Изменение состава и свойств чернозема оподзоленного под воздействием антропогенного фактора

Введение. В числе негативных процессов антропогенного воздействия на почвы химическое загрязнение почв выступает как опасный вид деградации экосистемы, так как оно проявляется на локальном, региональном, глобальном уровнях и затрагивает все природные среды. В процессе формирования ореола загрязнения различными веществами образуются зоны загрязнения, непосредственно влияющие на жизнеспособность всех биологических видов, а избыток загрязнителя вызывает у живых организмов опасные заболевания, последствия которых могут закрепляться на генетическом уровне.

В настоящее время загрязнение почв тяжелыми металлами приняло глобальный характер. Поступая в почву в больших количествах, тяжелые металлы способны изменять ее биологические, физико-химические свойства. Так, воздействие тяжелых металлов в первую очередь отражается на биохимических процессах в почве, в результате которых может изменяться содержание элементов минерального питания растений. Это обстоятельство является одной из причин изменения плодородия почвы в результате ее загрязнения тяжелыми металлами [1].

Цель исследования : установить степень интенсивности воздействия негативных деградационных процессов на изменение устойчивости черноземных почв земель сельскохозяйственного назначения к антропогенным воздействиям.

При этом решению подлежит следующая задача : оценить степень воздействия отходов производства и потребления на накопление тяжёлых металлов, нефтепродуктов в гумусовом пахотном слое чернозема оподзоленного.

Для выполнения поставленной цели и задачи нами были проведены систематизированные и всеобъемлющие исследования по анализу негативного воздействия агротехногенеза на состав чернозема оподзоленного сельскохозяйственных земель на территории Орловской области.

Сельскохозяйственное использование почв всегда приводит к существенным нарушениям экологического равновесия. Это сопровождается увеличением неравновесности состояния систем и увеличением риска их деградации. В ряде случаев, особенно, при неправильном использовании почв и выборе систем земледелия такой риск является чрезмерным. Для предотвращения негативных явлений, связанных с сельскохозяйственным использованием земель, необходима оценка экологической устойчивости почв и ландшафтов, оценка экологического риска применяемых систем земледелия и любых антропогенных воздействий на почву [3].

В связи с этим исследование характера антропогенного воздействия на плодородие черноземов Ливенского района Орловской области на земельном участке сельскохозяйственного назначения и установление степени деградационных изменений, содержание тяжелых металлов, бенз(а)пирена, нефтепродуктов является актуальным.

Результаты и их обсуждение. Изучение интенсивности загрязнения черноземных почв необходимо начинать с анализа техногенной ситуации пахотного горизонта для установления состава и степени техногенного накопления тяжелых металлов, бенз(а)пирена и нефтепродуктов.

Согласно данным таблицы 1, полученных на основании анализа проб почв и установленных результатов по количеству подвижных форм тяжелых металлов, бенз(а)пирена и нефтепродуктов в пахотном слое чернозема, можно установить следующие градации степени изменения в концентрации загрязняющих веществ и превышения их содержания относительно предельно допустимого уровня. Так, нами установлено, что в четырех пробах почвы (№№ 3, 4, 5, 6) показано превышение ПДК в содержании меди: от 2,81±0,41 мг/кг до 3,96±0,63 мг/кг (ПДК не выше 3 мг/кг), а в пробах почвы №№ 3, 4, 7, 8 показано превышение ПДК в содержании подвижного никеля: от 4,21±0,96 мг/кг до 7,09±1,63 мг/кг (ПДК не выше 4,0 мг/кг).

Таблица 1 – Содержание тяжелых металлов, бенз(а)пирена, нефтепродуктов в гумусовом слое чернозема оподзоленного (0-20 см)

Во всех проанализированных пробах черноземной почвы, измененной антропогенным воздействием, установлено превышение предельно допустимой концентрации в содержании тяжелых металлов в пахотном слое чернозема оподзоленного контрольной пробы сельскохозяйственных земель, ненарушенных антропогенным воздействием, в частности, показано значительное превышение по содержанию кобальта в 17,5 – 216 раз, от 0,68±0,16 мг/кг до 1,73±0,03 мг/кг, в восьми пробах почвы (№№ 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) установлено превышение по содержанию марганца в 2,9-5,1 раза по сравнению с контрольной пробой. Особого внимания заслуживают данные, отражающие степень накопления подвижных форм свинца, цинка, меди и мышьяка в пахотном слое антропогенно измененных черноземных почв. Так, в двух пробах почвы №2 и №9 установлено превышение содержания свинца в 113-380 раз в сравнении с их количеством в контрольной пробе. Во всех изученных пробах почвы показано превышение содержания подвижного цинка в 870-7675 раз в сравнении с их количеством в контрольной пробе. Проведенные исследования по изучению интенсивности накопления подвижной меди и мышьяка показали, что во всех пробах антропогенно измененной почвы доказано превышение содержания меди в 1,57 раз в сравнении с контрольной пробой почвы (0,54±0,09 мг/кг), а в пробах почвы №№ 3-8 показано накопление мышьяка, превышающее предельно допустимый уровень в 1,3-2,1 раза.

Интерес представляют данные, отражающие степень загрязнения почв бенз(а)пиреном, поскольку бенз(а)пирен относится к веществам 1 класса опасности, обладает канцерогенным действием, свойствами биоаккумуляции и мутагенности, опасен для человека и животных даже в самых низких концентрациях. Нами доказано, пространственное изменение количества бенз(а)пирена и очагов загрязнения в исследуемой почвенной территории. Так, в четырех исследуемых пробах почвы (№№ 3, 4, 5, 6) установлено превышение в содержании бенз(а)пирена в сравнении с контрольной пробой почвы незагрязненной территории в 1,8-45 раз (0,022±0,08 -0,90±0,33 мг/кг). При этом загрязнение нефтепродуктами в двух исследуемых пробах почвы (№11 и №12) не установлено.

Следует понимать, что тяжелые металлы, как загрязнители, в десятки и сотни раз превышают нормальное (среднестатистическое) или фоновое содержание в незагрязненных ландшафтах и их нельзя соотносить с микроэлементами, необходимыми для развития растений, т.к. их содержание в клеточном веществе ничтожно мало [2]. Тяжелые металлы способны накапливаться в тканях растений, достигая уровней высокой токсичности, что приводит к нарушению жизненных функций и гибели организма. Таким образом, значительно снижается биопродуктивность сельскохозяйственных угодий [4]. Кобальт, медь, цинк, свинец в высоких концентрациях оказывают влияние на организмы теплокровных животных и человека посредством ингибирования ферментов, нарушения обмена веществ, повреждений нервной системы, отравления, канцерогенного воздействия и т.д. Особую опасность для здоровья человека и животных представляют соединения мышьяка, которые, также, отрицательно влияют на санитарное состояние почвы. Мышьяк – ядовитое вещество, ингибирует ферменты, негативно влияет на метаболизм, оказывает канцерогенное воздействие [3].

Заключение. В результате анализа полученных данных по оценке степени антропогенного изменения в содержании тяжелых металлов, бенз(а)пирена и нефтепродуктов в почвенных образцах земельного участка сельскохозяйственного назначения можно сделать вывод о значительном загрязнении почвы тяжелыми металлами, бенз(а)пиреном, что подтверждает факт порчи (ухудшения свойств) пахотного плодородного слоя чернозема оподзоленного.