Влияние г. Ижевска на почвенный покров пригородной зоны и способы восстановления его агроэкологического состояния

Необходимо отметить, что фоновое внесение солей тяжёлых металлов в 2011 году проявило тенденцию на понижение урожайности ячменя в 2012 г. Это связано с тем, что при этой дозе загрязнения они уже начали оказывать своё токсичное действие на растения.

Загрязнение почвы свинцом обусловило повышенное накопление их в зерне ячменя (табл. 3.2).

Таблица 3.2 - Влияние ТМ, мелиорантов и удобрений на содержание тяжёлых металлов в зерне ячменя, мг/кг воздушно-сухой массы

Наибольшее количество свинца содержалось в растениях, произраставших на фоновом (контрольном) варианте -5,45 мг/кг, что превышало значение ПДК. Внесение всех изучаемых мелиорантов позволило резко снизить его накопление в продукции. Самую высокую эффективность по ограничению поступления свинца в зерно ячменя проявили обе дозы суперфосфата (снижение на 92-93 %), известняковая мука в дозе 12 т/га (снижение на 92 %) и обе дозы сульфида натрия (снижение на 86 %).

Внесение мелиорантов в 2011 году обусловило снижение в 2012 году и содержания кадмия в зерне ячменя. По сравнению со свинцом действие мелиорантов и доз их внесения было более контрастным. Наибольший эффект на этот показатель проявили обе дозы сульфида натрия - снижение на 72 и 66 %, на третьем месте - суперфосфат в дозе 120 кг д.в./га и цеолит в дозе 100 т/га - снижение на 65 %. Целый ряд мелиорантов, особенно при первом уровне доз их внесения, не снизил количество кадмия в растениеводческой продукции ниже уровня ПДК.

3.2 Технологические приёмы рекультивации почв, загрязнённых тяжёлыми металлами

При разработке технологических приёмов рекультивации почв, агрязнённых тяжёлыми металлами в лабораторном и полевых опытах изучалось, в первую очередь, влияние мелиорантов, удобрений и доз их внесения на подвижность свинца и кадмия. Для определения этого влияния использовались две различные по вытеснительной способности вытяжки из почвы: аммонийно-ацетатный буферный раствор (ААБ) с pHKCl (более сильная) и раствор хлористого кальция (более слабая). Каждая из этих вытяжек имела свои положительные и отрицательные особенности, сравнение их данных между собой повышало достоверность полученных результатов.

По данным вытяжки 1 М хлористого кальция, внесение в загрязнённую почву всех изучаемых мелиорантов значительно снизило содержание подвижных форм свинца в почве, что подтверждает правильность сделанного выбора. Характер их действия на этот показатель очень сильно колебался по срокам определения и зависел от вида мелиорантов, дозы их внесения и периода, прошедшего после внесения. Наиболее стабильные показатели за весь период наблюдений оказались у известняковой муки в дозе 12 т/га. Это объясняется очень высокой дозой её внесения, что обусловило, несмотря на относительно низкую растворимость в воде этого соединения, достаточно высокую насыщенность почвенного раствора ионами НСОз-, которые и осаждали ионы РЬ2- в труднорастворимое соединение РЬ СОз. Действие других мелиорантов, которые представляли собой различные соли, определялось их растворимостью в воде. В первый период после их внесения, наибольшее действие по осаждению свинца оказали наиболее растворимые в воде мелиоранты - обе дозы суперфосфата и сульфида натрия, впоследствии, их эффективность постепенно уменьшалась и, в первую очередь, это касалось доз первого уровня (90 кг д.в./га). Слаборастворимый в воде мелиорант - фосфоритная мука более ярко проявляла свою эффективность во второй год после её внесения. Хорошие результаты по снижению степени подвижности свинца в загрязнённой почве показал цеолит в дозе 100 т/га. Его действие, в отличие от других мелиорантов, было основано на физико-химическом механизме поглощения РЬ2- высокодисперсными коллоидным частицами минерала и это действие, на второй год после внесения цеолита, только усилилось.

Анализ доз внесения мелиорантов показал, что, во всех случаях, более высокие дозы обеспечили более значительное действие на снижение степени подвижности свинца в загрязнённой почве, особенно во второй год наблюдений.

Аммонийно-ацетатный буферный раствор, по вытеснительной способности соединений свинца более чем в 10 раз превышал раствор хлористого кальция. По данным Ю. Н. Водяницкого (2012) ААБ вытесняет из почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, в основном, следующие группы их соединений: 1) водорастворимые соединения тяжелых металлов; 2) обменные катионы тяжелых металлов; 3) катионы тяжелых металлов, специфически сорбированные различными почвенными компонентами. По количеству подвижных соединений металлов в ацетатно-аммонийных вытяжках традиционно оценивают количество доступных для растений микроэлементов, а также - экологическое состояние загрязненных почв. Необходимо отметить, что ААБ по отношению к свинцу обладает избыточной экстрагирующей способностью.

Данные вытяжки аммонийно-ацетатного буфера подтвердили высокую эффективность по снижению содержания подвижных форм свинца в загрязнённой почве водорастворимых мелиорантов - суперфосфата и сульфида натрия, их доза внесения 120 кг д.в./га показывала стабильно высокие результаты, как в лабораторном, так и полевом опыте. Достаточно высокую эффективность проявил торф и цеолит в дозе 100 т/га, они, в большинстве случаев, входили в пятерку лучших вариантов. Повышение доз внесения мелиорантов, во всех случаях, привело к повышению действия мелиорантов на степень подвижности свинца.

Влияние мелиорантов и удобрений на степень подвижности кадмия в загрязнённой почве были близкими к приведённым данным по свинцу. Наибольшую эффективность по снижению содержания подвижного кадмия в загрязнённых почвах, в первый год после внесения мелиорантов, как и в почвах загрязнённых свинцом, проявили водорастворимые мелиоранты: в первую очередь - обе дозы сульфида натрия, во вторую очередь - обе дозы суперфосфата. На второй год наблюдалось постепенное снижение их эффективности, особенно более низких доз внесения. Особо хочется отметить очень высокую эффективность сульфида натрия в дозе 120 кг д.в./га, внесение в загрязнённую почву этого мелиоранта является новым приёмом в рекультивации почв, загрязнённых тяжёлыми металлами. Из других мелиорантов выделялась известняковая мука в дозе 12 т/га, цеолит и торф в дозе 100 т/га. Вытеснительная способность аммонийно-ацетатного буферного раствора по отношению к кадмию, примерно равнялась раствору СаСl2.

Исследования показали, что степень подвижности ТМ эффективно снижается двумя методами: химическим - осаждением ионов ТМ целым рядом удобрений и мелиорантов и физико-химическим - поглощением ионов тяжёлых металлов за счёт повышения сорбционных свойств ППК почвы. Всё это позволяет значительно расширить спектр приёмов рекультивации почв, загрязнённых ТМ, и адаптировать их к конкретным почвенно-климатическим условиям загрязнённых участков.

Выводы

1. Весь почвенный покров пригородной зоны г. Ижевска в той или иной степени подвержен антропогенному воздействию, основной вид техногенеза - механический и химический. В зависимости от его интенсивности наблюдалась различная степени деградации почв: слабая - 18%, средняя - 48%, сильная - 33% и очень сильная - 1% от обследованных почв.

2. Деградированные почвы отличались от незагрязнённых целинных почв меньшей гумусированностью (на 10-40%), более тяжёлым гранулометрическим составом и более высоким содержанием в верхнем слое тяжелых металлов. Показатели кислотности и содержание элементов минерального питания зависели только от интенсивности сельскохозяйственного использования почв.

3. Влияние мелиорантов и удобрений на агрохимические свойства загрязнённых почв определялось их химическим составом и дозой внесения. Известняковая мука статистически достоверно снизила почвенную кислотность (на 14-27%) и увеличила сумму обменных оснований, фосфоритная мука (в 2-5 раз) и суперфосфат (на 49-82%) увеличили содержание в почве подвижного фосфора, цеолит - обменного калия (на 7-37%), торф - органического вещества (на 0,29-1,20 абс.%). Более высокие дозы внесения, закономерно, оказывали более значительное влияние на эти показатели.

4. Внесение всех мелиорантов и удобрений оказало положительное влияние на урожайность с.-х. культур. Наибольшее статистически достоверное действие на этот показатель, оказало внесение в загрязнённую почву цеолита, торфа и суперфосфата (повышение на 16 - 30 % сухого вещества).

5. Все выбранные для исследования мелиоранты обусловили значительное снижение степени подвижности тяжелых металлов в загрязнённой почве. Наиболее значительное действие на этот показатель, в большинстве случаев, оказали водорастворимые формы мелиорантов - суперфосфат и сульфид натрия в дозе внесения 120 кг д.в./га (снижение, в среднем, составило - 40-60%). Достаточно высокую эффективность проявили известняковая мука и цеолит в дозе 100 т/га, они, в большинстве случаев, входили в пятерку лучших вариантов.

6. Ни один из изучаемых мелиорантов и удобрений, даже при максимой дозе их внесения, как в лабораторном, так и полевых опытах, не снизили количество тяжёлых металлов до уровня ПДК, что свидетельствует об очень серьёзной проблеме рекультивации загрязнённых почв.

7. Внесение всех изучаемых мелиорантов и удобрений позволило резко снизить накопление свинца в зерне ячменя и получить экологически чистую продукцию. Самую высокую эффективность на этот показатель показали обе дозы суперфосфата (снижение на 92-93%), известняковая мука в дозе 12 т/га (снижение на 92%) и обе дозы сульфида натрия (снижение на 86%).

8. Наибольший эффект по снижению содержания кадмия в зерне ячменя проявили обе дозы Na2S - снижение на 72 и 66%, на третьем месте - суперфосфат в дозе 120 кг д.в/га и цеолит в дозе 100 т/га - снижение на 65 %.

9. Рекультивация почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, требует больших материальных затрат на её проведение и очень редко окупается в первые годы. Однако, несмотря на большие экономические затраты, она имеет неоценимое экологическое значение, так как в оборот возвращаются земли, ранее не пригодные для ведения сельского хозяйства, резко улучшается экологическая обстановка всей окружающей природной среды и здоровье населения, проживающего на этой территории.

1. Агроклиматический справочник по Удмуртской АССР. Л.: Гидрометиздат, 1961. - 119 с.

2. Алексеев, Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю. В. Алексеев. - Л.: Агропромиздат, Ленингр.1987. - 142 с.

3. Бадмаева, С. Э. Экологическая оценка состояния орошаемых земель юга Средней Сибири: автореф. дис. доктора с.-х. наук / С. Э. Бадмаева. - Красноярск, 2007. - 31 с.

4. Безносов, А. И. Содержание тяжелых металлов в пахотных почвах Удмуртской Республики: монография / А. И. Безносов, Л. Б. Башмаков, В. Г. Нелюбин. - Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2005. - 74 с.

5. Водяницкий, Ю. Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами. / Водяницкий Ю. Н., Ладонин Д. В., Савичев А. Т. - М. : ГНУ Почв.ин-т им. В. В. Докучаева РАСХН, 2012. - 276 с.

6. Глазовская, М. А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. - Москва: Изд-во МГУ, 1997. - 102 с.

7. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: утв. Гл. гос. сан. врачом РФ 19.01.2006. : введ. в действие с 01.04.06.

8. ГОСТ 17.4.1.02-83 Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. - Веден 1985-01-01. - Москва. : Издательство стандартов, 2004. - 4 с.

9. ГОСТ 17.4.3.01-83 Почвы. Общие требования к отбору проб. - Введен 1983-12-21. - Москва : Издательство стандартов, 2004. - 4 с.

10. ГОСТ 26488-85 Почвы. Определение нитратов по методу ЦИНАО. - Введен 1986-07-01. - Москва : Издательство стандартов, 2004. - 4 с.

11. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Удмуртской Республики.- Ижевск: Министерство природных ресурсов, 2000, 2004, 2012.

12. Дабахов, М. В. Экотоксикология и проблемы нормирования / М. В. Дабахов, Е. В. Дабахова, В. И. Титова // Нижегородская гос. с.-х. академия. - Н. Новгород : Изд.-во ВВАГС, 2005. - 165 с.

13. Евдокимова, Г. А. Биологическая активность почв в условиях аэротехногенного загрязнения на Крайнем Севере / Г. А. Евдокимова, Е. Е. Кислых, Н. П. Мозгова. - Л. : Наука. Ленингр. отд-ние, 1984. - 120 с.

14. Золотарева, Б. Н. Содержание и распределение тяжелых металлов (свинца, кадмия и ртути) в почвах Европейской части СССР / Генезис, плодородие и мелиорация почв / Б. Н. Золотарева [и др.]. - Пущино, 1980. - С. 77-90.

15. Зырин, Н. Г. Действие тяжелых металлов на ферментативную активность почв / Н. Г. Зырин, Н. В. Раськова, Г. В. Платонов - В кН.: Мелиорация, использование и охрана почв нечерноземной зоны. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1980. - 186 с.

16. Иванов, В. В. Экологическая геохимия элементов. - М. : Экология, Кн. 6. 1997. - 606 с.

17. Ивлев, А. М. Деградация почв и их рекультивация / А. М. Ивлев, А. М. Дербенцева // Учебное пособие. Научн. ред. В. И. Ознобихин. Владивосток. Изд-во ДВГУ. 2002. - 78 с.

18. Изерская, Л. А. Формы соединения тяжелых металлов в аллювиальных почвах Средней Оби / Л. А. Изерская, Т. С. Воробьева // Почвоведение. - 2000. - № 1. - С. 56-62.

19. Израэль, Ю. А. Кислотные дожди / Ю. А. Израэль, И. М. Назаров, А. Я. Пресман. - Л. : 1989.

20. Ильин, В. Б. Загрязнение тяжелыми металлами огородных почв и культур в городах Кузбасса // Агрохимия. - 1991. - № 3. - С. 53-61.

21. Калинин, К. В. Фосфорные удобрения и их применение - М., изд-во «Колос», 1967. - 135 с.

22. Ковриго, В. П. Почвы Удмуртской Республики / В. П. Ковриго. - Ижевск: РИО Ижевская ГСХА, 2004.- 490 с.

23. Кожанова, О.Н. Физиологическая роль металлов в жизнедеятельности растительных организмов / О. Н. Кожанова, А. Г. Дмитриева // Физиология растительных организмов и роль металлов. М. : МГУ, 1989. С. 7-55.

24. Леднев, А. В. Влияние антропогенного воздействия на свойства почв пригородной зоны г. Можга / А.В. Леднев, А.В. Ложкин // Агрохимия в Предуралье: история и современность: материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвящ?нной 55-летию кафедры агрохимии и почвоведения / ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА.- Ижевск: ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2012.- С. 26-34.

25. Леднев, А. В. Изменение свойств почв Удмуртской Республики под действием механического техногенеза и приемы их рекультивации / А.В. Леднев, Н.А. Леднев.- Ижевск: изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2011.- 92

26. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель (утв. Роскомземом 28 декабря 1994 г., Минсельхозпродом РФ 26 января 1995 г., Минприроды РФ 15 февраля 1995 г.).

27. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства / Центр. институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства. - 2-е изд., перераб. и доп. М. Цинао 1992, - 61 с.

28. Минеев, В. Г. Агрохимия, биология и экология почвы / В. Г. Минеев, Е. Х. Ремпе. - М.: Росагропромиздат, 1990. - 206 с.

29. Обухов, А. И. Охрана рекультивация почв, загрязненных тяжелыми металлами / А. И. Обухов, Л. Л. Ефремова // Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы: Тр. 2-й Всесоюз. конф.- М., 1988. - Ч. 1.- С. 23-36.

30. Садовникова, Л. К. Показатели загрязнения почв тяжелыми металлами и неметаллами в почвенно-геохимическом мониторинге / Л. К. Садовникова, Н. Г. Зырин // Почвоведение. - 1985. - № 10.

31. СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы и грунтов. Постановление от 17. 04. 2003 г.

Размещено на Allbest.ru