Создание культур березы повислой с применением различных мелиорантов на почвах, загрязненных выбросами магнезитового производства

Создание культур березы повислой с применением различных мелиорантов на почвах, загрязненных выбросами магнезитового производства

К. Е. Завьялов, м. н. с., С.Л. Менщиков, д. с. -х. н., В. В. Барановский, к. с. -х. н., Ботанический сад УрО РАН, г. Екатеринбург

Создание устойчивых к аэротехногенным выбросам лесных насаждений является важной задачей лесного хозяйства на территориях, примыкающих к крупным промышленным центрам. Изучение механизма влияния вредных выбросов на древесную растительность, на свойства почв и способности ее к самоочищению является необходимым этапом работ по лесовосстановлению в очаге поражения лесной растительности. Очень большой вред лесным фитоценозам наносят тепловые станции, а также предприятия цветной и черной металлургии. Особое место в металлургии занимает производство огнеупоров, мировым лидером которого является Саткинский комбинат «Магнезит».

Основным компонентом техногенных отходов, попадающих в атмосферу от шахтных, вращающихся, туннельных и плавильных печей, являются соединения магния (магнезитовая пыль имеет сильнощелочную реакцию — pH 10) [1].

На расстоянии до 0,5—3,0 км (в зависимости от розы ветров) древесная растительность практически вся погибла, от 0,5—3,0 до 3—10 км — находится в разной степени повреждения.

В 1980—1983 гг. Уральской лесной опытной станцией ВНИИЛМ с целью исследования пригодности почв для лесовосстановления в различных зонах магнезитового загрязнения были созданы опытные лесные культуры общей площадью

6 га. При закладке опытных участков (ОУ) использовали следующие мелиоранты: торф слоем 12 см, торф слоем 2 см, МРК в дозах 30, 90 кг/га действующего вещества, слабый раствор серной кислоты с последующим промыванием водой (для снижения показателя pH почвы). Для обработки почвы использовали специальные способы: снятие почвы на ОУ № 2-4 плугом ПЛП-135 с последующим фрезерованием фрезой ФЛУ-0,8, на ОУ № 5 глубокую вспашку плугом ПЛН-3-35 с последующим фрезерованием, а также фрезерование без вспашки [2—4].

В 2002—2006 гг. нами были проведены исследования культур березы повислой на пяти ОУ. Все обследованные участки расположены на северо-востоке от источника выбросов и, согласно розе ветров, находятся в зоне основного сноса пыли.

Методы исследований. На участке был сделан сплошной перечет и определена средняя высота культур. Также были отобраны образцы почвы по слоям через 10 см, составленные из пяти образцов по методу конверта. В почве определяли рН (водную и солевую) и подвижные формы элементов. Элементы из почвы экстрагировали аммонийно-ацетатным буфером, концентрации определяли на атомно-адсорбционном спектро-фото-метре.

Результаты исследований. В зоне сильного загрязнения (ОУ № 2) лучшие показатели роста показал вариант с торфом (табл. 1.). В варианте с торфом слоем 12 см диаметр культур по сравнению с вариантом без мелиоранта на этом же ОУ выше в 2 раза, а высота — в 2,2 раза. Вариант с

1. Показатели роста культур березы повислой

№ ОУ/расстояние до Вариант Средние Тип леса

источника выбросов, км диаметр высота

2/1 без мелиоранта торф 12 см торф 2 см кислота удобрения 3,9 7.7 4,4 4.8 4.9 3,5 7,7 4,3 4,9 5,0 С. яг.

5/3 без мелиоранта без мелиоранта + вспашка ОТК-90 ОТК-90 + вспашка ОТК-30 4,5 5,2 4.8 5.8 4,7 6,6 7,1 6,8 7,4 6,7 С. яг.

3/5 без мелиоранта торф кислота удобрения 8.9 10,0 9,3 9.9 10,4 11,2 10,7 11,1 С. ртр.

4/10 контроль 9,9 11,1 С. яг.

торфом слоем 2 см показал незначительное превышение показателей роста по сравнению с вариантом без мелиоранта (диаметр больше на 11%, высота — на 19%), а в вариантах с кислотой и удобрениями диаметр больше на 19—20%, а высота — на 29—30% соответственно.

В зоне среднего загрязнения (ОУ №5) хорошие результаты получились при обработке почвы: глубокая вспашка + фрезерование. В этом варианте диаметр больше, чем в варианте, в котором проводилось только фрезерование, на 13%. В варианте, в котором вносились удобрения и проводилась вспашка, диаметр больше на 17%, чем в варианте с удобрением без вспашки, а по сравнению с вариантом без удобрений и без вспашки диаметр больше на 22%. По высоте деревьев на данном участке существенных различий нет. В вариантах только с внесением удобрений по сравнению с вариантом без мелиоранта и без вспашки показатели роста культур березы незначительно увеличились.

В зоне слабого загрязнения в вариантах с мелиорантами средние высота и диаметр культур березы увеличились по сравнению с вариантом без мелиорантов, но незначительно. Наилучшие показатели у варианта с торфом, за ним — вариант с удобрениями, далее идет вариант с кислотой.

Результаты наших исследований свидетельствуют, что с увеличением степени загрязнения показатели роста культур березы снижаются. В зоне сильного загрязнения (ОУ №2) средний диаметр по сравнению с контролем (ОУ №4) ниже в 2,5 раза, высота культур — в 3,2 раза, в зоне среднего загрязнения (ОУ №5) диаметр ниже в 2,2 раза, высота культур — в 1,7 раза.

Агрохимические анализы в почве на ОУ (табл. 2) показали, что при приближении к источнику

загрязнения показатели рН (водная) увеличиваются. В зоне сильного загрязнения показатель рН по слоям по сравнению с контролем увеличен в 2005 г. на 1,3, в зоне среднего загрязнения увеличение составило на 0,9.

Анализ показателей рН за период наблюдений показал, что с 1983 г. по 1990 г. показатель рН несколько уменьшался, а в 2005 г. опять увеличился. С 1978 по 1983 г. количество годовых аэропром-выбросов (после установки электрофильтров) находилось в объеме 30 тыс. т в год. С 1985 по 1990 г. объемы выбросов уменьшились до 26 тыс. т в год. С 1999 по 2001 г. количество выбросов составляло 18 тыс. т в год, а в 2002 г. — 16 тыс. т в год. Снижение показателя рН в почве и самоочищение почв произойдет, видимо, при условии более значительного сокращения объема выбросов.

2. Изменение показателя рН (водная) в различных зонах магнезитового загрязнения в верхнем (0—10 см) слое почвы в разные годы

№ ОУ рН (водная) по годам

1983 1990 2005

Зона сильного загрязнения

2 8,9 8,2 8,9

Зона среднего загрязнения

5 8,8 8 8,5

Зона слабого загрязнения

3 7,8 7,3 7,4

Контроль

4 7,7 7 7,6

При определении химических элементов в почве не обнаружены Сг, РЬ, Со, N1. Анализ содержания металлов в почве (табл. 3) показывает,

3. Содержание элементов в почве на опытном участке (ОУ), п-10-3%

№ ОУ/расстояние от источника выбросов, км Глубина взятия образца Элемент

К Ыа Мв Са 2п са Си Мп Бе

0-10 4,0 4,0 600,0 209,0 0,72 0,02 0,02 17,82 8,20

2/1 10-20 2,0 4,5 700,0 182,5 0,50 не обн. не обн. 15,14 10,40

20-30 4,0 7,0 500,0 73,5 0,18 не обн. не обн. 6,34 4,20

0-10 11,5 6,5 750,0 156,0 0,80 0,08 не обн. 17,48 8,20

5/3 10-20 9,5 8,0 460,0 68,0 0,06 не обн. не обн. 6,32 3,00

20-30 9,5 8,0 550,0 60,0 0,22 не обн. не обн. 5,10 3,20

0-4 13,0 6,5 600,0 505,0 1,12 0,04 не обн. 10,32 1,80

4-10 43,5 8,0 600,0 550,0 0,24 не обн. не обн. 14,92 2,60

6/ 3 10-20 8,0 8,5 500,0 510,0 0,10 не обн. не обн. 5,48 2,20

20-30 6,0 10,0 379,5 488,5 не обн. не обн. не обн. 2,26 2,20

0-2 34,0 8,0 500,0 500,0 0,98 не обн. 0,08 12,00 0,20

2-10 9,5 6,5 600,0 358,5 0,12 не обн. не обн. 6,80 0,20

3/ 5 10-20 3,0 6,0 475,5 319,0 0,04 не обн. 0,06 1,24 0,10

20-30 4,0 7,0 384,5 250,5 0,74 не обн. не обн. 0,72 1,00

0-4 33,5 6,0 525,0 439,0 0,72 не обн. не обн. 10,02 0,60

4-10 9,5 5,5 450,0 460,5 не обн. не обн. не обн. 3,58 0,60

10-20 5,5 5,5 400,0 494,5 0,26 не обн. не обн. 4,32 0,40

20-30 6,0 6,0 354,0 442,5 не обн. не обн. не обн. 3,62 1,00

что вверх по почвенному профилю повышается их содержание. В почве больше всего содержится Mg (от 354 до 750 п-10 3%). При приближении к источнику выбросов его количество по слоям увеличивается: в зоне сильного загрязнения — на 33— 75%, в зоне среднего загрязнения — на 15—66%, в зоне слабого загрязнения — на 9—33% по сравнению с контрольным участком. Концентрация калия в почве варьирует в пределах 4—43 п-10 3%. В зоне среднего загрязнения содержание натрия превышает от 18 до 66% содержание на контрольном участке. В зоне слабого загрязнения превышение составляет от 9 до 18%.

В зоне сильного загрязнения содержание кальция выше, чем в зоне среднего загрязнения, на 22—168%, но меньше, чем в зоне слабого загрязнения и в контроле.

Содержание марганца в верхнем слое почвы варьирует от 0,7 до 17,8 п-10_3%. При щелочной среде в почве снижается подвижность, а следовательно, и доступность растениям марганца, железа (Возбудская, 1964; JIapxep, 1978). Содержание железа варьирует от 0,1 до 10,4 п-10_3%. В очаге загрязнения содержание железа в почве значительно повышается.

Кадмий встречается в зоне сильного и среднего загрязнения в верхнем слое и в подстилке. По данным (Bowen, 1966; Cannon, 1974), фоновое

содержание этого элемента в почве составляет

0.03.п-10 3%. В зоне среднего повреждения содержание кадмия в верхнем слое почвы выше фонового значения в 2,7 раза.

Таким образом, по содержанию элементов в почве на загрязненной территории можно построить следующий ряд (по мере убывания): М§, Са, Мп, К, N8, Бе, Хп.

В зоне сильного загрязнения рекомендуется создавать насаждения из березы повислой только с использованием мелиорантов — органических удобрений (например, низинный торф слоем не менее 12 см), а в зоне среднего и слабого загрязнения можно создавать культуры без мелиорантов.

1. Кулагин, Ю.З. Дымовые отходы завода «Магнезит» и динамика лесов зеленой зоны г. Сатки (Южный Урал) // Растительность и промышленные загрязнения. Охрана природы на Урале. Свердловск, 1964.

2. Менщиков, С.Л. Исследование экологических особенностей роста и обоснование агротехники создания культур хвойных пород в условиях магнезитовых запылений: авто-реф. дис. ... канд. биол. наук. Свердловск, 1985.

3. Садовникова, Л.К. Показатели загрязнения почв тяжелыми металлами и неметаллами в почвенно-химическом мониторинге / Л.К. Садовникова, Н.Г. Зырин // Почвоведение. 1985. №10. С. 84-89.

4. Сродных, Т.Б. Рост лесных культур в условиях загрязнеия магнезитовой пылью / Т.Б. Сродных, С.Л. Менщиков // Техногенные воздействия на лесные сообщества и проблемы их восстановления и сохранения. Екатеринбург, 1992. С. 87-92.