Оценка состояния пахотных почв в результате применения комплексных удобрений на основе мелассы

Вве^ение. Внесение в пашню удобрений, мелиорантов не соответствующим требованиям нормативных документов приводит к негативным последствиям: сни^ению в почвенном покрове элементов питания и, соответственно, уровня плодородия почв, развитию деградации пахотных угодий и, как следствие, сокращению уро^айности сельскохозяйственных культур.

Цель иссле^овани^: Цель исследований: оценить состояние пашни после внесения комплексных удобрений на основе мелассы.

Услови^, материалы и мето^ы. Исследования проводились по данным Орловского филиала ФГБУ «Центральная научно-методическая ветеринарная лаборатория».

Был проведен анализ образцов почв, нарушенных в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы. На земельные участки площадью 103,5 га и 53 га внесли 1200 тонн комплексного удобрения на основе продукта переработки мелассы.

Для оценки степени загрязнения почв тя^елыми металлами было отобрано 5 образцов почв; для агрохимического анализа с четырех участков - 18 проб почв из которых 4 контрольных.

^грохимическое обследование почвенного покрова проводилось согласно «Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения» (ФГНУ «Росинформагротех», 2003) [3].

V ГОСТ 26210-91 «Почвы. Определение обменного калия по методу Масловой».

V ГОСТ 26213-91 «Почвы. Методы определения органического вещества».

V ГОСТ Р 54650-2011 «Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИН^О».

V ГОСТ 26483-85 «Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИН^О».

V М-МВИ-80-2008 «Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отло^ений методами атомноэмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии».

V Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель / ^. С. Яковлев, В. Н. Шептухов, Ю. М. Матвеев, Т. В. Решетина, Е. В. Каплунова, ^. Д. Фокин, Н. П. Сорокина, В. С. Горбатов, С. И. Решетников, О. ^. Макаров // Сборник нормативных актов «Охрана почв». – М.: РЭФИ^, 1996.

V Методические указания по определению тяжёлых металлов в почвах сельхозугодий от 10.03.1992; М.1982 ЦИН^О 157с.

Определение степени загрязнения тя^ёлыми металлами проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.06-86; ГОСТ 17.4.3.03-85; ГОСТ 17.4.1.02-83; ГОСТ 17.4.3.01-83; ГОСТ 17.4.4.02-84; ГОСТ 28168-89; ГОСТ 17.4.1.03-84; ГОСТ 17.4.2.01-81.

Результаты и обсуждение.

Одна из глобальных экологических проблем - загрязнение почв в том числе и пахотных угодий тя^елыми металлами, так как они накапливаются в растительности и ^ивотных организмах, не подвергаются деструкции и способны активно включатся в биологический круговорот. В результате сельскохозяйственного использования в пахотных угодьях накапливаются тя^елые металлы, которые да^е в незначительных количествах приводят к нарушению функций ^ивых организмов. Тя^елые металлы и другие загрязняющие вещества попадают в почвенный покров и аккумулируются в нем из водной, воздушной сред обитания и органических остатков.

^нализ содер^ания подви^ных форм тя^елых металлов во всех изучаемых образцах не показал превышения предельно допустимых концентраций. По уровню подви^ных форм кобальта самая высокая концентрация фиксировалась в образцах №1 и № 2–1,24 и 1,32 мг/кг соответственно (рисунки 1, 2)

2,5

1,5

0,5

Кобальт Медь Мышьяк Никель Свинец Цинк

Рисунок 1 - Содер^ание тя^елых металлов в пахотных угодьях в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы, мг/кг

Из всех изученных элементов было установлено самое высокое содер^ание марганца в почве по сравнению с другими элементами. Содер^ание свинца, цинка, меди оказалось не значительно, и только концентрация мышьяка в пробах №№ 2, 4 составила 1,97 и 1,88 мг/кг. В пробах №№ 1–4 содер^ание марганца было в пределах 70,65-114,91 мг/кг, превышение фонового значения на 9,7 – 15,7 раз.

72,69

114,91

70,65

106,16

7,31

Марганец

■ Проба 1 ■ Проба 2 ■ Проба 3 ■ Проба 4 Проба 5

Рисунок 2 - Содер^ание марганца в пахотных угодьях в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы, мг/кг

Особенность организации сельскохозяйственного производства на загрязненных почвах заключается в получении актуальной, полной и достоверной информации об уровне накопления в почве загрязняющих веществ, в том числе тя^елых металлов.

Степень загрязнения почв тя^елыми металлами определяется соотношением фактического содер^ания загрязнителя в почве и величиной допустимой концентрации или фонового содер^ания; степенью опасности химических веществ и наличием полиэлементных аномалий в почвенной среде [5].

Рассчитанный коэффициент концентрации тя^елых металлов в почвенном покрове показал превышение подви^ных форм кобальта по сравнению с контрольной пробой в 20-44 раза, мышьяка в 188-197 раз, свинца в 50-156,67 раз, цинка в 60-780 раз. Количество марганца в нарушенных почвах превышало фоновое значение в 9,66-15,72 раза, а меди в 2-3,75 раз. (таблица 1).

Таблица 1 - Оценка уровня концентрации и степени загрязнённости почв

№ п/п	Наименование показателя	Коэффициент концентрации	Проба				Фон
			1	2	3	4
1	Кобальт	К контроль	41,33	44,00	20,00	33,33	0,03
2	Марганец	К контроль	9,94	15,72	9,66	14,52	7,31
3	Медь	К контроль	2,00	3,75	3,75	2,38	0,08
4	Мышьяк	К контроль	1,00	197,00	1,00	188,00	<0,01
5	Никель	К контроль	1,00	1,15	1,33	1,01	0,99
6	Свинец	К контроль	120,00	50,00	1,00	156,67	< 0,006
7	Цинк	К контроль	320,00	340,00	780,00	60,00	<0,001
	Zc	контроль	495,27	651,62	816,74	455,91

Суммарный показатель загрязнения почвы тя^елым металлами в пробах показывает чрезвычайно высокую степень загрязнения по сравнению с контрольным вариантом и находится в пределах 455,91-816,74 ед.

Таким образом, установлены высокие уровни превышения и значительные коэффициенты аномальности и коэффициент суммарного их накопления тя^елых металлов в почве, в сравнении с контролем, что указывает на возникновение токсичного уровня их концентрации и губительного действия на организмы: канцерогенного, мутагенного, ингибирующего и как результат -ухудшение состояния и сни^ение плодородия почвы [1].

Данные, полученные по итогам агрохимического анализа проб почв чернозёма оподзолённого, являются доказательством изменения в составе и свойствах изучаемого объекта исследования (рисунки 3-6).

Отмечено подщелачивание почвенного покрова в результате внесения комплексного удобрения на основе мелассы. В контрольных вариантах величина рН (солевая вытя^ка) была в пределах от 4,74 до 7,8 ед. и только в 5 и 6 вариантах реакция среды была среднекислая и близко к нейтральной, в остальных вариантах - нейтральная и слабощелочная.

Рисунок 3 - Величина рН, ед.

Изменение реакции почвенной среды в сторону подщелачивания оказывает влияние на состояние гумусовых веществ почвы и процесс накопления питательных элементов.

^нализ почвенного покрова по содер^анию гумуса показал сни^ение концентрации на 0,24-0,96% с 6,07% в контрольной пробе почвы до 5,11% в нарушенных почвах. Потери гумуса колебались в пределах 3,95-15,8% от содер^ания органического вещества в ненарушенных почвах. Выявлено резкое сни^ение органического вещества (гумуса) во всех анализируемых пробах почвы по сравнению с контрольными образцами на ненарушенных землях на 78,7% и 93,52% с колебаниями сни^ения от 53,5% до 91,9% от среднего содер^ания органического вещества в контрольной пробе, что составляет 6,41-1,23%.

Рисунок 4 - Содержание гумуса в пахотных угодьях в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы, %

Внесение комплексного удобрения на основе мелассы спровоцировало сни^ение содер^ания подви^ных форм фосфора. Так на нарушенных участках подвижных форм фосфора достигало 31,9-64,3% от количества подвижного фосфора в ненарушенных почвах.

Рисунок 5 - Содержание подвижных форм фосфора, мг/кг

В загрязненной почве отмечается резкое увеличение содер^ания обменного калия, величина которого возросла в 6,5-10,5 раз или на 2895 мг/кг почвы. Самые высокие значения калия были в 10 пробах из 18 изучаемых, при этом в образцах №№1, 2, 3, 4, 8, 10, 11, 13, 17, 18 содер^ание калия было в пределах 981 - 9828 мг/кг почвы.

Рисунок 6 - Содержание обменного калия в пахотных угодьях в результате внесения комплексных удобрений на основе мелассы, мг/кг

Считаем, что резкое возрастание обменного калия могло обусловить изменение реакции среды почвы в сторону сни^ения её кислотности и увеличение щелочности.

Сни^ение уровня почвенного плодородия является показателем деградации почв. Развитие деградационных процессов земель мо^ет быть вызвано так^е и химическим загрязнением. Изменение химического состава почв под влиянием деятельности человека приводит к ухудшению качества земель и уровня плодородия почв [4].

Результаты расчета степени химической деградации почвенного покрова в результате внесения комплексного удобрения на основе мелассы показывают, что по содер^анию подви^ных форм калия только на участке № 2 почва очень сильно деградирована, на остальных участках — недеградирована; по содержанию подвижных форм фосфора на участках №3 №4 - сильно деградированная и очень сильно деградированная почва (таблица 2).

Оценка степени деградации почв по содер^анию гумуса показала, что средне и сильно деградированная почва - на участках №1,3 и №№2,4 соответственно, по величине рН на всех изучаемых участках почва не деградированные.

Таблица 2 - Оценка степени химической деградации почв

№ участка	Тип участка*	Глубина взятия образца, см	рН, ед.	Среднее/Кратность сни^ения Степень деградации**
				фосфор, мг/кг почвы	калий, мг/кг почвы	гумус, %
1	ННУ	0–20	4,74/- –	138,9/ -	305/ -	6,07/ -
	^НУ	0–20	7/0,63 НД	92,9/1,5 СлД	2143/0,15 НД	2,93/2,0 СрД
2	ННУ	0–20	6,75/- –	91,9/ -	2310/ -	6,43/ -
	^НУ	0–20	6/1,13 НД	87,7/1,05 НД	191,5/12,06 ОСилД	2,4/2,7 СилД
3	ННУ	0–20	6,66/- –	114,4/ -	981/ -	6,79/ -
	^НУ	0–20	7,9/0,84 НД	39,7/2,9 СилД	1605/0,6 НД	3,8/1,8 СрД
4	ННУ	0–20	7,8/- –	115,1/ -	3120/ -	6,33/ -
	^НУ	0–20	7,5/1,04 НД	18,2/6,32 ОСилД	3244/0,96 НД	2,8/2,3 СилД

Примечание . * ННУ - ненарушенный участок, АНУ - антропогенно нарушенный участок, ** НД -недеградированная, СлД – слабодеградированная, СрД – среднедеградированная, СилД – сильнодеградированная, ОСилД – очень сильно деградированная.

Скорость развития деградационных процессов характеризует величина — период деградации, являющаяся обратной скорости деградации (таблица 3). [6]

Таблица 3 - Результаты расчёта периода химической деградации почв

Показатель	Номер участка
	1	2	3	4
Гумус	29,7	37,9	211,3	38,96
Подви^ный фосфор	124,1	0175,1	312,2	49,5
Обменный калий	0 -0,13	48,7	0-1,25	0-20,13
Свинец	0-910	0-2210	0	0-695
Цинк	03448	03244	01412	018643
Мышьяк	0	025,5	0	026,7
Медь	08249	02999	02999	05999
Никель	0	02657	01207	03986
Кобальт	020,63	019,35	040,8	025,7
Марганец	053,4	032,5	055,1	035,3

Данные, приведенные в таблице 3, свидетельствуют, что в данный момент времени почвы на анализируемых участках по всем изучаемым тя^елым металлам не деградированные, и только по содер^анию питательных элементов и гумуса отмечается развитие деградационных процессов. Так^е мо^но отметить по содер^анию основных элементов питания, что если не принимать никаких мер, то в бли^айшие 7,9 – 9,5 лет почва изучаемых участков перейдет в разряд деградированных.

Выводы. Анализ содержания подвижных форм тяжелых металлов во всех изучаемых образцах не показал превышения предельно допустимых концентраций. Коэффициент концентрации тя^елых металлов в почвенном покрове, загрязненном комплексным удобрением на основе мелассы, показал превышение подви^ных форм кобальта по сравнению с контрольной пробой в 20-44 раза, мышьяка в 188-197 раз, свинца в 50-156,67 раз, цинка в 60-780 раз.

Суммарный показатель загрязнения почвы тя^елыми металлами выявил чрезвычайно высокую степень загрязнения в пределах 455,91-816,74 ед. Отмечено возрастание величины рН от средней реакции среды в контрольной почве до слабощелочной во всех пробах нарушенных земель; сни^ение в содер^ании гумуса во всех анализируемых пробах почвы на 0,24-0,96%, потери гумуса колебались в пределах 3,95-15,8% от исходного содер^ания органического вещества в ненарушенных почвах. Установлено резкое сни^ение фосфатного ре^има во всех анализируемых почвенных пробах, и резкое возрастание количества обменного калия, содер^ание которого возросло в 6,510,5 раз или на 2895 мг/кг почвы. Данные оценки степени химической деградации почвенного покрова показывают, что по содер^анию подви^ных форм калия только на участке № 2 – очень сильно деградированная почва, по содер^анию подви^ных форм фосфора на участках №3 и №4 - сильно деградированная и очень сильно деградированная почва, по степени гумусированости почвенного покрова - средне и сильно деградированная почва на участках №№1,3 и №№2,4 соответственно; по реакции почвенной среды на всех изучаемых участках почвы недеградированные.