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.
Мониторинг, почва, водорастворимый фтор, содержание, загрязнение, миграция, реперные участки, минусинская лесостепь
Короткий адрес: https://sciup.org/140256955
IDR: 140256955 | УДК: 631.416.546.16 | 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
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.
