Агроэкологическая оценка пахотных почв «Островной» лесостепи Кемеровской области по содержанию тяжелых металлов

АГРОЭКОЛОГИЯ

УДК 631.45 О.И. Просянникова,

В.И. Просянников

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПАХОТНЫХ ПОЧВ «ОСТРОВНОЙ» ЛЕСОСТЕПИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ ПО СОДЕРЖАНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Ключевые слова: пахотные земли, тяжелые металлы, «островная» лесостепь, растительная продукция.

Изучение состояния пахотных почв, подверженных высокой антропогенной и техногенной нагрузкам, необходимо для обеспечения научно-методической базы регионального агроэкологического мониторинга, обоснования рациональных приемов использования почв, прогнозирования развития экологической обстановки, обеспечения информационных баз данных почв.

Для агроэкологической оценки пахотных почв «островной» лесостепи использованы систематические наблюдения с 1994 г. за состоянием плодородия земель пашни на площади 145,4 тыс. га. На территории «островной» лесостепи расположены Тисульский район, четыре хозяйства Тяжинского и большая часть Чебулинского административных районов. Округ расположен в умеренно прохладном, увлажненном агроклиматическом подрайоне. В

почвенном покрове преобладают черноземы выщелоченные в сочетании с черноземами оподзоленными, темно-серыми и серыми лесными почвами. 2,4% пашни составляют черноземы обыкновенные. Гранулометрический состав почв, расположенных на пашне, среднесуглинистый.

Гранулометрический состав оказывает прямое влияние на подвижность тяжелых металлов. На глинистых и суглинистых почвах токсичность тяжелых металлов проявляется слабее, чем на песчаных и супесчаных [1].

Распределение площади пашни по валовому содержанию тяжелых металлов в почвах проведено с учетом ПДК (ОДК) для почв с рН менее 5,5 и для почв с рН более 5,5. В качестве экстрагента использован 1 н. раствор HNO3.

В почвах этого почвенного округа валовое содержание цинка, меди, хрома, и марганца не превышает 1 ПДК, кобальта и свинца — 0,5 ПДК и только 0,4 тыс. га по свинцу вошли в группу 1-2 ПДК (табл. 1) [2, 3]. Почвы на площади

17,6 тыс. га (12%) по валовому кадмию вошли в группу от 1 до 3 ПДК и на площади 6,5 тыс. га (4,5%) по валовому никелю — от 1 до 2 ПДК.

Нами для определения доступных растениям форм тяжелых металлов использован в качестве эстрагента из почв аце-татно-аммонийный буферный раствор с рН 4,8. Распределение площади пахотных угодий по содержанию подвижных форм металлов представлено в таблице 2. В результате исследований установлено, что в округе имеется 17,0 тыс. га почв, загрязненных выше 1 ПДК подвижными формами кадмия.

Суммарный показатель химического загрязнения почв округа по восьми тяжелым металлам по отношению к фоновому их содержанию (почвы подтаежного почвенного округа) значительно меньше 16 и составляет 1,78-2,49. Поэтому пахотные почвы, в основном, не загрязнены, экологическое состояние удовлетворительное. Однако необходим выборочный контроль за производимой продукцией на соответствие санитарным нормам.

Подвижность тяжелых металлов в почве и их поступление в растения очень изменчивы и зависят от многих факторов: вида и возраста растений, почвенно-

Распределение площади пашни по валовому

климатических условий. Исследованиями М.М. Овчаренко (1977) показано, что реакция среды в почве является важнейшим фактором, определяющим токсичность тяжелых металлов и их вероятное накопление в растительной продукции [1].

В исследованиях, проведенных в 19951998 гг. на черноземе выщелоченном среднемощном тяжелосуглинистом с содержанием гумуса в пахотном горизонте 10,3%, рНс — 5,7, внесенная известняковая мука в дозе 10 т/га (СаСОз), значительно снижала поступление тяжелых металлов в овощные культуры. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве на известкованных участках также снижалось. Кислотность почв после известкования уменьшилась на 0,3 ед. рН и составила 6,0. В последующие годы (последействие) рНс находилась на уровне 6,0 [4, 5].

Содержание подвижных форм свинца в почве от действия извести достоверно снизилось на 40,1-70,5%; меди в опытах с капустой, морковью и свеклой — соответственно, на 30, 33 и 62%; цинка в опытах с картофелем — на 19, с капустой — на 50 и с морковью — на 46; кадмия в опыте с морковью — на 47% по сравнению с контролем.

Таблица 1

содержанию тяжелых металлов, тыс. га

Металл Распределение обследованной площади по группам содержания

< 0,5 ПДК 0,5-1,0 ПДК 1,0-2,0 ПДК 2,0-3,0 ПДК

Свинец 145,0 - 0,4 -

Кадмий 15,8 112,0 10,6 7,0

Цинк 64,1 81,3 - -

Медь 133,0 12,4 - -

Никель 85,4 53,5 6,5 -

Хром 123,9 21,5 - -

Кобальт 145,4 - - -

Марганец 26,4 119,0 - -

Таблица 2

Распределение площади пахотных почв по содержанию подвижных форм тяжелых металлов, тыс. га

Элемент Распределение обследованной площади по группам содержания

< 0,5 ПДК 0,5-1,0 ПДК 1,0-2,0 ПДК

Свинец 142,6 2,8 -

Кадмий 29,1 99,3 17,0

Цинк 144,3 1,1 -

Медь 145,4 - -

Никель 139,9 5,5 -

Кобальт 145,4 - -

Хром 101,3 44,1 -

Марганец 140,6 4,8 0,3

Клубни картофеля на известкованных почвах содержали меньше, чем на контроле: меди — на 22%, кадмия — 43 и цинка — 18%; капуста: свинца — 42%, меди — 16, цинка — 47; морковь: цинка — 62%, меди — 29 и свинца — на 69%; свекла: меди — 47% и цинка — на 20%, чем на контрольном варианте.

В почвах округа увеличение кислотности (рНс) составляет в среднем 6,8% по сравнению с периодом 1966-1970 гг. [5]; сильно- и среднекислых почв — 3,7% площади пашни; слабокислых почв — 45,9%; близких к нейтральным и нейтральных — 50,4% площади пашни.

Содержание фосфатов в почве по своему действию на доступность растениям тяжелых металлов аналогично влиянию реакции среды, что связано со слабой растворимостью солей тяжелых металлов в форме ортофосфатов. С ростом содержания в почве подвижных соединений фосфора увеличивается содержание труднодоступных для растений фосфатов тяжелых металлов [1]. Почв с низким содержанием подвижного фосфора в почвенном округе 32,3%, со средним — 47,2% и только 20,7% имеют повышенное содержание подвижного фосфора — выше 100 мг/кг почвы.

М.М. Овчаренко в своем исследовании отмечает, что на почвах с высоким содержанием органического вещества опасность накопления избыточного количества тяжелых металлов в растениях меньше, чем в малоплодородных с низким содержанием гумуса. С органическим веществом почвы металлы могут образовывать комплексные соединения, которые менее доступны для поглощения растениями [1].

В наших опытах 1995-1998 гг. на черноземе выщелоченном среднемощном тяжелосуглинистом внесение органических удобрений снижает содержание тяжелых металлов в подвижных формах в почве в год внесения. По сравнению с контролем уменьшилось: кадмия — на 44,6%, меди — 42,2, свинца — 4,7 и цинка — на 32%; на следующий год (последействие): кадмия — на 33,3%, меди — 7,7, свинца — 61,7 и цинка — на 78,4%.

В год внесения органических удобрений снизилось накопление в картофеле меди на 61,5% и никеля — на 50%, кадмий, свинец и цинк накапливались на удобренных вариантах также как и на контроле. В последействии капуста на вариантах с органическим удобрением накапливала значительно меньше тяжелых металлов, чем на

контрольном варианте: кадмия — на 65,9%, меди — 44,3, цинка — 59,7 и свинца — на 20,1%.

Применение навоза, торфа, торфо-навозно-фосфоритных и других компостов позволяет использовать свойство многих органических соединений к комплексооб-разованию с тяжелыми металлами. Образующиеся металлорганические комплексы являются в большинстве случаев неспособными к преодолению клеточных мембран на контакте почва-корень. При внесении органических удобрений подвижность тяжелых металлов, как правило, снижается. Количественное выражение того процесса может быть подвержено резким изменениям и сильно зависит от уровня реакции среды в почве [1].

Таким образом, динамичное подкисле-ние почв, низкое и среднее содержание подвижного фосфора, валовое содержание кадмия и никеля выше 1 ПДК создают риск получения на этих почвах продукции, загрязненной металлами свыше установленных санитарными нормами.

Известкование, внесение органических и фосфорных удобрений в условиях под-кисления почв — основные агрохимические приемы, приводящие к уменьшению содержания подвижной формы тяжелых металлов в почвах.

Библиографический список

1. Тяжелые металлы в системе почва — растение — удобрение / под ред. М.М. Овчаренко. — М., 1997. — С. 290.

2. Просянников В.И. Тяжелые металлы в почвах Кемеровской области / В.И. Просянников // Материалы межрегиональной научно-практической конференции (Новостройка, 16 декабря 2004 г.). — Кемерово, 2004. — С. 5-7.

3. Просянникова О.И. Почвенно-агрохи-мическое районирование и применение удобрений в Кемеровской области / О.И. Просянникова. — Кемерово: Кузбас-свузиздат, 2007. — 212 с.

4. Просянникова О.И. Известкование почв и содержание тяжелых металлов в картофеле и овощах лесостепи Кузнецкой котловины / О.И. Просянникова, В.И. Просянников, Т.И. Григорьева / / Проблемы рационального природопользования техногенного региона: сб. науч. тр. — Кемерово, 2005. — С. 193-195.

5. Просянникова О.И. Антропогенная трансформация почв Кемеровской области: монография / О.И. Просянникова. — Барнаул: АзБука, 2005. — 300 с.

24

Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 10 (72), 2010