Агроэкологический мониторинг почв в условиях южной лесостепи Омской области

Введение. Работа по рациональному использованию почв и земельных ресурсов России, в том числе Омской области, предполагает наличие ежегодной информации о состоянии почв и их изменении под воздействием антропогенных нагрузок. Экологическая роль почвы как узла связей биосферы, где активно протекают процессы обмена веществ между поверхностью земли, гидросферой, атмосферой и обитающими организмами на суше, определяет необходимость мониторинга состояния почв вблизи загрязнителей реперных участков хозяйств.

С каждым годом актуальность агроэкологического мониторинга почв становится все более острой, так как антропогенные нагрузки на почвы постоянно усиливаются. Для мониторинга важно знать характеристики исходного состояния почв или начала наблюдений. Суть мониторинга состояния почв заключается в информационной системе наблюдений, оценки и прогноза изменений почв под влиянием антропогенных и естественных факторов [3]. Важным звеном мониторинга почв является выбор их свойств, которые подлежат контролю во времени с целью выявления как природных, так и антропогенных изменений. Показатели изменений могут быть признаками начала развития негативных процессов, стойкой и необратимой деградации [2, 6].

С увеличением освоенности и распаханности территории, изменением естественных ландшафтов нарушились извечные устои и законы развития почв. Практикой доказано, что деятельность человека становится мощным современным фактором преобразования почв [2, 8]. По многочисленным литературным источникам, основные современные изменения почв происходят в результате интенсивной антропогенной деятельности человека, загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, пестицидами, токсикантами следствием которых является дисбаланс макро- и микроэлементов в земельных ресурсах и растениеводческой продукции [1, 9].

Мониторинг состояния почв, или обследование земель сельскохозяйственного назначения, остается одним из главных факторов оценки почв по воздействию загрязнителей и неправильной хозяйственной деятельности человека.

Цель исследований. Агроэкологический мониторинг плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения на опытных полях в южной лесостепи Омской области.

Объекты и методы. Исследования по содержанию тяжелых металлов в почве и снеговой воде проводились в 2007–2016 гг. Объектами являлись почвы земель сельскохозяйственного назначения на опытных полях СП «Юрьевское» южной лесостепи Омской области. Исследовалась почва луговочерноземная солонцеватая маломощная среднегумусовая тяжелосуглинистая.

Основным методом в работе является локальный мониторинг состояния почв на реперных участках, представляющий собой систему наблюдений за землями сельскохозяйственного назначения, позволяющий своевременно выявлять и прогнозировать изменения плодородия почвы, а также качества и количества растениеводческой продукции, возникающие в окружающей среде под влиянием антропогенных и естественных факторов [5].

При выборе места закладки реперных участков учитываются природно-сельскохозяйственные и производственно-технологические факторы, влияющие на сельскохозяйственное производство: агроклиматические ус- ловия, увлажненность территории, рельеф и геоморфология, бонитет почвы, наличие техногенных загрязнителей, роза ветров.

Обследование почв на реперных участках проводилось ежегодно ранней весной, до начала полевых работ. При определении в почве поверхностно распределяющихся веществ точечные пробы отбирали с помощью тростевого бура БГ-25-15 на глубине пахотного горизонта.

Обработку и анализ проб снеговой воды на содержание тяжелых металлов проводили по общепринятым методикам [5, 7].

Подвижные формы тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb, Ni, Cr) в пахотном горизонте определялись атомно-абсорбционным методом, в качестве экстрагента применяли азотную кислоту с концентрацией 1:1.

Мышьяк определяли (As)-фотометрическим методом, заключающимся в разложении пробы почвы смесью азотной и серной кислот, отделении мышьяка отгонкой в виде арсина и конечном определении мышьяка в виде мышьяково-молибденовой или сурьмяно-мышьяково-молибденовой сини.

Для определения ртути (Hg) в почве используют беспламенный атомно-абсорбционный метод, основанный на отдувке паров ртути из растворов и измерении резонансного поглощения атомов ртути на длине волны 253,7 нм.

В настоящее время для отдельных элементов, в том числе меди, цинка, ртути, свинца и других, разработаны ПДК.

Результаты и их обсуждение. Многолетние наблюдения и учет за состоянием пахотных земель реперных участков исследуемого хозяйства позволили получить информацию о содержании тяжелых металлов в почвах и снеговой воде.

Поступление загрязнителей в виде осадка тяжелых металлов на земли сельскохозяйственного назначения идет через атмосферу. Состав и соотношение элементов-загрязнителей зависят от ряда таких источников, как промышленные заводы, аэродромы, теплоэлектроцентрали, фермы, автомобильные и железные дороги (табл. 1). Около индустриальных центров создаются участки аномальных антропогенных зон с повышенным содержанием тяжелых металлов.

Загрязнители реперных участков опытных полей

Таблица 1

Источник-загрязнитель	Расстояние от загрязнителей, км
Заводы	17,4
Аэродромы	61,0
ТЭЦ	18,0
Фермы	2,5
Автодороги	0,5
Железные дороги	15,5

Снеговой покров выступает источником накопления всех веществ, поступающих из атмосферы. С целью определения вариантов попадания в почву тяжелых металлов был проведен количественный анализ на содержание токсикологических элементов в талых снеговых водах (табл. 2).

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в снеговой воде реперных участков опытных полей в СП «Юрьевское» Омской области, мг/л снеговой воды

Год исследования	Мощность снежного покрова, см	Cu	Zn	Cd	Pb	Cr	Hg	As
2007	50	0,008	0,021	0	0,002	0,008	0,0002	< 0,005
2008	25	0,005	0,007	0	0,001	0	0,0001	< 0,005
2009	23	0,003	0,025	0	0,002	0	0,0004	< 0,005
2010	26	0,003	0,013	0	0,001	0	0,0001	< 0,005
2011	42	0,001	0,009	0	0,002	0	0,0001	< 0,005
2012	30	0,005	0,017	0	0,002	0,001	0,0001	< 0,005
2013	40	0,007	0,009	0	0,004	0,001	0,0001	< 0,005
2014	45	0,001	0,019	0	0,002	0,004	0,0001	< 0,005
2015	42	0,0003	0,009	0	0,003	0,0005	0,0001	< 0,005
2016	48	0,001	0,008	0	0,002	0,0004	0,0001	< 0,005
Среднее значение	37,1	0,0034	0,014	0	0,002	0,0008	0,0001	< 0,005
ПДК по водной среде, мг/л		0,1	0,5	0,01	0,03	0,05	0,005	0,05

По результатам 10-летних наблюдений анализа проб снеговой воды в образцах исследования выявлено незначительное количество тяжелых металлов. Содержание тяжелых металлов в снежном покрове не превышало ПДК по водной среде.

Одним из методов мониторинга почв является наблюдение и контроль содержания тяжелых металлов путем сравнения естественного фона с уровнем загрязнения почв. Контроль за техногенным загрязнением почв тяжелыми металлами включает необходимое определение валовых форм химических элементов, представленных в таблице 3.

Таблица 3

Характеристика метрового слоя почвы реперных участков опытных полей в СП «Юрьевское» Омской области по содержанию валовых форм тяжелых металлов

Глубина отбора, см	Валовые формы тяжелых металлов, мг/кг почвы
	Cu	Zn	Cd	Pb	Ni	Cr	Hg	As
0-20	22,2	65,2	0,59	20,5	34,3	43,9	0,023	8,0
20-40	21,2	59,6	0,57	19,0	33,8	47,6	0,020	7,5
40-60	19,1	47,9	0,50	18,4	33,2	41,0	0,022	8,3
60-80	19,5	50,0	0,52	18,3	32,7	41,0	0,025	8,0
80-100	19,5	49,0	0,50	16,5	32,0	40,9	0,023	7,5
ПДК(ОДК) с учетом фона	132	220	2,0	130	30,6	43,8	2,1	10,0

Агроэкологический мониторинг состояния почв реперных участков позволил выявить, что по содержанию меди, цинка, кадмия, свинца, ртути и мышьяка не выявлено превышения ПДК (ОДК) с учетом фона. Содержание валовых форм никеля и хрома незначительно превысило предельно допустимую концентрацию, что в дальнейшем грозит загрязнением почв этими элементами.

Данные мониторинга характеризуют исследуемые почвы как незагрязненные. Однако валовое содержание не всегда может характери- зовать степень опасности загрязнения почвы, поскольку почва способна связывать соединения металлов, переводя их в недоступные растениям состояния. Правильнее говорить о роли «подвижных» и «доступных» для растений форм. Определение содержания подвижных форм проводится для характеристики миграции металлов-загрязнителей из почвы в растения [4].

Не менее важным элементом является информация о содержании подвижных форм тяжелых металлов в пахотном горизонте почв реперных участков полей (табл. 4).

Таблица 4

Содержание подвижных форм тяжелых металлов в пахотном горизонте почв реперных участков опытных полей в СП «Юрьевское» Омской области, мг/кг почвы

Год исследования	Cu	Zn	Cd	Pb	Ni	Cr
2007	0,09	0,24	0,09	0,83	0,77	0,99
2008	0,10	0,28	0,08	0,90	0,70	0,80
2009	0,10	0,34	0,10	0,86	0,72	0,96
2010	0,11	0,57	0,12	0,69	0,59	0,70
2011	0,12	0,65	0,06	0,45	0,80	0,40
2012	0,13	0,67	0,07	0,49	0,75	0,40
2013	0,12	0,75	0,08	0,60	0,73	0,46
2014	0,13	0,75	0,08	0,56	0,78	0,52
2015	0,10	0,50	0,05	0,52	0,48	0,54
2016	0,11	0,57	0,042	0,54	0,63	0,48
Среднее	0,11	0,53	0,08	0,64	0,70	0,63
ПДК(ОДК)	3,0	23,0	0,5	6,0	4,0	6,0

Анализ динамики изменения подвижных форм тяжелых металлов с 2007 по 2016 г. не выявил превышения ПДК (ОДК). В пахотном горизонте лугово-черноземной солонцеватой маломощной среднегумусовой тяжелосуглинистой почве реперных участков опытных полей содержание тяжелых подвижных металлов изменялось в следующих пределах (мг/кг): медь – 0,09–0,13; цинк

– 0,24–0,75; кадмий – 0,05–0,12; свинец – 0,45– 0,9; никель 0,48–0,8; хром 0,4–0,99.

На основе многолетних исследований содержания валовых форм ртути и мышьяка почв реперных участков была определена динамика их изменения и построены гистограммы. По полученным данным было выявлено, что в луговочерноземной почве превышений ПДК не обнаружено (рис.1, 2).

Содержание aЛугово-черноземная почва (реп. уч. СП "Юрьевское")

^^ПДК год исследования

Рис.1. Динамика содержания ртути в пахотном горизонте почв реперных участков опытных полей в СП «Юрьевское» Омской области

Рис. 2. Динамика содержания мышьяка в пахотном горизонте почв реперных участков опытных полей в СП «Юрьевское» Омской области

Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжелых металлов растениями обусловлено прежде всего их высокими концентрациями в почвах. В своей жизнедеятельности растения контактируют только с доступными формами тяжелых металлов, количество которых, в свою очередь, тесно связано с буферностью почв.

Заключение. Экспериментальные данные по обследованию почвы земель сельскохозяйственного назначения на опытных полях СП «Юрьевское» в условиях южной лесостепи свидетельствуют о благоприятной агроэкологической ситуации по содержанию валовых и подвижных форм тяжелых металлов. Проведение мониторинга состояния почв в течение длительного времени позволило получить досто- верные данные по агроэкологическому состоянию изучаемой территории. Агроэкологический мониторинг состояния земель сельскохозяйст-  9.

венного назначения позволяет объективно сопоставлять их качество, безопасность растениеводческой продукции, получаемой с этих полей, решать вопросы производственной нагрузки и защиты почв. Сохранение почвы, щадящее использование земельных ресурсов, учет и наблюдение за их агроэкологическим состоянием имеют не только производственное, но и экологиче-    ^1.

ское значение в современном АПК.