CC BY
51
УДК 332.234.4:631.1:631.434.52:504.05 DOI: 10.24411/2587-6740-2018-11002
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЕГРАДАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ИНТЕНСИВНЫХ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Л.П. Степанова, В.Э. Циканавичуте, С.Ю. Халимон
ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», г. Орел, Россия
Актуальной проблемой, связанной с антропогенным воздействием на почвы, являются работы по строительству дорог, прокладке трубопроводов, добыче полезных ископаемых и размещению отходов производства и потребления на землях сельскохозяйственного назначения, что приводит к значительным изменениям состава и свойств почв, их химическому загрязнению. Установлены значительные превышения содержания тяжелых металлов в пробах почв, нарушенных действием твердых коммунальных отходов, в сравнении с их содержанием в контрольной (фоновой) пробе серой лесной почвы, ненарушенной воздействием коммунальных отходов, и предельно допустимыми концентрациями их в почве, а также наличие техногенных геохимических аномалий Pb > Zn > Mn > Cu и Cu > Co > Pb > Zn > Mn, которые создают в почвенной среде условия ингибирования или стимулирования поглощения элементов растениями и приводят к негативным последствиям.
Ключевые слова: геохимические аномалии, экологические функции, биогеоценоз, деградация, техногенез, тяжелые металлы, твердые коммунальные отходы.
Почвы выполняют многообразные экологические функции, обслуживающие устойчивость как отдельных биогеоценозов, так и биосферы в целом. Использование экологических функций почвы обеспечивает благосостояние человека, его существование. Отсюда следует, что экологическая роль почвы в биосфере и жизни человека незаменима, даже плодородие почвы, как самая важная функция почв, является лишь частью той незаменимой экологической роли почвы, которую она играет в биосфере и жизни человека [1], а ее сохранение и разумное использование является необходимым условием сложившегося функционирования биосферы и дальнейшего развития человеческой цивилизации.
Еще В.В. Докучаев подчеркнул, что почва всегда кормила человека и сохраняла окружающий человека мир. В настоящее время антропогенные воздействия на почву привели к уничтожению почвенного покрова на значительных территориях, загрязнению почв, ухудшению их свойств. Утрачено около 1,5-2 млрд га плодородных почв, а продолжающееся сокращение сельскохозяйственных земель в результате отчуждения и деградаци-онных процессов создает опасную экологическую ситуацию.
К основным процессам деградации земельных участков сельскохозяйственного назначения относятся такие процессы, как зарастание угодий сорняками, кустарником и мелколесьем; водная и ветровая эрозия; подтопление и заболачивание; засоление, опустынивание, загрязнение опасными химическими веществами; добыча полезных ископаемых, строительные работы. Негативные процессы проявляются в разной степени на землях сельскохозяйственного назначения в большинстве образований России, в числе которых и сельскохозяйственные угодья Орловской области.
Общая площадь земель сельскохозяйственного назначения в Орловской области
составляет 2 млн 32 тыс. га, из них большую часть занимаю пашни, площадь которых составляет 1 млн 508 тыс. га; 262,7 тыс. га — пастбища; 54,8 тыс. га — залежные земли; 53,5 тыс. га — сенокосы; 17, 5 тыс. га — многолетние насаждения. На территории региона выявлен факт недоиспользования земель сельскохозяйственных угодий, что приводит к развитию ряда негативных процессов и значительному ухудшению качества состояния земель, если в 2007 г. на территории области было выявлено более 420 тыс. га неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения, то в настоящий момент вовлечены в сельскохозяйственный оборот более 120 тыс. га. Наибольшие площади неиспользуемых земель по сельскохозяйственному назначению установлены в таких районах Орловской области, как Шаблыкинский, Троснянский, Знаменский, Мценский. В 2017 г. выявлены 4,6 тыс. га земель сельскохозяйственного назначения, на которых установлены факты загрязнения опасными химическими веществами и зарастания сорной, древесной и кустарниковой растительностью, из которых 2,4 тыс. га вовлечены в сельскохозяйственный оборот. Можно выявить положительную тенденцию к уменьшению в 2017 г. площадей земель сельскохозяйственного назначения, неиспользуемых на территории региона в сельскохозяйственном производстве, площади которых уменьшились с 8,3 тыс. га в 2016 г. до 4,6 тыс. га в 2017 г., или на 44,6%.
Вследствие недоиспользования земель сельскохозяйственного назначения и ухудшения состояния гидромелиоративных систем, часть из которых не используется совсем или имеет неудовлетворительное техническое состояние, выявлено в 2017 г. более 4 тыс. га земель с нарушенными гидромелиоративными системами.
На сегодняшний день этап интенсивного вовлечения в оборот земель сельскохозяй-
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 1 (361) / 2018
ственного назначения не получил должного внимания, так как наиболее остро стоят вопросы повышения эффективности используемых земель, сохранения их плодородия, предотвращения развития эрозионных процессов. При этом большая часть производимого урожая сельскохозяйственных культур в современном сельском хозяйстве формируется за счет мобилизации почвенного плодородия без компенсации выносимых с урожаем элементов питания, что приводит к отрицательному балансу питательных и органических веществ, а также определяет необходимость наращивания объемов внесения органических и минеральных удобрений, при условии обязательного проведения предварительного агрохимического обследования земель [2].
На сегодняшний день многие сельхозпроизводители осуществляют бесконтрольное внесение удобрений, пестицидов и агрохи-микатов, без какого-либо лабораторного контроля за агрохимическим состоянием земель, что ведет не только к деградации и снижению плодородия почв, но и к накоплению вредных веществ как в почве, так и в получаемой продукции.
Также все более актуальной становится проблема увеличения кислотности почв, которая усугубляется в связи с резким сокращением объемов известкования и применением физиологически кислых форм минеральных удобрений, что привело к увеличению площадей пахотных почв со среднекислой реакцией среды на 13-20% за период с 2011 по 2017 гг.
Результаты исследований подтверждают ухудшение качественного состояния почв, а порой и ее уничтожение в результате неправомерной деятельности хозяйствующих субъектов [3]. Так, наиболее актуальной проблемой, связанной с антропогенным воздействием на почву, являются работы по строительству дорог, прокладке трубопроводов и захламлении
www.mshj.ru
ЗЕМЕЛЬНЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО
.«А".
•/V
земель отходами производства и потребления, добыче полезных ископаемых.
Несанкционированное размещение на землях сельскохозяйственного назначения отходов производства и потребления приводит к значительным изменениям состава и свойств почв и их химическому загрязнению [4]. Проведенные исследования интенсивности накопления тяжелых металлов в пахотном слое серой лесной почвы при размещении на земельном участке твердых коммунальных отходов показали значительные изменения в накоплении анализируемых тяжелых металлов в пахотном слое 0-20 см почвы земель сельскохозяйственного назначения (табл.).
Анализ результатов исследования качественного состава тяжелых металлов и степени их накопления в слое 0-20 см серой лесной почвы в зоне действия твердых коммунальных отходов, размещенных на нарушенной почве земель сельскохозяйственного назначения, показал значительные превышения в содержании отдельных тяжелых металлов, их предельно допустимых концентраций в почве и их количестве в ненарушенной или незагрязненной контрольной (фоновой) пробы почвы. Так, превышение предельно допустимых концентраций исследуемых тяжелых металлов установлено для марганца в 1,1-1,72 раза по всем пробам почвы, взятых с загрязненными отходами территорий. Для свинца превышение предельно допустимого содержания достигало 1,1-5,7 раза. Значительные превышения предельно допустимых количеств установлены для цинка во всех исследуемых пробах почвы, взятых с загрязненного отходами земельного участка, они достигали таких значений, как 1,5; 3,5; 3,6 раза. Содержание меди превышало предельно допустимый уровень только в одной пробе (№ 1) в 1,4 раза. Для таких металлов, как кобальт и никель превышений их содержания в сравнении с предельно допустимым уровнем в почвах не установлено.
Следует отметить, что коэффициент концентрации отражает интенсивность загрязнения относительно определенного тяжелого металла, так для свинца в пробе № 1 он достигает среднего уровня загрязнения, для цинка слабого уровня загрязнения в сравнении с
предельно допустимыми их концентрациями в почве. Однако, в сравнении с содержанием исследуемых тяжелых металлов в контрольной (фоновой) пробе почвы, неподвергаю-щейся негативному загрязняющему действию отходов коммунального хозяйства, установлены значительные степени накопления анализируемых металлов [5]. Так, для кобальта интенсивность накопления или коэффициент концентрации в загрязненных пробах почвы в сравнении с его содержанием в контрольной пробе достигает таких величин, как 3,3; 32,3; 45,0 ед.; для марганца величина коэффициента концентрации в сравнении с контрольной пробой колеблется в пределах 4,7-6,1-7,5 ед. Превышение концентрации меди в пробах нарушенных почв в сравнении с контрольной пробой достигают 3,9 (проба № 3), 13,1 (проба № 2) и 6,3 ед. (проба № 1). Для оценки степени загрязнения почв свинцом в сравнении с контрольной, незагрязненной пробой почвы, полученные значения коэффициентов накопления достигали таких значений, как 35,2 ед. (проба № 1); 6,7 ед. (проба № 2); 1,6 ед. (проба № 3), что свидетельствует о среднем и сильном уровне загрязнения почвы свинцом. Для цинка уровень накопления в пробах почвы, взятых с нарушенной территории, достигает 6,114,6 ед., что также является подтверждением сильной степени накопления тяжелых металлов [6].
Поскольку в исследуемых почвах установлены условия возникновения и образования полиэлементных аномалий, то для определения степени их негативного воздействия на окружающую среду и почвы необходимо использовать суммарный показатель загрязнения И, который предназначен для тех исследуемых тяжелых металлов, значения коэффициентов концентрации которых более единицы ^с=(ХКс>1)-(п-1)), величина которого для исследуемых проб почвы изменялась в пределах 1,6 ед. (проба почвы № 3), для пробы почвы № 2 коэффициент суммарного накопления составил 3,95 ед., для пробы почвы № 1 коэффициент суммарного накопления металлов возрастал до 9,37 ед. относительно превышений предельно допустимых концентраций во всех определяемых тяжелых металлах (табл.).
При этом величина суммарного коэффициента концентрации тяжелых металлов, которая отражает совокупную техногенную нагрузку на конкретно обозначенную территорию, обусловленную влиянием всех элементов с аномально высокими концентрациями относительно контрольной (фоновой) пробы почвы, достигает очень высоких величин, так для почвенной пробы № 3 он достигал15,6 ед.; для пробы почвы № 2 — 68,6 ед., а в почвенной пробе № 1 величина суммарного коэффициента концентрации тяжелых металлов возрастала до 158,6 ед., что подтверждает очень сильный уровень загрязнения или чрезвычайно опасную степень загрязнения почв [7].
Таким образом, в почве произошли изменения в степени накопления тяжелых металлов в результате воздействия на них твердых коммунальных отходов в сторону увеличения их содержания относительно установленных величин предельно допустимых концентраций исследованных тяжелых металлов, а также значительные превышения содержания тяжелых металлов в пробах почв, нарушенных действием отходов, в сравнении с их содержанием в контрольной (фоновой) пробе серой лесной почвы, ненарушенной воздействием коммунальных отходов [8].
Следует отметить, что наличие высоких уровней содержания тяжелых металлов и образования техногенных геохимических аномалий РЬ > 1п >Мп > Си (ПДК) и Си > Со > РЬ > 1п >Мп (фон) [9] как в отдельности каждого металла, так и в суммарной их концентрации, может обусловить создание в почвенной среде возможного антагонизма и синергизма химических элементов в почвенной и растительной среде, то есть создавать условия ингибирования или стимулирования поглощения элементов растениями, когда растения могут погибнуть из-за губительной концентрации какого-то определенного металла, то есть в почвенных условиях могут проявиться как суммарный эффект действия смеси металлов, или создаваться условия, когда один металл усиливает действие другого металла, но также может возникать в почве условие наибольшего действия самого токсичного металла, что может привести к негативным последствиям [10].
Таблица
Эколого-геохимическая оценка несанкционированного размещения коммунальных отходов на накопление тяжелых металлов в пахотном слое серой лесной почвы, мг/кг
№ пробы Mn N Pb Zn Zc контроль Zc ПДК
Проба № 1 1,35 172,07 4,22 1,84 34,15 81,72
кспдк - 1,72 1.41 - 5,69 3,55 9,37
КС контроль 45,0 7,53 60,29 - 35,21 14,59 158,62
Проба № 2 0,97 139,27 0,92 1,35 6,54 79,92
КСПДК - 1,39 - - 1,09 3,47 3,95
КС контроль 32,33 6,09 13,14 - 6,74 14,27 68,57
Проба № 3 0,10 107,1 0,27 0,79 1,55 34,03
КСПДК - 1,07 - - - 1,48 1,55
КС контроль 3,33 4,69 3,86 - 1,60 6,08 15,56
Проба № 4 контроль(фон) 0,03 22,84 0,07 1,89 0,97 5,60
ПДК 5,0 100 3 4 6 23
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (361) / 2018
Таким образом, установленные деградаци-онные изменения и факт ухудшения плодородия серой лесной почвы в зоне техногенного воздействия твердых отходов коммунального хозяйства в результате накопления тяжелых металлов и порчи плодородного слоя почвы, наличия полиэлементных аномалий в почвенной среде и степени опасности исследованных тяжелых металлов, определяют необходимость проведения экологической и гигиенической оценки установленных зон техногенного загрязнения и геохимических аномалий, а также разработки рекомендаций и мероприятий, направленных на предотвращение и снижение негативного воздействия на экосистемы.
Литература
1. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв: учеб-
ник. М.: Изд-во Московского университета; Наука, 2006. 364 с.
2. Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др. Агроэкология / под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. М.: Колос, 2000. С. 38-40.
3. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Коренькова Е.А., Писарева А.В. Состояние плодородия антропогенно-измененных серых лесных почв и его эколого-эко-номическая оценка // Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2015. № 3. С. 105-114.
4. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Экологическая оценка влияния антропогенного воздействия на физико-химические свойства урбаноземов, дерново-подзолистой почвы парковой зоны (г. Москва) и серой лесной почвы (шлаковый отвал п. Думчи-но) // Агробизнес и экология. 2015. Т. 2. № 2. С. 244-246.
5. Кинжаев Р.Р., Гомова Н.Ф., Карпова Е.А. Последействие агрохимических средств на подвижность тяжелых металлов в почве и накопление их растениями // Плодородие. 2004. № 2. С. 38-40.
6. Stepanova L.P. Title: The Environmental Assessment of the Intensity of Heavy Metal Accumulation in
Anthropogenically Transformed Soil / Stepanova L.P., Ya-kovleva E.V., Pisareva A.V. // Date due: Visegrad Journal on Bioeconomy and Sustainable Development Manuscript Evaluation From 10th March 2016, p. 23-26.
7. Баранников В.Д., Кириллов Н.К. Экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции: учебное пособие для студентов вузов. М.: КолосС, 2005. 350 с.
8. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В., Раскатова В.А. Экологическая оценка структуры микробиологического комплекса техногенно-трансфор-мированных земель // Агрохимичеаий вестник. 2016. № 3. С. 20-25.
9. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Геохимическая характеристика антропогенно-преобразованных ландшафтов // Агрохимия. 2016. № 10. С. 96-103.
10. Писарева А.В., Степанова Л.П., Яковлева Е.В. Техногеохимические аномалии в урбано-земах в результате антропогенных воздействий: XII Международная научная конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии», 2016. С. 323-327.
Об авторах:
Степанова Лидия Павловна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ,
профессор кафедры земледелия, агрохимии и агропочвоведения, ОРСЮ: https://orcid.org/0000-0001-5568-1411
Циканавичуте Виктория Эдуардовна, аспирант кафедры земледелия, агрохимии и агропочвоведения,
ОРСЮ: https://orcid.org/0000-0003-4271-5891, [email protected]
Халимон Светлана Юрьевна, аспирант кафедры земледелия, агрохимии и агропочвоведения,
ОРСЮ: https://orcid.org/0000-0001-8100-2419
AGROECOLOGICAL ASSESSMENT OF DEGRADATION CHANGES IN AGRICULTURAL LAND UNDER THE INFLUENCE OF INTENSIVE ANTHROPOGENIC IMPACTS
L.P. Stepanova, V.E. Tsikanavichute, S.Yu. Halimon
Orel state agrarian university named after N.V. Parahina, Orel, Russia
An actual problem related to the anthropogenic impact on soils is the work on road construction, laying of pipelines, extraction of minerals and placement of production and consumption wastes on agricultural land, which leads to significant changes in the composition and properties of soils, their chemical contamination. Significant excesses in the content of heavy metals in samples of soils violated by the action of solid municipal wastes were established, in comparison with their content in the control (background) sample of gray forest soil, undisturbed by the impact of municipal waste, and their maximum permissible concentrations in the soil, as well as the presence of technogenic geochemical anomalies Pb > Zn > Mn > Cu and Cu > Co > Pb > Zn > Mn, which create conditions in the soil environment for inhibiting or stimulating the absorption of elements by plants and lead to negative consequences.
Keywords: geochemical anomalies, ecological functions, biogeocenosis, degradation, technogenesis, heavy metals, solid municipal waste.
References
1. Dobrovolskij GV., Nikitin E.D. Soil ecology. The doctrine about ecological functions of soils: textbook. Moscow: Izd-vo Mosk. University; Science, 2006. 364 p.
2. Chernikov V.A., Aleksakhin R.M., Golubev AV. and others. Agroecology. ed. by V.A. Chernikov, A.I. Caceres. Moscow: Kolos, 2000. Pp. 38-40.
3. Stepanova L.P., Yakovleva E.V., Korenkova E.A., Pisa-reva A.V. Fertility condition anthropogenically modified gray forest soils and its ecological-economic assessment. Vestnik RUDN = Bulletin of PFUR. Series Ecology and life safety activities. 2015. No. 3. Pp. 105-114.
4. Stepanova L.P., Yakovleva E.V., Pisareva A.V. Environmental assessment of the influence of anthropogenic impacts on physico-chemical properties of urbanozem, sod-podzolic soils of the Park area (Moscow) and grey for-
About the authors:
est soil (slag dump p. Domino). Agrobiznes i ekologiya = Agribusiness and the environment. 2015. Vol. 2. No. 2. Pp. 244-246.
5. Kinzhaev R.R., Gomova N.F., Karpova E.A. After-effect of agrochemicals on digest heavy metals in soil and their accumulation by plants. Plodorodie = Fertility. 2004. No. 2. Pp. 38-40.
6. Stepanova L.P. Title: The Environmental Assessment of the Intensity of Heavy Metal Accumulation in Anthropogenically Transformed Soil / Stepanova L. P., Ya-kovleva E.V., Pisareva A.V. Date due: Visegrad Journal on Bioeconomy and Sustainable Development Manuscript Evaluation From 10th March 2016, p. 23-26.
7. Barannikov V.D., Kirillov N.K. The environmental safety of agricultural production: textbook for students. Moscow: KolosS, 2005. 350 p
8. Stepanova L.P., Yakovleva E.V., Pisareva AV., Raska-tova V.A. Environmental evaluation of the microbiological structure of the complex anthropogenic-transformed land. Agrokhimicheckij vestnik = Agrokhimicheskie bulletin. 2016. No. 3. Pp. 20-25.
9. Stepanova L.P., Yakovleva E.V., Pisareva AV. Geochemical characteristics of anthropogenically transformed landscapes. Agrokhimiya = Chemistry® 2016. No. 10. Pp. 96-103.
10. Pisareva AV, Stepanova LP, Yakovleva E.V. Tech-nogeochemical anomalies in urbanozem as a result of anthropogenic impacts: XII international scientific conference "Physics and radioelectronics in medicine and ecology", 2016. Pp. 323-327.
Lidia P. Stepanova, doctor of agricultural sciences, professor, honored worker of science RF,
professor of the department of agriculture, agrochemistry and agro-soil science, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5568-1411 Victoria E. Tsikanavichute, graduate student of the department of agriculture, agrochemistry and agro-soil science, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4271-5891, [email protected]
Svetlana Yu. Halimon, graduate student of the department of agriculture, agrochemistry and agro-soil science, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8100-2419
1G -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 1 (361) / 2018
www.mshj.ru
