен и установлен характер накопления и перераспределения бенз(а)пирена в пахотном слое чернозёмной почвы.

Дана оценка интенсивности накопления тяжёлых металлов (меди, свинца, цинка) в пахотном слое чернозёма оподзоленного, нарушенного складированием отходов производства.

Показаны и определены особенности накопления и перераспределения тяжёлых металлов в пахотном слое чернозёмной почвы в зависимости от особенностей его поглотительной способности.

Доказана интенсивность концентрации и накопления тяжёлых металлов пахотном слое почвы в зависимости от свойств металла-загрязнителя.