Анализ химического состава залежных земель западного берега Шершневского водохранилища

Значительная часть почв Челябинской области находится в той или иной степени деградирования [1]. Наблюдается процесс стихийной трансформации земель сельскохозяйственного назначения. За последние пятнадцать лет заброшено в области около 500 тыс. га пашни, при этом часть земель выведена из севооборота обосновано – это низкопродуктивные земли (высокощебенистые, солонцовые комплексы и т.д.), другая же часть высокопродуктивных полей заброшена по организационным причинам. Такие залежные земли продолжают относится к категории земель сельскохозяйственного назначения и согласно законодательству Российской Федерации должны сохранять свое целевое назначение (Федеральный закон от 24 июля 2002 года № 101-ФЗ «Об обороте земель сельскохозяйственного назначения»).

Однако исследования [2] показывают, что залежные земли, хорошо- и высокоокультуренные почвы сохраняют и увеличивают потенциальное плодородие лишь в условиях начинающегося подкисления за счет увеличения подвижной части гумуса. Это служит причиной получения хороших и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур при распашке залежей с нейтральной или слабокислой реакцией почвенного раствора. Однако при дальнейшем подкислении почв, в том числе за счет антропогенного влияния, происходит снижение урожайности. Поэтому почвы, которые ушли в залежь с кислой реакцией среды, а также старые залежные участки с мелколесьем из березы не имеет смысла вовлекать в севооборот, так как они требуют значительных затрат на известкование и уничтожение древесной растительности.

В данной работе изучен химический состав залежных земель западного берега Шершневско-го водохранилища. Земли были выведены из севооборота около 20 лет назад по организационным причинам, поскольку прилегают к природоохранной зоне водохранилища, являющегося источником водоснабжения города Челябинска. В настоящее время весьма актуально использование данного участка, прилегающего к черте города, в рекреационных целях, однако, это невозможно пока осуществить, так как земли сохраняют статус земель сельскохозяйственного назначения. Отметим, что Земельный Кодекс РФ, и Федеральный закон РФ от 21.12.2004 г. № 172-ФЗ «О переводе земель или земельных участков из одной категории в другую» позволяют перевод земель сельскохозяйственного назначения в земли рекреационного назначения. Представленные исследования были проведены с целью изучения плодородия и степени антропогенной загрязненности почв для выработки рекомендаций о наиболее целесообразном их использовании.

Характеристика объекта исследования

Земельный участок площадью 70,1159 га, кадастровый номер 74:19:12. 02.002:006. Исследуемый участок расположен на территории Сосновского района Челябинской области 810 м северо-восточнее пос. Западный, а в юго-западном направлении прилегает к черте города Челябинска и к Шершневскому водохранилищу, от которого его отделяет стометровая защитная зона с

Зыбалов В.С., Крупнова Т.Г.

посадками лиственных пород деревьев в 12 рядов. Рельеф сравнительно ровный с небольшим (не более 1–1,5) уклоном в юго-западном направлении. Категория земель – «Земли сельскохозяйственного назначения». Участок относится к залежным землям (залежь – пашня, оставленная без обработки на несколько лет, заросшая естественной растительностью), выведен из сельскохозяйственного оборота 20 лет назад.

Растительный покров неоднороден. Имеются древесно-кустарниковая поросль (береза) и различные травянистые растения. Травянистая растительность представлена в основном злаковобобовыми видами, из злаковых преобладают: овсяница луговая, кострец безостый; из бобовых – клевер розовый. Наиболее часто встречаются другие виды, представленные тысячелистником, бедреннец-комнеломкой, земляникой, а также сорными многолетними корнеотпрысковыми растениями: молочаем лозным, вьюнком полевым, осотом розовым.

Экспериментальная часть

Изучение химического состава почв проводилось в 2011–2013 гг. Были заложены пять стационарных реперных участков для отбора проб почвы, в том числе один в природоохранной зоне Шершневского водохранилища (участок № 5). Были отобраны образцы для агрохимического анализа с глубины горизонтов 0–10 и 10–20 см, сделан почвенный разрез и отобраны 34 почвенных пробы. Вес отобранных образцов составлял 0,5 кг.

Отбор проб и подготовка их к анализам производились по стандартной методике согласно ГОСТ 17.4.4.02–84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».

Определяли рН водной вытяжки по ГОСТ 26423–85 «Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки» с использованием Иономера «И–130».

Определение подвижного фосфора (Р 2 О 5 ) и калия (К 2 О) производили по ГОСТ 26204–91 «Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО».

Кальций в водной вытяжке почв определяли атомно-адсорбционным методом согласно ГОСТ 26487–85 «Определение обменного кальция и обменного (подвижного) магния методами ЦИНАО». Измерения производили с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра «Квант–2АТ».

Органическое вещество почвы (гумус) определяли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО Тюрина согласно ГОСТ 26213–91 «Почвы. Методы определения органического вещества». Определение мышьяка производили фотометрическим методом согласно [3]. Для спектрофотометрического анализа использовали фотометр фотоэлектрический «КФК–3–01».

Содержание свинца, кадмия и хрома в почвах определяли по стандартным методикам [4]. Измерения производили с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра «Квант– 2АТ».

Математическая обработка данных проводилась стандартными методами вариационной статистики.

Результаты и их обсуждение

Исследуемые почвы относятся к чернозему выщелоченному. Гранулометрический состав почв среднесуглинистый. Структура почвы зернистая и мелкокомковая.

В связи с плотным растительным покровом, низким расчлененным рельефом, соблюдением нормативной стометровой защитной зоной по отношению к Шершневскому водохранилищу эрозионные процессы слабо выражены или практически отсутствуют.

Гумусовый горизонт (А и АВ) находится интервале от 37±5 см (см. рисунок). Содержание гумуса по данным на 2011 год невысокое: в горизонте 0–10 см – от 5,0…5,5 %, в горизонте 10– 20 см – 4,8…4,9 %.

В 2013 году было проведено определение агрофизических свойств почвы: структуры и плотности сложения. Установлено, что для всего земельного участка характерна зернистая и мелкокомковая структура: на реперных участках № 3, № 4 фракция с размером 0,25…10 мм при сухом просеивании почв составила 74±1 %, на участках № 1 и № 2 – 64 и 68 % соответственно.

Краткие сообщения

Диаграмма почвенного разреза

Результаты исследований химического состава почвы с различных реперных участков и горизонтов, проведенные в 2012 году, представлены в табл. 1, 2.

Таблица 1

Результаты исследований состава почвы (2012 г.)

Наименование показателя, ед. измерения	Участок №1, 0–10 см/ 10–20 см	Участок № 2, 0–10 см/ 10–20 см	Участок № 3, 0–10 см/ 10–20 см	Участок № 4, 0–10 см/ 10–20 см	Участок № 5, 0–10 см/ 10–20 см
рН	5,2±0,1/ 5,2±0,1	5,4±0,1/ 5,6±0,1	5,3±0,1/ 5,4±0,1	5,4±0,1/ 5,3±0,1	5,7±0,1/ 5,8±0,1
Массовая доля подвижного фосфора, мг/100 г	1,0±0,1/ 1,0±0,1	1,0±0,1/ 1,0±0,1	1,2±0,1/ 1,0±0,1	1,1±0,1/ 1,0±0,1	1,0±0,1/ 1,0±0,1
Массовая доля обменного калия, мг/100 г	14,3±1,5/ 7,7±1,2	5,3±0,8/ 5,0±0,8	8,4±1,3/ 6,7±1,0	18,7±1,9/ 9,9±1,5	11,3±1,2/ 5,6±0,9
Содержание кальция, ммоль/100 г	19,2±1,5/ 20,0±1,5	18,1±1,4/ 18,2±1,4	19,7±1,5/ 20,1±1,6	19,3±1,5/ 19,8±1,5	20,0±1,5/ 21,4±1,6

Таблица 2

Результаты исследований содержания тяжелых металлов и мышьяка (2012 г.)

Наименование показателя, ед. измерения	Участок № 1, 0–10 см/ 10–20 см	Участок № 2, 0–10 см/ 10–20 см	Участок № 3, 0–10 см/ 10–20 см	Участок № 4, 0–10 см/ 10–20 см	Участок № 5, 0–10 см/ 10–20 см	ПДК с учетом фона [4]
Содержание свинца, мг/кг	15,1±0,1/ 16,6±0,2	12,9±0,1/ 10,2±0,1	12,3±0,1/ 13,9±0,1	17,2±0,2/ 15,8±0,2	19,4±0,2/ 11,3±0,2	30,0
Содержание кадмия, мг/кг	0,33±0,01/ 0,31±0,01	0,39±0,01/ 0,36±0,01	0,41±0,01/ 0,46±0,01	0,51±0,01/ 0,53±0,01	0,97±0,01/ 0,66±0,01	0,3
Содержание хрома (под-виж. форма), мг/кг	11,4±0,1/ 12,4±0,1	16,9±0,1/ 17,2±0,1	17,2±0,1/ 11,0±0,1	19,3±0,2/ 15,4±0,1	17,7±0,2/ 17,5±0,1	6,0
Содержание никеля, мг/кг	33,7±0,2/ 34,5±0,2	31,7±0,2/ 30,8±0,2	33,8±0,2/ 31,1±0,2	29,6±0,2/ 30,9±0,2	36,6±0,2/ 33,6±0,2	85,0
Содержание мышьяка, мг/кг	7,0±0,1/ 7,2±0,1	4,9±0,1/ 4,9±0,1	5,0±0,1/ 5,5±0,1	7,1±0,1/ 7,9±0,1	5,6±0,1/ 5,8±0,1	2,0 (5–6)

Почва содержит низкое содержание основных элементов питания: фосфора и калия. Очень низка доля подвижного фосфора. Она колеблется от 1,0 до 1,2 мг/100 г почвы. Среднее содержание обменного калия колеблется в горизонте 0–10 см от 5,3 до 18,7 мг/100 г почвы, а горизонте 10–20 см от 5,0 до 9,9 мг/100 г почвы.

Почва имеет слабокислую реакцию почвенного раствора – от 5,2 до 5,8, что весьма нехарактерно для выщелоченных черноземов. В результате этого даже имеющиеся элементы питания будут усваиваться растениями слабо. На фоне данных показателей рН наблюдается повышение содержания тяжелых металлов и мышьяка, а именно: содержание элементов первой группы опасности – мышьяка и кадмия – несколько выше ПДК (с учетом фоновых концентраций), а содержание хрома, относящегося ко второй группе опасности, превышает ПДК в 2–3 раза (табл. 2).

Согласно [5] среднее содержание мышьяка в почве находится в диапазоне 5–6 мг/кг. Мышьяк и все его соединения токсичны. Агроэкологическая оценка земель на содержание мышьяка должна учитываться при размещении на них сельскохозяйственных культур. Аккумуляция кадмия в почвах также сопровождается повышением его содержания в растениях и продуктах питания. Хотя на первый взгляд содержание мышьяка и кадмия незначительно выше ПДК, следует иметь в виду, что исследованные почвы относятся к малогумусным. Малогумусные почвы неустойчивы против загрязнения; это значит, что они слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают их через себя с фильтрующимися водами. На таких почвах возрастает опасность загрязнения растений и подземных вод [5].

Кроме того, устойчивость комплексных соединений металлов с гумусовыми кислотами зависит от рН почвенного раствора. Логарифм константы устойчивости комплекса Cd(ГК)₂ повышается на 0,63 единицы на каждую единицу рН [5]. Относительно низкие значения рН почвенного раствора обуславливают переход металлов – кадмия и хрома – в подвижные формы.

Выводы

Почвы исследованного земельного участка имеют низкие показатели плодородия. Почвы характеризуются способностью к подкислению в результате антропогенного влияния. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в почвах высокое и в ряде проб превышает предельно допустимые показатели. Использование данных почв в сельскохозяйственных целях не имеет смысла, так как сопряжено с длительными процессами рекультивации. Вовлечение их в севооборот не рентабельно, да и не возможно в силу близости к природоохранной зоне водохранилища. Предлагается перевод исследованных земель в категорию рекреационного значения, что позволит с одной стороны использовать данные земли, а с другой не позволит производить на них возведение частных строений, несущих потенциальную угрозу экологическому состоянию Шершневского водохранилища.