Экологическая оценка устойчивости серых лесных почв к техногенному загрязнению

Агроэкология. Почвоведение

Вестник ОрелГАУ 2-3'06

УДК 631.445.25:504.054:595

Экологическая оценка устойчивости серых лесных почв к техногенному загрязнению

Л.П. Степанова, д.с.-х.н.

На примере территории шлакового отвала солевых алюминиевых отсевов АООТ «Цветные металлы и сплавы» Мценский район, п. Большое Думчино рассмотрено влияние техногенного загрязнения на устойчивость серых лесных почв.

В условиях современного развития человеческого общества геохимические кризисы в ландшафтах и в целом их геохимическая обстановка определяется не только совокупностью природных процессов, характеризующих трансформацию (мобилизацию и иммобилизацию) веществ, их миграцию и аккумуляцию, но и в значительной степени разнообразными воздействиями, связанными с деятельностью человека.

Почва как открытая подсистема в геохимическом ландшафте связана потоком вещества и энергии с приземной атмосферой, с совокупностью обитающих в почве и на почве низших и высших растений и животных, с поверхностными и почвенно-грунтовыми водами. Поэтому при анализе процессов загрязнения окружающей среды и ее устойчивости к техногенному загрязнению необходимо учитывать почвенно-геохимические факторы, так как почвы изменяют масштабно и качественно процессы миграции веществ ландшафта.

На основании обобщения материалов почвенно-агрохимических исследований почв и почвенного покрова Орловской области можно отметить и особо подчеркнуть следующие негативные особенности основного земледельческого фонда почвенного покрова области:

а) наблюдающая тенденция важнейших показателей агрохимических свойств почв в динамике за последние 20-25 лет;

б) значительное проявление эрозионных процессов при явно недостаточном внимании к осуществлению системы противоэрозионных мероприятий с учетом генетических особенностей почв и требований возделываемых культур;

в) недостаточный уровень окультуренности серых, светло-серых и дерново-подзолистых почв, что на фоне низкого содержания гумуса и высокой доли в гранулометрическом составе пылеватой фракции, не обеспечивает формирование благоприятных физических и вводно-физических свойств этих почв;

г) проявление техногенного загрязнения почв области вредными веществами и радионуклидами;

д) значительное снижение масштабов применения удобрений и химических мелиорантов в хозяйствах области за последние 10-12 лет.

По загрязненности почвенного покрова особенно выделяют промышленные центры. к одному из них в Орловской области относится г. Мценск, где выбросы алюминиевого завода и складирование его отходов составляют почти половину от общего объема отходов по району, что оказывает отрицательное влияние на экологическое состояние биогеоценозов и условия проживания населения. Большая проблема возникает с деградацией почв, связанная с

рекреационными нагрузками, с применением удобрений и пестицидов, с движением сельскохозяйственных машин.

В связи с этим большую актуальность приобретает оценка геохимической характеристики почвенного покрова, подвергающегося техногенному загрязнению, исследование влияния свойств серых лесных почв и почвенных процессов на экологическую устойчивость к деградации для прогнозирования перераспределения веществ и энергии в ландшафте и изменений барьерной и протекторной функции почв.

Мониторинг растительности и взятие проб почвы на содержание тяжелых металлов производили в районе п. Большое Думчино Мценского района на территории, прилегающей к отвалу шлаков АООТ «цветные металлы и сплавы».

Распределение механических элементов в почвенном профиле серых лесных почв свидетельствует о развитии элювиально-иллювиального типа распределения веществ. Во всех изучаемых почвах распределение илистой фракции <0,001 мм и частиц физической глины <0,01 мм происходит следующим образом - вынос ила в нижние иллювиальные горизонты почвы и накопление в верхних горизонтах частиц крупнее 0,01 мм.

Интерес представляют особенности распределения и содержания механических элементов в профиле серой лесной почвы в непосредственной близости к шлаковому отвалу. Отмечено увеличение содержание частиц крупной пыли до 70,4% в слое 0-10 см, что свидетельствует о включении в почвенную массу механических частиц алюминиевых подсевов, накапливаемых в шлаковом отвале и переносимых на поверхность почвы с ветровым потоком, дождевыми и талыми водами.

Включение твердых частиц отсевов солевого алюминиевого шлака в почвенный профиль и развитие элювиально-иллювиального типа почвообразования создают условия для проявления специфических признаков в составе и свойствах формируемых почв.

так серые лесные почвы, расположенные в близи шлакового отвала, характеризуются средне и сильнокислой средой по всему профилю (рН 4,3 -4,5). Содержание подвижных форм фосфора очень низкое 4,5 мг, обменного калия высокое - 42,5 мг на 100г почвы, гумусированность почвы на глубине 030 см составляла 2,01-2,8%. При большей удаленности от источника загрязнения отмечается изменение реакции почвенной среды до слабокислой и близкой к нейтральной -рН 5,4-6,0, увеличивается при этом сумма обменных оснований с 8.0 до 24,0 мг-экв/100г почвы. Снижается величина гидролитической кислотности, степень насыщенности основаниями воз-

Вестник ОрелГАУ 2-3'06

Агроэкология. Почвоведение

растает от 81,6 до 94,8%. На расстоянии 150-450 м от отвала в серых лесных почвах наблюдается увеличение подвижных форм фосфора до 14,8 - 24,7 мг, количество обменного калия остается таким же высоким 20,0 - 50,0 мг на 100г почвы.

Солевые алюминиевые отсевы, хранящиеся в отвалах, являются основным источником таких основных элементов, как алюминий, калий и натрий, и причиной загрязнения окружающей среды металлами - токсикантами: как медь, молибден, цинк, никель, кобальт, кадмий, свинец.

Миграция веществ в почвенном профиле и ландшафтах во взвешенном состоянии в значительных размерах проявляется при образовании делювиальных или аллювиальных потоков. Одновременно отметим, что в этой форме могут мигрировать различные соединения, представляющие минералогический состав гранулометрических фракций и различные продукты техногенного загрязнения, представленные или в форме частиц размером >0,001мм, или вошедших в состав исходных минеральных, органоминеральных и органических соединений почвы в результате тех или иных форм сорбции. Миграции в виде истинных и коллоидных растворов принадлежит основная роль в передвижении веществ в почвенном профиле при развитии почвообразовательного процесса, иными словами, формирование профилей всего разнообразия почв.

Аккумуляция тяжелых металлов и их распределение по профилю почв зависит от интенсивности миграции веществ в почвенном профиле и свойств почв.

Характер распределения валовых форм металлов по профилю почвы подтверждает развитие элювиально-иллювиального типа почвообразования и миграцию их в таких формах как взвешенная форма с частицами более 0,001 мм и в истинно растворенной форме и коллоидной форме. так, в непосредственной близости от источника загрязнения в условиях сильнокислой среды по всему профилю наблюдается энергичная миграция таких металлов, как цинк, медь, свинец, никель. Однако, наибольшее содержание этих металлов отмечается в верхнем слое почвы 010см (удаленность 50м), для которого характерно накопление взвешенных частиц алюминиевых отсевов в этом слое почвы с фракцией крупной пыли.

Распределение исследуемых металлов в нижних горизонтах почвы подтверждается характером распределения почвенных частиц илистой фракции и гумусированностью почвы.

количество подвижных форм меди, цинка, никеля, кобальта и свинца резко уменьшается в сравнении с валовым содержанием этих металлов в почвах. Так в непосредственной близости к источнику загрязнения количество подвижных форм меди, цинка, свинца составляет 55,7-76,2% от валового содержания этих металлов. При большей удаленности от источника загрязнения не только уменьшается валовое количество указанных металлов, но и резко снижается их подвижность. Из этого следует, что почвенные условия в непосредственной близости к отвалу способствуют переходу тяжелых металлов в подвижные формы, что представляет экологическую опасность для животных и человека.

Сравнительный анализ растений показал, что на всей территории Думчинского отвала наблюдается превышение МДУ в содержании тяжелых металлов во всех видах исследуемых растений.

По накоплению в растениях металлы располагаются в ряд в порядке убывания концентрации N1, Zn, Сё, РЬ, Си. По аккумуляции тяжелых металлов растения образуют ряд: пырей ползучий, подорожник большой, пастушья сумка, тысячелистник обыкновенный. В качестве видов - индикаторов могут быть использованы пырей ползучий, тысячелистник обыкновенный (относительно устойчивые виды), подорожник большой (чувствительный вид).

Перестройка в структуре почвенных беспозвоночных, являющихся индикаторами деградации почв и загрязнения их тяжелыми металлами. Происходит с изменением источника загрязнения и свойств почв. Перестройка в сообществе беспозвоночных под влиянием шлакового отвала происходит следующим образом: увеличение валового содержания тяжелых металлов и их миграционной способностью в почвах в непосредственной близости к отвалу вызывает резкое сокращение коллембол и клещей и снижение их видового разнообразия. В непосредственной близости от шлакового отвала численность коллембол при большем удалении от отвала.

На территории удаленностью 450м от шлакового отвала, по сравнению с территорией непосредственной близости, общая численность макрофауны была в 2,5 раза больше. В комплексе беспозвоночных, в обоих вариантах исследования, преобладали дождевые черви.

Население крупных почвенных беспозвоночных на территориях в непосредственной близости и удаленных от источника загрязнения представлено одними и теми же массовыми видами. Различия между этими вариантами исследования проявляются в численности группировок педобионтов и отдельных видов люмбрицид. Общая численность макрофауны вблизи отвала в 2,5 раза ниже, чем на почвах под многолетними травами с удаленностью 450м от отвала. В распределении большинства беспозвоночных по глубине проявляется тенденция к уменьшению их обилия в каждом из нижележащих горизонтов.

таким образом, антропогенное влияние на почву и почвенный покров шлакового отвала приводит к изменению геохимической характеристики серых лесных почв и предопределяет необходимость разработки и применения приемов, не допускающих или резко ослабляющих развитие негативных явлений в изменении геохимической обстановки.

В настоящее время большая часть ученых аграрной науки занята фундаментальными исследованиями некоторых узких аспектов своих проблем. Мы считаем, что одни и те же проблемы, связанные с взаимодействием биологических, химических, физических аспектов плодородия почвы, должны изучаться различными специальностями. «Границы между науками должны нарушаться самими исследователями - тогда они лучше поймут сущность плодородия почвы, которая и сама является результатом действия многих видов живых организмов, а также химических и физических процессов на инертную материнскую породу, из которой образовалась сама почва» (Дж.У.Кук,1970).