Мониторинг содержания фтора в почвах Минусинской лесостепи Красноярского края

Автор: Волошин Евгений Иванович, Сергеев Александр Петрович, Юферова Екатерина Владимировна

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Рубрика: Агрономия

Статья в выпуске: 6, 2021 года.

Бесплатный доступ

В Минусинской лесостепи Красноярского края на содержание и пространственное распределение водорастворимого фтора в агроценозах оказывают влияние химический состав почвообразующих пород, условия почвообразования, свойства почв, сельскохозяйственное использование земель и техногенные факторы. На обследованных в 1999 г. пахотных почвах содержание фтора колебалось от 0,2 до 8,9 мг/кг при среднем значении 0,9 мг/кг. В 2016 г. содержание фтора в 0-20 см слое почв увеличилось в 1,1-1,7 раза. Повышению содержания фтора в почвах способствуют техногенные выбросы Саяногорского и Хакасского алюминиевых заводов ОАО «Русал Саяногорск». На уровень накопления фтора в почвах влияют нагрузка техногенных выбросов на сельскохозяйственные земли, удаленность от предприятий и погодные условия. На многолетних кормовых травах и необрабатываемых сельскохозяйственных землях степень загрязнения почв фтором выражена сильнее. Под влиянием алюминиевых заводов в Шушенском районе сформировалась фторидная геохимическая аномалия с содержанием фтора на площади 1,35 тыс. га на уровне 0,5-1,0 ПДК. На реперных участках локального мониторинга в 2016 г. содержание водорастворимого фтора в 0-20 см слое почв увеличилось в 1,3-3,3 раза. Наиболее высокие концентрации фтора наблюдаются на участках в Шушенском и Минусинском районах, расположенных на небольшом расстоянии от источников загрязнения почв. Общей закономерностью для черноземов, серых лесных и среднедерновой почвы является пониженное содержание фтора в верхнем горизонте и его увеличение в почвообразующей породе. В 2016 г. в сравнении с 1999 г. среднее содержание фтора в профиле черноземов увеличилось в 1,6-5,5 раза, серых лесных и среднедерновой почве в 1,3 раза. Максимальное количество водорастворимого фтора накапливается в нижней части почвенного профиля, что свидетельствует о высокой степени миграции микроэлемента в разных ландшафтах агроценозов.

Еще

Мониторинг, почва, водорастворимый фтор, содержание, загрязнение, миграция, реперные участки, минусинская лесостепь

Короткий адрес: https://sciup.org/140256955

IDR: 140256955   |   DOI: 10.36718/1819-4036-2021-6-71-78

Текст научной статьи Мониторинг содержания фтора в почвах Минусинской лесостепи Красноярского края

Введение. Фтор принимает участие в минеральном питании растений [1]. В умеренных концентрациях микроэлемент оказывает положительное влияние на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур. Высокие концентрации фтора в почвах агроценозов уменьшают урожайность растений и ухудшают качественные показатели растениеводческой продукции [2].

На содержание и пространственное распределение фтора в почвах сельскохозяйственных угодий оказывают влияние его концентрация в материнских породах, направленность и интенсивность почвообразовательных процессов, агрофизические и агрохимические свойства почв [3–5].

Поступление фтора в агроценозы в основном происходит за счет атмосферных выбросов промышленных предприятий. Основными источниками загрязнения сельскохозяйственных земель фторидами являются предприятия цветной металлургии, по переработке полезных

ископаемых, ТЭЦ, систематическое использование в сельском хозяйстве фторсодержащих агрохимикатов [3, 5–10]. Техногенные источники фторидного загрязнения оказывают негативное влияние на агроэкологическое состояние сельскохозяйственных угодий.

Количество фтора в экосистеме служит информативным показателем обеспеченности этим элементом человека и животных. При пониженном или избыточном поступлении фтора в их организм возникают гипофтороз, флюороз и другие заболевания [11]. Дефицитное и повышенное содержание фтора в экосистеме наносит большой вред состоянию здоровья населения и животных.

В агрохимической службе при проведении эколого-токсикологического мониторинга в почвах определяют водорастворимую форму фтора как наиболее миграционную и доступную для растений. Водорастворимая форма фтора в значительной степени контролирует поведение элемента в системе почва – растение . Прове-

Таблица 1

Агрохимическая характеристика 0–20 см слоя пахотных почв юга Красноярского края

Район

Площадь обследования, тыс. га

Средневзвешенное содержание

Гумус, %

pHKCI

Подвижный фосфор

Обменный калий

мг/кг

Ермаковский

44,4

6,5

5,4

164

78

Идринский

55,3

8,2

6,0

161

118

Каратузский

65,3

7,1

5,6

168

84

Краснотуранский

109,5

6,6

6,2

172

119

Курагинский

86,3

7,1

6,0

160

94

Минусинский

118,6

4,3

6,6

203

123

Шушенский

49,6

3,9

6,2

224

87

По зоне

529,0

6,1

6,1

179

105

Таблица 2

Район

Количество образцов, шт.

Год исследования

1999

2016

min–max

Среднее

min–max

Среднее

Ермаковский

250

0,2–2,0

0,7

0,4–4,3

1,0

Идринский

776

0,3–2,6

0,8

0,4–4,0

1,0

Каратузский

311

0,3–1,7

0,7

0,4–3,6

1,2

Краснотуранский

676

0,3–2,5

0,8

0,5–3,7

1,1

Курагинский

259

0,3–1,7

0,9

0,3–3,7

1,0

Минусинский

640

0,5–3,7

1,2

0,5–3,9

1,3

Шушенский

376

0,3–8,9

1,3

0,7–8,9

2,2

По зоне

3288

0,2–8,9

0,9

0,3–8,9

1,2

Примечание: предельно допустимая концентрация (ПДК) водорастворимого фтора в почвах равна 10 мг/кг [15].

Таблица 3

Содержание водорастворимого фтора в 0–20 см слое почв реперных участков, мг/кг

Номер РУ

Административный район

Тип, подтип почвы

Год исследования

1999

2016

1

2

3

4

5

4

Ермаковский

Светло-серая лесная

0,7

0,9

14

Ермаковский

Среднедерновая оподзоленная

1,6

2,1

7

Идринский

Чернозем выщелоченный

0,9

1,6

19

Каратузский

Светло-серая лесная

1,3

1,8

5

Краснотуранский

Чернозем выщелоченный

0,5

1,3

10

Краснотуранский

Чернозем обыкновенный

0,8

1,3

Окончание табл. 3

1

2

3

4

5

8

Курагинский

Серая лесная

1,3

2,1

13

Курагинский

Чернозем выщелоченный

1,0

2,7

1

Минусинский

Чернозем обыкновенный

1,5

1,9

11

Минусинский

Чернозем выщелоченный

1,3

4,3

12

Минусинский

Чернозем обыкновенный

1,7

2,7

3

Шушенский

Чернозем выщелоченный

1,3

1,8

17

Шушенский

Чернозем обыкновенный

2,4

5,9

Таблица 4

Номер РУ

Тип, подтип почв

Глубина отбора образцов, см

Гумус, %

pHКCl

Физическая глина, %

Год исследования

1999

2016

1

2

3

4

5

6

7

8

7

Чернозем выщелоченный

0–20

6,0

5,7

47,6

0,9

1,6

20–40

5,8

5,8

48,9

0,7

1,9

40–60

2,3

6,0

45,8

0,9

2,7

60–80

4,2

6,1

44,4

1,1

3,4

80–100

4,6

6,4

40,5

1,5

4,0

5

Чернозем выщелоченный

0–20

3,7

5,6

36,9

0,5

1,3

20–40

3,7

5,7

40,3

0,5

1,9

40–60

1,4

5,9

38,7

1,3

2,4

60–80

1,4

6,2

35,4

1,6

3,0

80–100

1,1

6,5

33,1

2,3

4,1

10

Чернозем обыкновенный

0–20

6,0

6,1

37,9

0,8

1,3

20–40

4,8

6,2

27

0,8

1,5

40–60

1,1

6,5

39,3

1,1

2,8

60–80

1,1

6,7

37,3

1,4

3,1

80–100

1,1

6,9

34,7

1,9

3,9

13

Чернозем выщелоченный

0–20

10,1

5,6

37,4

1,0

2,7

20–40

10,4

5,7

39,3

1,5

2,3

40–60

3,7

5,9

43,5

1,2

2,3

60–80

1,2

6,2

35,6

1,2

3,6

80–100

0,9

6,6

33,1

1,3

4,5

1

Чернозем обыкновенный

0–20

2,3

6,2

23,3

1,5

1,9

20–40

2,3

6,4

26,2

1,3

1,5

40–60

1,2

6,7

35,1

1,5

2,1

60–80

1,1

6,9

32,5

1,9

2,3

80–100

1,1

7,0

24,5

2,2

3,3

11

Чернозем выщелоченный

0–20

3,4

5,5

33,9

1,3

4,3

20–40

1,7

5,8

32,6

1,2

3,9

40–60

2,0

6,0

27,2

1,6

3,8

60–80

1,0

6,4

32,9

1,3

4,8

80–100

0,7

6,6

29,3

1,3

5,2

Окончание табл. 4

1

2

3

4

5

6

7

8

12

Чернозем обыкновенный

0–20

3,3

6,2

32,8

1,7

2,7

20–40

2,4

6,3

32,1

1,6

3,7

40–60

1,1

6,4

37,2

1,9

4,0

60–80

0,7

6,6

32,7

1,9

5,1

80–100

0,6

6,8

28,4

2,9

5,2

3

Чернозем выщелоченный

0–20

5,6

5,6

35,6

1,3

1,8

20–40

3,7

5,8

34,1

0,8

1,2

40–60

1,1

6,2

21,9

0,7

1,1

60–80

1,1

6,4

22,8

1,0

1,5

80–100

1,1

6,7

22,5

0,7

2,2

17

Чернозем обыкновенный

0–20

7,1

6,1

21,3

2,4

5,9

20–40

7,4

6,4

25,9

1,7

5,0

40–60

7,5

6,5

21,5

2,3

5,2

60–80

7,7

7,1

19,2

2,2

3,3

80–100

7,8

7,3

23,2

1,9

4,4

Таблица 5

Профильное распределение водорастворимого фтора в серых лесных и среднедерновой почвах, мг/кг

Номер РУ

Тип, подтип почв

Глубина отбора образцов, см

Гумус, %

pH ксI

Физическая глина, %

Год исследования

1999

2016

1

2

3

4

5

6

7

8

4

Светло-серая лесная

0–20

2,3

5,4

43,5

0,7

0,9

20–40

2,3

5,5

43,4

0,6

1,1

40–60

1,2

5,9

37,6

0,7

1,1

60–80

1,1

6,0

24,9

0,8

1,3

80–100

1,1

6,4

35,1

0,8

1,6

19

Светло-серая лесная

0–20

2,3

5,3

34,8

1,3

1,6

20–40

2,1

5,4

35,4

1,2

1,6

40–60

0,5

5,7

30,6

1,1

1,6

60–80

0,5

5,9

24,9

1,0

1,7

80–100

0,5

5,9

23,4

1,2

1,7

8

Серая лесная

0–20

4,4

5,1

41,4

1,2

1,1

20–40

1,1

5,2

41,6

1,3

1,2

40–60

1,1

5,3

33,1

1,3

1,2

60–80

1,1

6,4

24,2

1,3

1,5

80–100

1,1

6,5

19,3

1,3

1,8

Окончание табл. 5

1 2 3 4 5 6 7 8 14 Среднедерновая оподзоленная 0–20 4,4 5,1 36,8 1,0 1,1 20–40 3,3 5,2 37,9 1,1 1,5 40–60 2,7 5,2 39,6 1,2 1,4 60–80 1,1 5,6 33,9 1,2 1,7 80–100 1,1 5,9 32,9 1,2 1,9 дение постоянных мониторинговых наблюдений на территориях локального загрязнения фтором позволяет оценить уровень накопления фтора в почвах, растениях и разработать мероприятия по улучшению экологического состояния сельскохозяйственных земель

Цель исследований. Экологическая оценка содержания водорастворимого фтора в пахотных почвах Минусинской лесостепи Красноярского края.

Объекты и методы исследований . Минусинская лесостепная зона находится в южной земледельческой части Красноярского края. В эту природную зону входят лесостепная, подтаежная и степная подзоны, которые характеризуются специфической растительностью, особенностями почвенного покрова и климата. Сумма среднесуточных температур выше 10 °С по зоне колеблется от 1600 до 2039 °С, продолжительность безморозного периода составляет 97–109 дней. Среднегодовая сумма осадков равна 322–600 мм.

Почвенный покров пахотных угодий характеризуется большим разнообразием. Преобладающими почвами являются черноземы, которые занимают 85 % обследованной площади. Серые лесные, дерново-подзолистые, интразо-нальные и другие почвы распространены на 15 % пашни [12]. Агрохимическая характеристика почв по административным районам зоны представлена в таблице 1. Почвы агроценозов различаются по уровню потенциального и эффективного плодородия. Среди пахотных угодий преобладают почвы с повышенным содержанием гумуса и нейтральной реакцией среды. Обеспеченность почв подвижным фосфором средняя, калием повышенная.

Эколого-токсикологическое обследование почв на содержание водорастворимого фтора и исследование на реперных участках локального мониторинга проводили согласно принятым в агрохимической службе методическим указаниям [13]. Водорастворимый фтор в почвенных образцах определяли с помощью ионоселективного электрода.

Результаты исследований и их обсуждение . Содержание и пространственное распределение водорастворимого фтора в почвах Минусинской лесостепной зоны зависят от концентрации элемента в почвообразующих породах, условий почвообразования, погодных условий, свойств почв, вида сельскохозяйственных угодий и техногенных факторов. На обследованной в 1999 г. территории содержание фтора в верхнем горизонте варьировало от 0,2 до 8,9 мг/кг, или в 44,5 раза. В 2016 г. в пахотных почвах

разных районов лесостепной зоны произошло небольшое увеличение содержания водорастворимого фтора (табл. 2). В сравнении с пашней многолетние кормовые угодья и необрабатываемые сельскохозяйственные земли характеризуются более высоким содержанием фтора. В разные годы обследования среднее содержание фтора в незагрязненных почвах находилось на уровне 0,9–1,2 мг/кг, что соответствовало фоновым значениям элемента (0,5–2,5 мг/кг) в агроценозах Сибири [3–5, 6]. На территории

Шушенского района формируется фторидная геохимическая аномалия, в которой содержание фтора на площади 1,35 тыс. га колеблется в пределах 0,5–0,9 ПДК. Повышению содержания фтора по розе ветров способствуют выбросы Саяногорского и Хакасского алюминиевых заво-

дов, находящихся на территории Республики Хакасия. По данным Института географии СО РАН [14], в последние годы производство алюминия на этих предприятиях увеличилось в несколько раз, возросла техногенная нагрузка на экосистему.

Содержание водорастворимого фтора в 0–20 см слое почв Минусинской лесостепной зоны, мг/кг

Черноземы выщелоченные и обыкновенные реперных участков локального мониторинга характеризуются неодинаковым уровнем плодородия и отличаются по содержанию водорастворимого фтора в профиле почв (табл. 3). Различия в содержании фтора в черноземах связаны с особенностями почвообразовательного процесса в лесостепной зоне, разной концентрацией элемента в почвообразующих породах, погодными условиями и рельефом территории реперных участков. Общей закономерностью для черноземов является пониженное содержание фтора в

верхнем горизонте почв и его увеличение в нижней части профиля. В 2016 г. среднее содержание водорастворимого фтора в профиле этих почв увеличилось в сравнении с 1999 г. в 1,3– 5,5 раза. Наиболее высокие концентрации фтора наблюдаются на реперном участке № 17 Шушенского района, находящемся на небольшом расстоянии от источников загрязнения. Максимальное количество фтора в черноземах отмечается в нижней части профиля, что связано с увеличением количества карбонатов и появлением легкорастворимых солей [3].

Распределение водорастворимого фтора в профиле черноземов, мг/кг

В серых лесных и среднедерновой почвах варьирование содержания водорастворимого фтора в почвенном профиле выражено слабее в сравнении с черноземами (табл. 5). В 2016 г. по сравнению с 1999 г. среднее содержание водорастворимого фтора в профиле этих почв увеличилось в 1,3 раза. В разных почвах реперных участков максимальное содержание водо-

растворимого фтора накапливается на глубине 80–100 см, что свидетельствует о высокой миграционной способности этого элемента. В профиле почв реперных участков содержание гумуса, физической глины и реакция почвенного раствора (r=0,15–0,27) оказали слабое влияние на концентрацию водорастворимого фтора.

Заключение. На содержание и пространственное распределение водорастворимого фтора в почвах Минусинской лесостепной зоны оказывают влияние концентрация элемента в почвообразующих породах, условия почвообразования, свойства почв, погодные условия, вид сельскохозяйственных угодий и техногенные факторы. Среднее содержание фтора на площади 529,0 тыс. га равно 1,2 мг/кг при колебаниях от 0,2 до 8,9 мг/кг. На территории Шушенского района формируется фторидная геохимическая аномалия с содержанием фтора в почвах на площади 1,35 тыс. га на уровне 0,5–0,9 ПДК. Повышению содержания фтора в почвах способствуют техногенные выбросы Саяногорского и Хакасского алюминиевых заводов ОАО «Русал Саяногорск». За 17-летний период наблюдений содержание фтора в профиле разных почв реперных участков локального мониторинга увеличилось в 1,3–5,5 раза. Максимальное содержание фтора отмечается в нижней части профиля почв, что свидетельствует о высокой степени миграции микроэлемента в разных ландшафтах агроценозов.

Список литературы Мониторинг содержания фтора в почвах Минусинской лесостепи Красноярского края

  • Cabata-Pendias A. Trase Elements in Soils and Plants. 4th Edition. Bosa Raton, FL: Crs Press, 2010. 548 p.
  • Шелепова О.В., Потатуева Ю.А. Агроэко-логическое значение фтора // Агрохимия. 2003. № 9. С. 78-87.
  • Егунова Н.А. Мониторинг экологического состояния почв в зоне техногенного воздействия Саяногорского алюминиевого завода. Абакан: Изд-во Хакас. гос. ун-та им. Н.Ф. Катанова, 2009. 116 с.
  • Конарбаева Г.А. Галогены в почвах юга Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. 200 с.
  • Танделов Ю.П. Фтор в системе почва - растение. Красноярск, 2012. 146 с.
  • Антонов И.С, Чарков С.М., Градобоева Н.А. и др. Мониторинг фторидного состояния аг-роэкосистем в зоне деятельности Саяногорского алюминиева завода. Абакан: Изд-во Хакас. гос. ун-та им. Н.В. Катанова, 2006. 142 с.
  • Косицина А.А. Влияние водорастворимого фтора на загрязнение почв и растений: ав-тореф. дис. ... канд. биол. наук. Красноярск, 2009. 16 с.
  • Якименко В.Н., Конарбаева Г.А., Бойко В.С. и др. Изменения содержания фтора в почвах лесостепи при сельскохозяйственном использовании // Агрохимия. 2020. № 4. С. 38-46.
  • Davydova N.D., Znamenskaya T.I., Lopat-kin DA. Identification of chemical elements as pollutants and their primary distribution in steppes of the Southern Minusinsk Depression // Contemporary Problems of Ecology. 2013. Vol. 6, N 2. P. 228-235.
  • Lakshmi D.V., Rao K.J., Ramprakash., Red-dyA.P.K. Monitoring of fluoride content in surface soils used for crop cultivation in Ramannapet Mandal of Nalgonda district, Telangana, India // Environ. Inter. J. Sci. Tech. 2016. V. 11. N 2-4. P. 59-67.
  • Скальный А.В. Микроэлементы. Изд. 4-е, доп., перераб. М., 2018. 295 с.
  • Крупкин П.И. Черноземы Красноярского края. Красноярск, 2002. 332 с.
  • Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: Росинформагротех, 2003. 240 с.
  • Давыдова Н.Д., Знаменская Т.И. Загрязнение степных геосистем Южно-Минусинской котловины фторидами при производстве алюминия // География и природные ресурсы. 2016. № 1. С. 55-61.
  • Гигиенические нормативы ГН 2.1.7. 2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. М., 2006.
Еще
Статья научная