Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агрохимические основы реабилитации почв Центра Русской равнины, загрязненных радионуклидами

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Воробьев, Григорий Тихонович, Москва

./ /

БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЬШ ЦЕНТР ХИМИЗАЦИИ И = —СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАДИОЛОГИИ .

11 р е з

иум ВАК Рос

\ 9 09 г,. №

...... , , - //а правах рукописи

ОШБЬЕВ Григорий Тихонович

АГРОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕАБИЛИТАЦИИ ПОЧВ ЦЕНТРА РУССКОЙ РАВНИНЫ, ЗАГРЯЗНЁННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ

Специальности: 06.01.04-Агрохимия, 06.01.15- Агроэкология

_ Диссертация^ в виде научного доклада на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва - 1999

Официальные оппоненты:

Академик Российской Академии

сельскохозяйственных наук,

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор В.Г. МИНЕЕВ

Академик Российской Академии

сельскохозяйственных

биологических наук, ГОСУДАРСТВЕННАЯ

профессор БИБЛИОТЕКА В.Ф. ЛАДОНИН

^ - Я О

и ) " ил

Доктор биологических наук,

профессор - В.В. ПРОКОШЕВ

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Российской Академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится

заседании Диссертационного совета

исследовательском институте т:

«Агроэкоинформ»).

Адрес: 143013, Московская об Агрохимиков, дом 6, ВНИИ «Аг

С диссертацией в виде на ; института.

Отзывы на диссертацию присылать по вышеуказанн

_ 1999 г. в _ часов н;

1 во Всероссийском научно омии и экологии (ВНШ-

ос. Немчиновка-1, ул ционный совет.

т'ться в библиотеке гчатью, проста

Автореферат разослан «

Учёный секретарь диссертационного совета

А.С. МсРЗЛИКИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Почва - «живое тело природы» и «зеркало ландшафта». «Здоровая» почва, являясь саморегулирующейся подсистемой наземных экосистем, обеспечивает устойчивость земледелия и биосферы в целом.

Антропогенное воздействие породило на рубеже третьего тысячелетия целый ряд экологических проблем. В Центре Русской равнины самым катастрофическим событием стала глобальная радиационная авария на Чернобыльской АЭС, в результате которой в Российской Федерации особенно сильно пострадали Брянская, Калужская, Орловская и Тульская области.

Эта катастрофа, хотя и была технической, каким-то образом «сдетонировала», послужив своеобразным прологом прокатившихся мощных политико-экономических катаклизмов, что незамедлительно сказалось на ландшафтах и, в первую очередь, на их главном компоненте - почвенном покрове. Выполняя функцию «подвала биосферы», почва превратилась в депо различных, часто смертоносных загрязнителей.

За несколько десятилетий до этого основные площади природных почв распахали, и была проведена гигантская работа

по повышению их плодородия с помощью агрохимических, гидромелиоративных и земледельческих мероприятий.

Для систематизации данных о современном состоянии почвенного покрова и упорядочении приёмов использования почв необходим новый метод синтеза, новая методическая основа обобщения полученных данных, установления почвенно-экологических закономерностей в системе антропогенных ландшафтов. Эшби (1969, с. 211) отмечал, «...науку мало интересуют факты, достоверные только для данного эксперимента и места проведения исследования, она ищет обобщений, повторяющихся свойств явления, на основании которых устанавливаются закономерности, постоянные для многих регионов, при различных условиях».

Работая с 1966 г. начальником почвенной партии Брянского отделения «Росгипрозем», с 1972 г. начальником Брянской проектно-изыскательской станции химизации сельского хозяйства, с 1988 года директором Брянского государственного центра химизации и сельскохозяйственной радиологии, автор постоянно сосредоточивал усилия на решении проблемы повышения плодородия почв и реабилитации почвенного покрова, оказавшегося под прессингом мощного техногенного воздействия.

Выполнение этой работы стало возможным, благодаря опыту, накопленному отечественными учеными. Из большого количества опубликованных работ наиболее важными для реше-

ния данной проблемы стали исследования В.М. Фридланда, Г.В. Добровольского, В.А. Ковды, М.А. Глазовской, P.M. Алексахина, В.Г. Минеева, А.Н. Каштанова, В.И. Кирюшина, A.M. Лыкова, Т.Н. Кулаковской, И.А. Соколова, Е.Д. Никитина, В.А. Николаева, В.К. Жучковой, И.И. Мамай, И.Н. Чума-ченко, В.Н. Башкина, Е.В. Просянникова и некоторых других.

Цель исследований - изучить почвенные, агрохимические, ландшафтные, экологические аспекты использования аг-роэкосистем и разработать концепцию и системы мер, направленных на оптимизацию управления плодородием почв и реабилитацию почвенного покрова Центра Русской равнины, испытывающих разноплановое антропогенное воздействие.

Задачи исследований:

• изучить ландшафтно-экологические закономерности распространения почв и структуры почвенного покрова как основы изучения и поведения радионуклидов и других техногенных загрязнителей природной среды;

• исследовать строение, состав и свойства почв, динамику их изменения в агроэкосистемах;

• охарактеризовать радиоэкологическое состояние почв и почвенного покрова Центра Русской равнины;

• рассмотреть агроландшафты как основу выявления эколого-агрохимических аспектов использования почв и оптимизации их свойств;

• разработать практические рекомендации для реабилитации почв и почвенного покрова, загрязнённых радионуклидами.

Научная новизна. Впервые предложена почвенно-

агрохимическая концепция преодоления последствий радиационных аварий и система мер использования агроландшаф-тов, позволяющая получать продукцию, соответствующую санитарно-гигиеническим требованиям. Дано теоретическое обоснование агрохимическим основам реабилитации почв Центра Русской равнины, загрязненных радионуклидами, разработаны и комплексно оценены технологии оптимизации применения удоброений в целях обеспечения растений, основными элементами питания, предложены нормативно-технологические показатели агроэкологической оптимизации систем земледелия и получения экологически чистой продукции.

Изучены особенности поведения шСз в агросфере и сравнительная миграция его и калия в системе почва-растение. Установлено, что перенос этих элементов в почвенно-растительном покрове во многом определяет закономерности радиоактивного загрязнения урожая, а так же, что существует обратная корреляция между содержанием в почвах калия и на-

147

коплением Сб растениями.

Установленая роль калийных удобрений в поступлении шс5 из почвы в сельскохозяйственные растения. Показано,

б

что внесение калия в почву снижает концентрацию 137 Сэ в урожае. Известкование почвы на фоне внесения калийных и фосфорных удобрений способствует получению дополнительного эффекта снижения перехода 137Сз в продукцию растениеводства.

Введено понятие об антирадиационных агрохимических барьерах и разработаны их комплексные параметры.

Для оценки радиационной обстановки на сельскохозяйственных угодьях разработан и применен на практике метод крупномасштабного радиологического картографирования почв, загрязненных радионуклидами.

Впервые разработаны антирадиационная модель плодородия дерново-подзолистых почв Центра Русской равнины и поправочные коэффициенты к дозам известковых и калийных удобрений, обусловленные уровнем загрязнения почв радиоцезием.

Предмет защиты:

• уточнение научного положения о пространственном распространении и высотной приуроченности серых лесных почв Центра Русской равнины;

• установление коэффициентов устойчивости почвообразую-щих пород к проявлениям и развитию процессов оподзолива-ния;

• представление о структуре почвенного покрова, оказавшегося в кризисной экологической ситуации в связи с аварией на Чернобыльской АЭС;

• роль почв и почвенного покрова, как ведущего фактора регуляции экологического состояния агроландшафтов;

• агроэкологическая оценка состояния почв в современных экономических и экологических условиях;

• определение коэффициентов перехода радионуклидов из почв в растения;

• система реабилитации почв и почвенного покрова, испытывающих мощное и разноплановое антропогенное воздействие.

Методология и методы исследований. Методологической основой исследований являются следующие концептуальные представления:

• ведущая роль в смягчении и преодолении последствий техногенных, в том числе и радиационных, воздействий на агроэко-системы принадлежит почвам и почвенному покрову, их экологической устойчивости, саморегуляции и другим свойствам, определяющим их как очень сложные «самостоятельные естественно-исторические биокосные тела природы»;

• эффективное действие почвенно-экологических факторов на оздоровление природной среды осуществляется в условиях системного агроландшафтного подхода;

• для различных природных регионов, подверженных радиоактивному загрязнению, следует создавать оптимальные агроге-

охимические ландшафты в соответствии с сельскохозяйственной специализацией.

В работе использовали следующие экспедиционные и стационарные методы исследований: профильный и морфологический (Ковда, Розанов, 1988), сравнительно-географический (Герасимов, 1960; Роде, 1971), почвенных ключей (Ковда, Розанов, 1988), лабораторно-аналитический (Аринушкина, 1980; Петербургский, 1976), картографический (Салищев, 1976; За-руцкая, 1962; Жуков, 1980), полевого опытного эксперимента (Доспехов, 1972; Перегудов, 1978), экологической оценки параметров природной среды (Шишов, Дурманов, Карманов, 1991; Кирюшин, 1993, 1996; Просянников, 1995), математической статистики (Перегудов, 1968; Румшиский, 1974; Дмитриев, 1978; Рожков, 1989), радиологи (Клечковский, 1956; Юдинцева, Гулякин, 1968; Поляков, 1970; Алексахин и др., 1977, 1985; 1988; 1991; Рачинский, 1978; Просянников, 1995) и системного подхода (Milne, 1936; Глазовская, 1964, 1969, 1972, 1973; Фридланд, 1972, 1984; Системный подход..., 1985).

Достоверность исследований обусловлена большим

количеством результатов полевого, камерального, лаборатор-но-аналитического изучения почв и почвенного покрова при обычном их картографировании (Карпинский, 1970; Фридланд, 1972; Симакова, 1978; Розов, 1980) и специальном крупномасштабном радиологическом картографировании почв тер-

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕН!-;.

библиотека'

риторий, подвергшихся радиоактивному загрязнению, а также применением совокупности методов, давно и успешно апробированных сельскохозяйственной наукой (Пономарёва, 1964; Дмитриев, 1972; Кауричев, 1973; Фрид, 1974; Перельман, 1979 и др.).

Практическая значимость исследований. Результаты

многолетних исследований легли в основу разработки систем земледелия в условиях мощного разнопланового антропогенного воздействия на агроэкосистемы. Внесены поправки в технологию применения средств химизации в Центре Русской равнины. Дозы внесения известковых материалов и калийных удобрений увеличены в зависимости от уровня радиоактивного загрязнения почв. Всё это даёт возможность получать продукцию сельского хозяйства, отвечающую санитарно-гигиеническим требованиям, что необходимо для выполнения экологических экспертиз и принятия решений разного уровня - хозяйственных, социальных, политических.

Результаты исследования были использованы:

• при планировании и проведении почвенной съемки сельскохозяйственных земель, агрохимическом обследовании почв, а также учитывались в агромелиоративных и агротехнических мероприятиях на территории исследования;

• при почвенно-агроэкологическом районировании территории Центра России для целей бонитировки почв и качественной оценки сельскохозяйственных земель;

• при проведении ландшафтных исследований и составлении ландшафтных карт и типологии земель учеными географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова;

• при разработке концепции и проведении работ по агроэколо-гической реабилитации почв, загрязненных радионуклидами для территорий Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей;

• в практической работе почвоведов системы Росгипрозема и специалистов агрохимической службы Центра России;

• в учебном процессе Брянской государственной сельскохозяйственной академии, Брянской государственной инженерно-технологической академии, Брянского государственного педагогического университета и других учебных заведений.

Разработана группировка почв по содержанию гумуса, которая включает шесть групп обеспеченности почв гумусом. С использованием этой группировки произведено картографирование территории.

На всей территории региона проведено крупномасштабное радиологическое картографирование почв сельскохозяйственных угодий, а в юго-западных районах Брянской области про-

ведено 3 тура таких обследований. Все хозяйства получили материалы этого радиологического картирования с рекомендациями по ведению сельскохозяйственного производства в условиях радиоактивного загрязнения.

Апробация исследований. Результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на многих научных и производственных съездах, симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях, основные из них:

• II (Москва, 1971), III (Москва, 1973) и IV (Кишинев, 1980) Всесоюзные совещания по структуре почвенного покрова и методам её исследования;

• научный совет Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии (Обнинск, 1995);

• Всероссийская конференция «Научные основы ведения агропромышленного производства в условиях крупных радиационных аварий» (Обнинск, 1996);

• Международная конференция «Основные принципы ведения агропромышленного производства в условиях интенсивного техногенного воздействия» (Брянская обл., г. Новозыбков, 1996);

• Международная встреча по реализации проекта ТАСИС «Научно-техническая поддержка контроля за качеством пищевых

продуктов в районах, подвергшихся аварии на Чернобыльской АЭС» (Брянск, 1997).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в

110 работах, в т. ч. в монографии «Почвы Брянской области» и в восьми коллективных монографиях.

Конкретное личное участие диссертанта в разработке научных результатов, выносимых на защиту:

• разработана и осуществлена программа исследований;

• сделан выбор методологии, объектов и методов исследований;

• участие в работе на всех её этапах;

• проведен анализ, обобщение и интерпретация полученных результатов;

• разработаны нормативно-методические материалы;

• внедрена система реабилитации почв и почвенного покрова, испытывающих мощное и разноплановое антропогенное воздействие.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ПОЧВА И ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ -ОСНОВНОЙ ОБЪЕКТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ВАЖНЕЙШИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ АНТРОПОГЕННОГО ЛАНДШАФТА

Интенсивность использования всех природных ресурсов в настоящее время достигла высокого уровня и продолжает расти. Сельскохозяйственное производство по силе и характеру своего воздействия на природную среду является одним из мощных факторов, а по представлению некоторых ученых, -это самый крупный фактор (Ковда, 1978).

Сельскохозяйственные почвы и почвенный покров - ценнейшее достояние человечества. Составляя около 35 % площади суши, в том числе 10,9 % пахотные угодья, 24 % - сенокосы и пастбища, они обеспечивают продуктами питания и многими видами технического сырья практически все население нашей планеты (Николаев, 1992).

Почва обладает целым рядом особенностей, отличающих её от других природных ресурсов. Почвенный покров является планетарным приемником хозяйственных отходов и мощнейшим очистителем планеты от всевозможных загрязнителей. Он выполняет роль универсального биологического поглотителя и нейтрализатора загрязнений, минерализатора остатков органических веществ суши (Ковда, 1978). Благодаря осуществлению биосферных экологических функций почвы, человек так долго полагался и еще полагается на «самоочищение природы» от тех отходов, которые поступают во внешнюю среду.

В настоящей работе рассматриваются некоторые аспекты проявления почвенных экологических функций в целом, и радиоэкологических в частности, на биогеоценотическом (экоси-стемном) уровне, которые наиболее изменяются при сельскохозяйственном использовании земель, через производство биологической продукции и её качества в условиях антропогенных ландшафтов Центра Русской равнины.

По данным Минсельхозпрода России на 01.01.97 г., в результате Чернобыльской аварии 3603,58 тыс. гектаров (11,8 %) сельскохозяйственных угодий 14 регионов страны, подверглись радиоактивному цезиевому загрязнению (табл. 1).

Антропогенное воздействие, такое как радиоактивное загрязнение, по своим последствиям, носящее катастрофический характер, на больших площадях и с высокой плотностью загрязнения распространено на территории Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей (рис. 1, табл. 2).

Наибольшие площади и плотности загрязнения распространены в Брянской и Тульской об�