Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование поведения Pb и Cd в почвах пригородной зоны г. Ижевска и приемы, снижающие их миграцию в системе почва-растение

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Исследование поведения Pb и Cd в почвах пригородной зоны г. Ижевска и приемы, снижающие их миграцию в системе почва-растение"

005552463

На правах рукописи С1

ЛОЖКИН АНДРЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ РЬ и Сй В ПОЧВАХ ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ г. ИЖЕВСКА И ПРИЕМЫ, СНИЖАЮЩИЕ ИХ МИГРАЦИЮ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор с.-х. наук, проф. А. В. Леднев

11 СЕН 2014

Москва - 2014

005552463

Работа выполнена в ГНУ Удмуртский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии и ФГБОУ ВПО «Ижевская ГСХА»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Леднев Андрей Викторович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дабахова Елена Владимировна

кандидат биологических наук Васенев Вячеслав Иванович

Ведущая организация:

ГНУ Пермский НИИСХ Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 6. 11. 2014 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д.006.053.01 при ГНУ Почвенный институт им. В. В. Докучаева Россельхозакадемии по адресу: 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д.7, стр.2.

Текст автореферата размещен на сайте " esoil.ru "

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Почвенного института им. В. В. Докучаева Россельхозакадемии.

Автореферат разослан $<?.€<$. 2014 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, оформленные в соответствие с требованиями ВАК РФ, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119017, Москва, Пыжевский пер., дом 7, стр. 2. Диссертационный совет. Факс: 8 (495) 951-50-37; E-mail: lubimova@agro.geonet.ru Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук

И. Н. Любимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Сельскохозяйственные угодья, расположенные в пригородной зоне, играют особую роль, как для самого города, так и для сельского хозяйства региона (района, области, республики). Именно в этой зоне производится значительная часть овощных, кормовых культур и картофеля, в ней расположены наиболее окультуренные и интенсивно используемые почвы. Однако, под действием техногенеза они постепенно утрачивают свою производительную способность, подвергаются химическому загрязнению и механическому нарушению, вплоть до полной деградации почвенного и растительного покрова. Особую опасность вызывают тяжёлые металлы, содержащиеся в загрязнённых почвах, так как они накапливаются в растениях, а потом по пищевой цепочке попадают в организм животных и человека и вызывают различные заболевания. Площадь таких деградированных земель ежегодно только увеличивается. Сельскохозяйственное использование земель, загрязнённых тяжёлыми металлами, запрещено действующим законодательством и требует проведения рекультивационных работ.

Восстановление плодородия почв, загрязнённых тяжелыми металлами, невозможно без проведения специально разработанной системы рекультивационных мероприятий. Существующие в настоящее время способы рекультивации таких почв характеризуются недостаточно высокой эффективностью или требуют очень больших материальных затрат, и поэтому разработка новых приёмов и способов восстановления их плодородия имеет большую актуальность.

В Удмуртской Республике наибольшую опасность из тяжелых металлов представляют свинец и кадмий. По данным РЦАС «Удмуртский» доля почв с повышенным и высоким уровнем содержания валового кадмия по республике составляет 84,3 %, в том числе с высоким - 14,6 %, почв с повышенным уровнем содержания свинца - 9,2 % [Безносов и др., 2005]. Основная часть наиболее загрязнённых почв расположена вокруг крупных населённых пунктов, в первую очередь, г. Ижевска.

Цель диссертационной работы — изучить пространственное загрязнение поверхностных горизонтов почв пригородной зоны г. Ижевска РЬ и Сд, дать оценку влияния различных мелиорантов и удобрений на поступление РЬ и С<3 в растения.

Задачи исследований:

1. Установить характер и степень агрогенного и техногенного воздействия на почвы пригородной зоны г. Ижевска.

2. Определить содержание РЬ и С<1 в почвах пригородной зоны г. Ижевска.

3. Оценить действие различных мелиорантов и удобрений на изменение содержания подвижных форм РЬ и Сё в загрязнённых почвах и их поступление в растения.

Научная новизна

Впервые на основании проведённого почвенно-экологического обследования определены виды и степень техногенного воздействия на почвы пригородной

зоны г. Ижевска, исследовано содержание РЬ и С<3 в верхнем горизонте почв пригородной зоны г. Ижевска.

Изучено влияние различных мелиорантов и удобрений на степень подвижности свинца и кадмия в загрязнённых дерново-подзолистых почвах, выявлены наиболее эффективные из них. Предложены приемы восстановления агроэкологи-ческого состояния почв, загрязнённых тяжёлыми металлами.

Практическая значимость результатов исследований

По результатам исследований разработаны предложения по применению удобрений и мелиорантов на почвах, загрязнённых тяжёлыми металлами, обеспечивающие повышение их плодородия и улучшение агроэкологического состояния, что позволит улучшить токсикологическое состояние загрязнённых почв, повысит продуктивность и экологическую значимость сельскохозяйственных угодий, расположенных в пригородной зоне.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Город Ижевск, являясь крупным индустриальным центром, оказывает на почвенный покров пригородной зоны два вида техногенного воздействия - механическое и химическое. Тип и степень техногенеза определяется следующими факторами: 1) удалённостью от города; 2) розой ветров; 3) видом угодий; 4) характером использования территории.

2. Выявлены участки с локальным загрязнением почв пригородной зоны г. Ижевска РЬ и С<1, что объясняется деятельностью его промышленных предприятий и грубыми нарушениями в размещении отходов и агрохимикатов жилищно-коммунальными и сельскохозяйственными организациями.

3. Внесение научно обоснованных доз мелиорантов и удобрений позволяет повысить плодородие дерново-подзолистых почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, и снизить в них подвижность свинца и кадмия.

4. Внесение изучаемых мелиорантов и удобрений в почвы, загрязнённые тяжёлыми металлами, повышает урожайность сельскохозяйственных культур и снижает содержание ТМ в растениеводческой продукции.

Апробация материалов

Результаты исследований ежегодно докладывались на научно-практических конференциях студентов, аспирантов и педагогических работников Ижевской ГСХА (г. Ижевск, 2010-2013 гг.); на международной научно-практической конференции «Молодые ученые - аграрной науке Евро-Северо-Востока» (г. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2013 г.); на международной научно-практической конференции «Развитие и внедрение современных технологий и систем ведения сельского хозяйства, обеспечивающих экологическую безопасность окружающей среды» (г. Пермь: Пермский НИИСХ, 2013 г.). Общее количество опубликованных работ представлено 8 наименованиями (2,87 усл. печ. л.) с личным участием в 1,54 усл. печ. л. В журналах, рекомендованных ВАК РФ, опубликованы 3 работы.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 160 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, содержит 42 таблицы, 10 рисунков, 15 приложений. Список использованных источников включает 219 наименований, в том числе 35 на иностранных языках.

Исследования выполнены в соответствии с «Планом фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению развития АПК РФ на 2011-2015 годы» (номер задания 2.07.03).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Анализ литературных источников показал, что в настоящее время накоплен большой эмпирический материал по влиянию факторов и процессов на свойства почвоподобных искусственных образований городских территорий, как сформированных из естественных почв, так и созданных заново [Голубчиков, 2001; Ры-лова, 2003; Потапов и др., 2004; Александрова, и др. 2004; Дабахов, 2012 и др.]. Относительно влияния техногенеза на пригородные территории имеются лишь отдельные отрывочные данные и они касаются только тяжёлых металлов и распространённости их в целом по России или по крупным регионам [Соколов, Черников, 1999; Безносов, 2005; Ступин, 2009; Водяницкий, 2008,2012 и др.].

Значительное количество работ посвящено изучению влияния тяжёлых металлов на химические и биологические свойства почв, на здоровье населения [Ко-вда, 1988; Кабата-Пеидиас и др., 1989; Ильин, 1991; Звягинцев, 1997; Водяницкий, 2005, 2008, 2012 и др.]. Предложено большое количество способов восстановления плодородия загрязнённых почв [Елькина, 2007; Ступин, 2009; Дабахов, 2012 и др.]. Тем не менее, литературный и патентный поиск показал, что, к сожалению, в настоящее время, отсутствует универсальный высокоэффективный способ мелиорации загрязнённых почв, пригодный для всех тяжёлых металлов, уровней их загрязнения, различных почвенно-климатических условий России.

Глава 2,ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Основным объектом исследований в данной диссертационной работе выбраны дерново-подзолистые суглинистые почвы, загрязнённые РЬ и Сс1. Они имеют наибольшее распространение на территории европейской части Нечерноземной зоны РФ, их общая площадь составляет около 55 %, в том числе в Удмуртской Республике 68 % [Ковриго, 2004]. Эти почвы наиболее подвержены интенсивному техногенному воздействию в пригородной зоне населённых пунктов.

Для определения направления и масштабов проявления техногенного воздействия г. Ижевска на почвенный покров его пригородной зоны в 2010 году проведено почвенно-экологическое обследование 30-и км пригородной территории. При проведении обследования были учтены требования, изложенные в действующих нормативно-правовых документах [Классификация..., 2004; Методические рекомендации по выявлению деградированных..., 2005].

Изучение пригородной зоны проведено с помощью ключевых площадок. Площадки размещались на типичных участках, расположенных в радиальном направлении по лучам, направленным от окраины г. Ижевска в южном, северном, западном, восточном, юго-восточном, северо-западном и северо-восточном направлениях в радиусе до 30 км от города. На каждом радиальном направлении

ключевые площадки размещались на следующем расстоянии от черты города: 250 Г м Гш 2 м; 3 км; 4 км; 5 км; 10 км; 15 км; 20 км; 25 км; 30 км. На каждой площадке заложен ^очвешый разрез и отобраны образцы почв на полный хими-чес™нализ, определен видовой состав растительности и её продуктивность.

На втором этапе исследований изучалось влияние агрохимических приемов по восстановлению агроэкологического состояния почв, загрязненных свинцом и кадмием Для разработки технологических приёмов мелиорации загрязненных почв было проведено 4 опыта: один лабораторный и три полевых.

Лабораторный опыт проведен с почвой, искусственно загрязненной РЬ и Cd. В нём изучалось максимальное количество мелиорантов и удобрении. Все ониис-~сь при четырёх уровнях доз внесения: среднем, повышенном, высоком и очшь высоком (табл. 1). Лабораторные условия позволили выявить действие мелиорантов и удобрений на загрязнённую почву в чистом виде, так как было ис-Хчено действие посторонних факторов: растений, бокового и грунтового притока и оттока влаги, неравномерного воздействия ветра, солнца и т.д.

Таблица 1 - Схема лабораторного опыта 1

Мелиоранты н удобрения

Фосфоритная мука т/га

Известняковая мука т/га

Цеолит т/га

Сульфид натрия кг д.в./га

Суперфосфат кг д.в./га

Низинный торф т/га Гумат натрия кг/га

без загрязнения

Уровень доз внесения мелиорантов и удобрений

--: : ! <-i____. т.

без загрязнения и мелиорантов

фон (контроль)

загрязнение 250 мгРЬ

Д.В./КГ +

5 мг Cd

дв./кг

1 уровень

0,5

50

60

60

50

10

2 уровень

1,0

100

90

90

100

15

3 уровень

1,5

12

150

120

120

150

20

4 уровень

2,0

16

200

150

150

200

25

Опыт заложен в ноябре 2010 года в полиэтиленовых сосудах емкостью 1,5 литра в которых размещен пахотный слой незагрязнённой дерново-подзолистои ^глинистой почвы массой 1 кг абс. сух. почвы. Повторность опытов шестикратная Подготовка почвы и набивка сосудов проведена по методике закладки вегетационного опыта, предложенной А.В. Соколовым [1975].3агрязнение почвы проведено ацетатом свинца в дозе 250 мг/кг и нитратом кадмия в дозе 5 мг/кг металлов В качестве мелиорантов и удобрений использованы химически чистые соли. ТошЬ - низинный, сильноразложившийся, слабокислый и цеолит из Хотынецкого месторождения Орловской области. Загрязнённая почва в сосудах компостировалась в течение шести месяцев в условиях оптимальной влажности (соответствующей 80 90 % от наименьшей влагоемкости) при температуре + 18...+ и с. через 1 и 6 месяцев компостирования были отобраны почвенные образцы на определение в них содержания подвижных форм РЬ и С<1.

Варианты, оказавшие наиболее значительную эффективность по снижению степени подвижности РЬ и Сс1 (сочетание результативности действия и стоимости

дозы внесения мелиорантов), были использованы при закладке полевых опытов 2 и 3. Они заложены в мае 2011 г. в УОХ «Июльское» Боткинского района Удмуртской Республики на искусственно загрязнённом участке опытного поля ВПО ФГБОУ Ижевская ГСХА. Почва - агрозём текстурно-дифференцированный сред-несуглинистый на покровных глинах и тяжёлых суглинках (по старой классификации - дерново-среднеподзолистая слабосмытая среднесуглинистая). Агрохимические показатели пахотного слоя почв опытного участка приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Агрохимические показатели дерново-подзолистой почвы перед закладкой опытов, 2011 год_

№ опыта Органическое вещество, % pHKci Физико-химические свойства, мг-экв./100 г Химические свойства, мг/кг

Нг S Р2О5 к2о

2 1,6 4,8 3,3 11,5 121 105

3 1,8 4,8 3,4 11,1 103 110

Валовое содержание свинца в почве - 10 мг/кг, кадмия - 0,13 мг/кг. Опыты заложены по одной схеме и отличались только видом поллютанта. Загрязнение выполнено водорастворимыми солями: нитратом свинца (опыт 2) в дозе 250 мг/кг д.в. (РЬ) и сульфатом кадмия (опыт 3) в дозе 5 мг/кг д.в. (Cd). Размер опытной делянки 1,0x2,0 м. Опыты заложены в четырехкратной повторности. В опыте использованы: фосфоритная мука высшего сорта с содержанием Р205

- 30 %, простой гранулированный суперфосфат с содержанием Р205 - 19 %, известняковая мука 1 класса с нейтрализующей способностью 88%, сульфид натрия

- химически чистая соль, низинный сильно разложившийся слабокислый торф с влажностью 65 % и цеолит Хотынецкого месторождения Орловской области.

Схема мелкоделяночных опытов 2 и 3: 1) Незагрязненная почва (абсолютный контроль); 2) почва без мелиорантов + свинец 250 мг/кг д.в. (опыт 2) + кадмий 5 мг/кг д.в. (опыт 3) почвы - фон; 3) фон + фосфоритная мука 1,0 т/га; 4) фон + фосфоритная мука 1,5 т/га; 5) фон + суперфосфат 90 кг д.в./га; 6) фон + суперфосфат 120 кгд.в./га; 7) фон + сульфид натрия 90 кг д.в./га; 8) фон + сульфид натрия 120 кг д.вУга; 9) фон + известь 8 т/га; 10) фон + известь 12 т/га; 11) фон + торф 50 т/га; 12) фон + торф 100 т/га; 13) фон + цеолит 50 т/га; 14) фон + цеолит 100 т/га.

Все агротехнические работы на опытах проведены вручную (кроме посева). В 2011 году в опытах выращивалась викоовсяная смесь, в 2012 году - ячмень сорта Раушан, в 2013 году - овес Гунтер. В полевых опытах 2 раза за вегетационный период (в фазе всходов культуры и после её уборки) отобраны почвенные образцы на полный агрохимический анализ и содержание подвижных форм РЬ и Cd. Определена биологическая урожайность культур, в растительных образцах проанализировано валовое содержание РЬ и Cd. В сентябре 2013 года определена микробиологическая и ферментативная активность почв.

Для проверки в производственных условиях действия наиболее перспективных доз внесения мелиорантов и удобрений на степень подвижности РЬ и Cd в загрязнённой почве в мае 2013 года был заложен полевой опыт 4. Он размещен на

7

участке, загрязнённом ТМ. Уровень загрязнения по свинцу - 75 мг/кг, кадмию -4 9 мг/кг Участок расположен на расстоянии 2 км от городской черты. Почва -атродерново-подзолистая легкосуглинистая на покровных опесчаненных суглинках Культура-многолетние травы.

Схема опыта 4: 1) почва без мелиорантов (контроль); 2) фосфоритная мука 1 5 т/га- 3) суперфосфат 120 кг д.в./га; 4) сульфид натрия 120 кг д.в./га; 5) известняков^ мука 12 т/га; 6) торф 100 т/га); 7) цеолит 100 т/га.

Опыт заложен в 3-х кратной повторное™. Размер делянок 3x10 м, площадь 30 м2. Размещение делянок систематическое со смещением, в 1 яруса_ В^опыте^использована фосфоритная мука высшего сорта с содержанием Р205 -30/о, простои шанули^ванньГй суперфосфат с содержанием Р205 -19%, известняковая мука 1 1шГсса " нейтрализующей способностью 88 «/о, сульфид "-Рия ; -м„Чес„ стая соль низинный сильно разложившийся торф с влажностью 68 /о и цеолит Хотынецкого месторождения. Все агротехнические работы на опыте выполнены механизированным способом, кроме внесения мелиорантов и удобрении (внесены вручную) В опыте в 2013 году возделывалась викоовсяная смесь на сидерат.

Почвенные образцы со всех опытов проанализированы в биохимическои лаборатории ГНУ Удмуртский НИИСХ госшрованными методами. Определение массовой ГоТкислоторЗримых, солерасгворимых и растворимых в ацеташо-^о.шином буферном растворе форм РЬ и Сс1 в пробах почвы и растении провед^ атомпо-ад^ционным методом [ГОСТ Р.50687-94; Методические указания...,1992] в ла^ра-торииГНУ НИИСХ Северо-Востока. Полученные данные подвергнуты статистаческои обработке методами дисперсионного анализа [Доспехов, 1985].

Глава 3 ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ г. ИЖЕВСКА

В данной главе приведено подробное описание 30 ключевых площадок, расположенных в 30 км пригородной зоне г. Ижевска. Установлено, что её почвенный покров представлен почвами разной степени технологической деградации: слабой, средней, сильной и очень сильной. Почвы, подверженные.деградации в слабой степени встречались в лесах, расположенных на расстоянии более 1 км от города и 200 м от крупных автодорог. Они отличались от ненарушенных почв несколько более высоким содержанием 1М и наличием различных включений антропогенного характера. Наибольшее распространение из почв этого ряда в пригородной зоне получили дерно-во-подзолы иллювиально-железистые песчаного и супесчаного гранулометрического состава они занимали 17 % обследованной территории и характеризовались средне-кислой'реакцией, низкой суммой обменных оснований, низким содержанием подвижного фосфора и обменного калия, средним (для дерново-подзолистых почв) содержанием^гумуса. Почвы, подверженные технологической деградации в средней степени, встречались на пашне, расположенной на пологих и слабопокатых склонах увалов (до 3°) Они испытывали не только химическое, но и агрогенное воздействие, которое привело к появлению антропогенного пахотного слоя и развитию водной эрозии. Наибольшее распространение из почв этого рада получили: агродерново-подзолы иллювиально-железистые, агродерново-подзолистые и агросерые. Они занимали самую

значительную часть пригородной зоны г. Ижевска — 48 % обследованной территории. Их плодородие зависело от гранулометрического состава, содержания в них гумуса, степени смыва и окультуренности. Они отличались от целинных аналогов меньшей гу-мусированностью и кислотностью, более высоким содержанием элементов минерального питания. Пригородные почвы сильной степени технологической деградации встречались на пашне, расположенной на среднепокатых склонах увалов (3-5°) и поэтому подверженной более значительному воздействию водной эрозии. Наибольшее распространение из почв этого ряда в пригородной зоне г. Ижевска получили агрозёмы альфегумусовые, текстурно-дифференцированные и структурно-метаморфические. Они занимали 33 % обследованной территории и отличались от аналогичных почв средней степени деградации ещё меньшим содержанием гумуса в пахотном слое. Остальные показатели зависели от гранулометрического состава, степени смыва и окультуренности. Пригородные почвы, подверженные очень сильной степени технологической деградации, располагались на участках проведения земляных строительных работ (отсыпка и инженерная планировка территории, прокладка коммуникаций и т. д.), примыкали к автодорогам и различным объектам народного хозяйства. Они полностью утратили первоначальное строение почвенного профиля и представляли собой техногенные поверхностные образования. Эти образования занимали основную часть г. Ижевска, но в его пригородной зоне встречались только на 1 % обследованной территории. Они были представлены в основном реплантозёмами. Их профиль состоял из слоев различной мощности, цвета, гранулометрического состава и характеризовался очень низким содержанием гумуса, но он встречался во всех техногенных слоях. Мощность верхнего самого гумусированного слоя не превышала 10-20 см.

Содержание валовых форм свинца и кадмия в почвенном покрове пригородной зоны г. Ижевска в большинстве случаев не превышало средний уровень (РЬ - 10...35 мг/кг: С<1 - 0,1.. .0,25 мг/кг) и, в первую очередь, определялось гранулометрическим составом и гумусированностью почв. Тем не менее, город Ижевск, а также промышленные и сельскохозяйственные предприятия способствовали значительному локальному химическому загрязнению почвенного покрова РЬ и Сс1. Нами был выявлен целый ряд участков с аномально высоким уровнем загрязнения (РЬ до 416 мг/кг, Сс! до 8,8 мг/кг). Такие участки, как правило, располагались на полях утилизации навоза (ключевые участки № 1 и 2), осадков сточных вод (ключевая площадка № 4), на местах снегохра-нилищ, свалок бытовых и промышленных отходов (ключевая площадка № 3). Всё это свидетельствует о серьёзности данной проблемы, как для населения, так и для производственников, на территории которых расположены данные загрязнённые участки.

Глава 4.ВЛИЯИИЕ МЕЛИОРАНТОВ И УДОБРЕНИЙ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ, АГРОХИМИЧЕСКИЕ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И СТЕПЕНЬ ПОДВИЖНОСТИ РЬ и Сс1 В ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ

Как следует из сопоставления вариантов 1 и 2 на рис. 1...5, уровень загрязнения почв тяжелыми металлами практически не отразился на значениях физико-химических и химических свойств почвы.

Влияние мелиорантов и удобрений на показатель РНКа определялось их химическим составом (рис. 1).Наибольшее действие, закономерно, оказала известняковая мука, она во всех случаях обусловила значительный сдвиг кислотно-щелочного баланд в щелочную сторону (доза 8 т/га - на 0,6...1,5 ед. РНКсь Доза 12 т/га - на 1,2...1,8 ед. рНка) Этот мелиорант обладал длительным последействием, на трети год после его внесения прослеживалось даже повышение эффективное™ по снижению почвенной кислотности^ Изменение кислотности загрязнённой почвы под действием других мелиорантов и удобрений происходило в пределах математической ошибки, исключение составили фосфоритная мука и неолит, вызвавшие статистически достоверное повышение показателя рНКа на третай год проведения исследований в обоих опытах.

ед.рН б

2011-0,&

12-0,6

= 2011, август а 2012, август и 2013, август

Рисунок 1 - влияние тяжёлых мстахюв. мелиорантов и удобрений на показатель РНКа, ед. рН (усредненные данные по опытам 2 и 3)

Почва опытных участков характеризовалась низкой суммой обменных оснований и на контрольном варианте колебалась от 10 до 12 мг-эквЛ 00 г почвы (рис. 2).

8. 20

мг-экв.; 15

100 г

10

5

0

2011-3 ^ 2012-2 2013-2

= 2011, август и 2012, август ■ 2013, август

Рисунок 2 - Влияние тяжёлых металлов, мелиорантов и удобрений на сумму обменных оснований почвы, мг-экв/100 г почвы (усредненные данные по опытам 2 и 3)

Действие мелиорантов и удобрений также определялось их химическим составом. Наибольшее влияние на сумму обменных оснований оказала известняковая мука. За весь период наблюдений, по данным обоих опытов, она обусловила резкое увеличение этого показателя: доза 8 т/га - на 4.. .7 мг-эквЛОО г почвы; доза 12 т/га - на 8.. .9 мг-эквУ100 г почвы. Меньшее, но, тем не менее, статистически достоверное увеличение суммы обменных оснований, в большинстве случаев обеспечило внесение в загрязнённую почву фосфоритной муки и цеолита.

Влияние изучаемых тяжелых металлов, мелиорантов и удобрений на химические свойства почвы также зависело от их химического состава, дозы и периода, прошедшего после внесения. Наибольшее влияние на содержание подвижного фосфора в загрязнённой почве оказало внесение в 2011 году фосфорсодержащих мелиорантов, таких как фосфоритная мука и суперфосфат (рис. 3).

Рисунок 3 — Влияние тяжёлых металлов, мелиорантов и удобрений на содержание подвижного фосфора в почве, мг/кг почвы (усредненные данные по опытам 2 и 3)

Внесение фосфоритной муки в дозе 1 т/га увеличило его количество в почве в 2,0...3,8 раза, в дозе 1,5 т/га - в 2.5...5.4 раза. Действие суперфосфата было выражено значительно слабее, тем не менее, его доза внесения 120 кг д.в./га, в большинстве случаев, математически достоверно увеличила содержание подвижного фосфора в загрязнённой почве. Из других мелиорантов заслуживает внимание цеолит в дозе 100 т/га, причём максимальное его положительное действие проявилось на второй год после внесения, и оно составило 29...63 % (превышение к контролю).

Единственным мелиорантом, достоверно увеличившим содержание обменного калия в почве, оказался цеолит (рис. 4), что связано с повышенным количеством этого элемента в его составе (320 мг/кг минерала).

Рисунок 4 - Влияние :яжслы.ч металлов. мелиоршпои и удобрений на содержание обменного калия в почве, мг/кг почвы (усредненные данные по опытам 2 и 3)

Для дерново-подзолистых почв особое значение имеет содержание в них органического вещества. Именно оно определяет уровень плодородия почв и их способность противостоять неблагоприятным изменениям окружающей среды, в том числе техногенному загрязнению почв тяжелыми металлами.

Внесение в 2011 году торфа в дозе 100 т/га обеспечило достоверное увеличение содержания органического вещества в почве в течение 3 лет исследовании на 0 26 1 20 абс % (14.. .87 относит. %). Внесение торфа в дозе 50 т/га увеличило этот показатель „а меньшую величину - на 0.19.. .0,69 абс. % П0 _.50 ошос^ о/о) и было математически доказуемым не во всех случаях (рис. 5). Внесение в почву суперфосфата, фосфоритной муки и цеолита также способствовало повышению этого показателя, но, в большинстве случаев, только на уровне положительной тенденции.

° ^ ^ -

Рисунок 5 - Влияние РЬ.......и мелиорантов и удобрений на содержание

органического вещества в почве, мг/кг почвы (усредненные данные по опытам 2 и 3)

Разработка способов восстановления агроэкологического состояния почв, загрязнённых РЬ и С(1 проводилась с помощью одного лабораторного и трёх полевых опытов. Для определения влияния мелиорантов, удобрений и доз их внесения на степень подвижности свинца и кадмия использовались две различные по вытеснительной способности вытяжки из почвы: аммонийно-ацетатный буферный раствор (ААБ) с рНКо4,8 (более сильная вытяжка) и раствор хлористого кальция (более слабая). Данные лабораторного опыта подтвердили правильный выбор мелиорантов и удобрений, все они обусловили значительное, статистически достоверное снижение степени подвижности свинца и кадмия в загрязнённой почве.

Наиболее высокую эффективность снижения содержания подвижных форм РЬ и С<3 по данным вытяжки с 1 М раствором хлористого кальция проявила известняковая мука, а по данным вытяжки ААБ - цеолит, торф и суперфосфат. Эффективность снижения подвижности РЬ и Сс1 в загрязнённой почве возрастала по мере увеличения доз внесения мелиорантов и удобрений, с достижением максимума на третьем (высоком) или четвёртом (очень высоком) уровне. Так как четвёртый уровень доз внесения по эффективности сильно не отличался от третьего, а в производственных условиях был бы очень затратным, то для дальнейшего изучения в полевых опытах выбран только второй и третий уровень доз, а для торфа и цеолита - первый и второй.

По данным вытяжки 1 М хлористого кальция (полевой опыт 2) максимальное содержание подвижного свинца наблюдалось в фоновом варианте (без мелиорантов). Внесение в загрязнённую почву всех изучаемых мелиорантов и удобрений значительно снизило содержание подвижных форм свинца в почве. Характер их действия на этот показатель очень сильно колебался по срокам определения и зависел от вида мелиорантов и удобрений, дозы их внесения и периода, прошедшего после внесения. Наиболее стабильные показатели за весь период наблюдений проявила известняковая мука, её доза внесения 8 т/га снизила степень подвижности свинца на 44.. .67 %, а доза внесения 12 т/га - на 50.. .70 % (рис. 6).

70 к-----~ - ----

.п^Л'-^/Т^ч __________ _____

60 - .....

---------—

о +

_

14.06.2011 НСР05 - 13

17.08.2011 НСР05 - 30

05.06.2012 НСР05 - 23

21.08.2012 НСР05 - 12

02.06.2013 НСР05 - 14

15.08.2013 НСР05 - 15

2. Почва без мелиорантов + ТМ - |]юн (контроль) 4 фос. мука 1.5 т/та

6. Суперфосфат 120 кг/та

»8 Сульфид натрия 120 кг/га

• 10. Известь 12 т/та

• 12 Торф 100 т/та

• 14. Цеолит 100 т/та

НСР05 - 13 Нигиэ-зи пу-ГИ^-^ "" *■----------

Рис. 6 - Влияние мелиорантов и удобрений на степень подвижности свинца в загрязнённой почве, % (вытяжка СаС12)

Действие других мелиорантов и удобрений, которые представляли собой различные соли (за исключением торфа и цеолита), определялось их растворимостью в воде. В первые два года после их внесения наибольшее действие по закреплению свинца оказали наиболее растворимые в воде мелиоранты и удобрения — 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). Фосфоритная мука - слаборастворимый в воде мелиорант - более ярко проявил свою эффективность во второй и третий год после внесения (по мере растворения почвенным раствором). Хорошие результаты по снижению степени подвижности свинца в загрязнённой почве показал цеолит в дозе 100 т/га.

Максимальное содержание свинца, вытесняемое вытяжкой ААБ из загрязнённой почвы, также наблюдалось в фоновом варианте (без мелиорантов), причем оно по годам постепенно уменьшалось и к концу третьего года составило только 39 % от исходного количества (рис 7).

Рис. 7 - Влияние мелиорантов и удобрений на степень подвижности свинца в загрязнённой почве, % (вытяжка ААБ)

Данные вытяжки аммонийно-ацетатного буфера подтвердили высокую эффективность по снижению содержания подвижных форм свинца в загрязнённой почве водорастворимых мелиорантов и удобрений - суперфосфата и сульфида натрия, их доза внесения 120 кг д.в./га показывала стабильно высокие результаты все три года наблюдений (рис. 7), у суперфосфата степень снижения составила 25...48 %, у сульфида натрия - 18...33 %. Значительная контрастность показателей эффективности действия мелиорантов и удобрений проявилась только в первый период после их внесения. В последействии они оказали близкое влияние на снижение степени подвижности свинца в загрязнённой почве и оно, в большинстве случаев, колебалось от 20 до 30 %. Самое значительное последействие оказала фосфоритная мука в дозе 1,5 т/га, она к концу третьего вегетационного пери-

ода снизила подвижность свинца на 28 %. Повышение доз внесения мелиорантов и удобрений во всех случаях усилило их влияние на снижение подвижности РЬ.

По данным вытяжки 1 М СаС12 максимальное содержание подвижного кадмия наблюдалось в фоновом варианте (без мелиорантов), причем в эту вытяжку перешло 82 % его количества, внесённого в качестве загрязнителя (рис. 8).

» 2. Почва без мелиорантов + ТМ - фон

____________________тВДса 1.5

т/га

Ч

Ч • • • 6. Суперфосфат

^^ ^ 120 кг/га

■ Су льфид натрия 120 кг/га

■ 10 Известь 12 т/га

• 12. Торф 100 т/та

14. Цсотгг 100

1406 2011 17 08 2011 05.06.2012 21.08.2012 03.06.2013 16.08.2013 т/га НСР05 - 15 НСР05 - 14 НС.Р05 - 11 НСР05 - 15 НСР05 - 13 НСР05 ■

Рис. 8 - Влияние мелиорантов и удобрений на степень подвижности кадмия в загрязнённой почве, % (вытяжка СаС12)

Внесение в загрязнённую почву всех изучаемых мелиорантов и удобрений значительно снизило содержание подвижных форм кадмия в почве. Характер их действия на этот показатель очень сильно колебался по срокам определения и зависел от вида мелиорантов и удобрений, дозы и периода, прошедшего после внесения Наибольшую эффективность по снижению содержания подвижного кадмия в загрязнённых почвах в первый год после внесения мелиорантов и удобрении, как и в почвах загрязнённых свинцом, проявили их водорастворимые формы: в первую очередь - обе дозы сульфида натрия (снижение на 52...62 %). во вторую очередь - обе дозы суперфосфата (24...29 %). На второй год наблюдалось постепенное снижение их эффективности, особенно более низких доз внесения. Исключение составил суперфосфат в дозе 120 кг д.в./га, максимальное действие которого проявилось в начале второго вегетационного периода и составило 39 /о (рис 8) 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. Ье действие напрямую зависело от исходной кислотности почвы: чем она Ьыла кислее тем выше эффективность данного мелиоранта. Стабильные результаты показывал торф в дозе 100 т/га: его действие по снижению степени подвижности кадмия находилось на 3.. .4 местах.

Вытеснительная способность аммонийно-ацетатного буфера по отношению к кадмию примерно равнялась раствору хлористого кальция (рис. 9).

• ■ • • • ¿. Пспва оез

%

55

ч

\

45

25

v'4- -5ч

4 . , - V4------------а, ------------—

,•• •••т:^-................—

14.06.2011 17.08.2011 05.06.2011 21.08.2012 03.06.2013 16.08.2013 НСР05-10 HCP05 - 15 НСР05-9 НСР05 - 13 НСР05 - 12 НСР05 - 9

мелиорантов +

ТМ - фон

• ••• . fewwW 1,5

т/га

• • •> • 6. Суперфосфат

120 кг/га

_ — • 8. Сульфид

натрия 120 кг/га

— - 10. Известь 12

т/га

— • 12. Торф 100 т/га

• 14. Цеолит 100

Рис. 9 - Влияние мелиорантов и удобрений на степень подвижности кадмия в загрязнённой почве, % (вытяжка ААБ)

Данные этой вытяжки подтвердили высокую эффективность сульфида натрия и суперфосфата в дозе 120 кг д.в./га, цеолита и торфа в дозе 100 т/га. Если действие на снижение степени подвижности кадмия в первые два года было наиболее высоким у водорастворимых форм (суперфосфата и сульфида натрия), то на третий год на первые места вышли цеолит и торф.

Результаты исследований, полученные в полевых опытах 2 и 3, были проверены в полевом опыте 4, заложенном в условиях производства на загрязнённом участке пашни, примыкающем к черте г. Ижевска. Данные опыта 4 подтвердили результаты, полученные в предыдущих исследованиях (табл. 3).

В вытяжке ААБ содержание подвижного кадмия во всех случаях достоверно снизилось при внесении всех исследуемых мелиорантов и удобрений. Исключение составила фосфоритная мука, не оказавшая существенного влияния на подвижность кадмия в фазу полных всходов викоовсяной смеси (табл. 3). Наибольшее действие оказали водорастворимые формы: сульфид натрия (снижение содержания подвижных форм кадмия составило 25...30 %) и суперфосфат (снижение составило 22...24 %). Тем не менее, уже в первый год наблюдений достаточно высокую эффективность проявил цеолит (снижение на 17...22 %) и известняковая мука (снижение на 13... 19 %).

По данным вытяжки хлористого кальция наибольшую эффективность по снижению подвижности кадмия в загрязнённой почве оказало внесение торфа (снижение на 28...30 %) и суперфосфата (снижение на 23...30 %). Наименьшее действие на этот показатель проявил сульфид натрия. Во второй срок отбора проб почвы он снизил его лишь на уровне тенденции, хотя в первый срок отбора этот вариант являлся одним из лучших.

Таблица 3 - Влияние мелиорантов и удобрений на содержание подвижного

кадмия в загрязнение i почве, мим Аммонийно-ацетатный буфер Раствор хлористого кальция

15.06.2013 20.08.2013 15.06.2013 20.08.2013

Вариант сред нее отклонение, +/- сред нее отклонение, +/- сред нее отклонение, +/- сред нее отклонение, +/-

1. Почва загрязненная ТМ (контроль) 4,76 - 4,05 - 3,83 - 3,27 -

2. Фосфоритная мука 1 5 т/га 4,29 -0,46 3,32 -0,73 3,00 -0,83 2,69 -0,59

3. Суперфосфат 120 кг 3,60 -1,15 3,16 -0,89 2,68 -1,16 2,53 -0,74

4 Известь 12 т/га 4,15 -0,61 3,30 -0,75 2,82 -1,01 2.46 -0,81

5. Сульфид натрия 120 3,34 -1,42 3,02 -1,03 2,78 -1,05 2,83 -0,44

6 Торф 100 т/га 3,83 -0,93 3,42 -0,63 2,68 -1,16 2,37 -0,91

7 Цеолит 100 т/га 3,70 -1,06 3,35 -0,70 2,69 -1,14 2,27 -1,01

НСРо5 - 0,61 - 0,56 - 0,60 - 0,55

Глава 5. ВЛИЯНИЕ МЕЛИОРАНТОВ И УДОБРЕНИЙ НА УРОЖАЙНОСТЬ КУЛЬТУР, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ЗАГРЯЗНЕННЫХ РЬ и С<1 ПОЧВАХ, И НА СОДЕРЖАНИЕ ЭТИХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Наиболее объективным показателем изменения плодородия почвы под влиянием изучаемых факторов выступает урожайность сельскохозяйственных культур возделываемых в опыте. Повышение урожайности культур и их качества является конечным и главным свидетельством эффективности агроприемов. В наших исследованиях в 2011 году действие ТМ, удобрений и мелиорантов изучалось на викоовсяной смеси, в 2012 году - на ячмене, в 2013 году - на овсе.

Все изучаемые мелиоранты и удобрения, внесённые для снижения степени подвижности ТМ, оказали положительное действие на урожайность культур, однако степень их влияния на этот показатель сильно различалась.

Наиболее выраженным действием на повышение урожайности культур отличался цеолит. Его внесение в 2011 году обеспечило стабильную прибавку урожайности в течение всех трех лет наблюдений, причем в первый год более высокие показатели обеспечила доза 50 т/га (рис. 10). В последующие годы на первое место вышла доза цеолита 100 т/га, она обеспечила прибавку в урожайности ячменя на 21 % и овса на 23 %. Близкое действие к цеолиту на повышение урожайности культур оказал торф.

Наибольшее повышение урожайности в первый год наблюдений обеспечило внесение суперфосфата в дозах 90 и 120 кг д.в./га - на 21 и 26 % соответственно (рис. 10). Повышение урожайности также обеспечило внесение фосфоритной муки, но ее действие, в силу низкой растворимости, проявилось лишь во второй и третий год исследований. Внесение известняковой муки оказало благоприятное

воздействие на физико-химические свойства почв, что обеспечило, в большинстве случаев, достоверную прибавку урожайности.

Рис.10 - Влияние РЬ и Сс1, мелиорантов и удобрений на урожайность культур, мг/кг воздушно-сухой массы (усредненные данные по опытам 2 и 3)

Так в 2011 году доза внесения извести 12 т/га достоверно увеличила сбор сухого вещества однолетних трав (в опыте 2) на 0,061 кг/м2 (на 14 %). В 2012 году увеличение урожайности зерна ячменя составило 0,021 кг/м2 (14 %), в 2013 - зерна овса - 0,03 кг/м2 (19 %).

Необходимо отметить, что фоновое внесение солей свинца и кадмия также проявило тенденцию на повышение урожайности викоовсяной смеси. Это связано с тем, что при этой дозе загрязнения они ещё не оказывали своё токсичное действие на растения, но способствовали улучшению пищевого режима по этим элементам (так как они входят в состав целого ряда ферментов). Кроме того, искусственное загрязнение почвы нитратом свинца способствовало улучшению азотного режима почвы.

Одной из основных задач исследований являлось выявление мелиорантов и удобрений, которые наиболее эффективно ограничивали поступление тяжелых металлов в растениеводческую продукцию и делали её экологически безопасной.

Загрязнение почвы РЬ и Сс1 обусловило повышенное накопление их в вегетативной массе викоовсяной смеси, в зерне ячменя и овса (рис. 11, 12). Наибольшее их количество содержалось в растениях, произраставших на фоновом (контрольном) варианте - 6,32...5,45 мг/кг свинца и 2,37...0,56 мг/кг кадмия, что значительно превышало значение ПДК. Внесение всех изучаемых мелиорантов и удобрений позволило резко снизить накопление РЬ и Сё в растениях.

Самую высокую эффективность по ограничению поступления свинца в вегетативную массу сидерата проявила известняковая мука в дозе 12 т/га (снижение на 56,6 %), на втором месте - фосфоритная мука в дозе 1,5 т/га (снижение на 54,7 %) и на третьем месте - известняковая мука в дозе 8 т/га (снижение на 52,0 %). |

мг/кг

л2 1

/ v

&

£ # £ f

А S £ ¿

- / # # $ £

« v ^ Я* f v «У

я я - £ £

/ ^ ? / ^ Bi # i * Si.

$ V

НСРМ:

2011-0 J3

2012-0,56

2013-0,53

а 2011, август i 2012, август а 2013, август

Рисунок 1 Г-Влияние мешорантов и удобрений на накопление свинца в растительной продукции, мг/кг (опыт 2)

Внесение торфа в дозе 50 т/га и суперфосфата в дозе 90 кг/га не снизило количество свинца в растениях ниже ПДК. Во второй год наблюдений на первое место вышел суперфосфат, он снизил содержание свинца в зерне ячменя на 92,7 /о (доза 120 кг д.в./га) и на 92,3 % (доза 90 кг д.в./га). Известняковая мука в дозе 12 т/га и на второй год после внесения сохранила очень высокую эффективность (снижение - на 92 1 %). В третий год наблюдений суперфосфат в дозе 120 кг дв/га сохранил своё лидирующее положение, он снизил количество свинца в зерне овса на 90,5 %. На второе место вышла известняковая мука в дозе 12 т/га, снижение составило 89,8 %. Необходимо отметь, что на второй и третии год наблюдений все мелиоранты и удобрения снизили количество свинца в зерне ниже ПДК и сделали продукцию экологически безопасной.

Несколько иная ситуация складывалась по влиянию мелиорантов и удобрений на содержание кадмия в растениеводческой продукции (рис. 12).

Внесение всех мелиорантов и удобрений резко снизило его количество в растениях, однако их влияние на этот показатель было более контрастным, чем по свинцу Наибольшее действие в течение двух первых лет наблюдении оказал сульфид натрия в дозе 120 кг/га, его внесение снизило содержание кадмия в вико-овсяной смеси на 57%, в зерне ячменя - на 71%. В третий год исследовании на первое место по эффективности вышел цеолит в дозе 100 т/га, его внесение в 2011 году снизило в 2013 году количество Cd в зерне овса на 78 %. Близкое к сульфиду натрия действие оказал суперфосфат. По своей способности снижать поглощение растениями кадмия из почвы он находился на втором месте во все годы исследований.

мг/кг

2,5

2

1,5

1

НСР„5:

052011-0,27

2012-0,19

2013-0.19

— 2011, август « 2012, август К 2013, август

Рисунок 12 - Влияние мелиорантов и удобрений на накопление кадмия в растительной продукции, мг/кг (опыт 3)

Необходимо отметить, что в первый год ни один из мелиорантов и удобрений не позволил получить экологически безопасную продукцию. Однако, уже во второй и третий годы удалось достичь содержания кадмия в растениеводческой продукции ниже уровня ПДК внесением в загрязнённую почву обеих доз суперфосфата, повышенных доз цеолита, торфа, сульфида натрия и фосфоритной муки.

Все исследуемые мелиоранты и удобрения оказали положительное влияние на микробиологическую и ферментативную активность почв. Наибольшее увеличение числа микроорганизмов вызвало внесение извести, их количество возросло на 136...200%. На увеличение активности ферментов наибольшее влияние оказало внесение фосфорсодержащих удобрений.

Глава 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВНЕСЕНИЯ МЕЛИОРАНТОВ И УДОБРЕНИЙ

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. В наших опытах наибольшая экономическая эффективность рекультивации была получена при использовании для этих целей фосфоритной муки. Уровень рентабельности производства при возделывании ячменя составил -1 %, однолетних трав и овса + 6 % .

выводы

1. Основной тип деградации почвенного покрова пригородной зоны г. Ижевска - технологический (механическое нарушение и химическое загрязнение ТМ). В зависимости от интенсивности антропогенного и агрогенного воздействия наблюдались следующие его степени: слабая — 18 %, средняя — 48%, сильная — 33 % и очень сильная — 1% от обследованных почв.

2. Основная степень химического техногенного воздействия на пригородные почвы — слабая, однако, повсеместно встречались участки, с более значительным уровнем загрязнения свинцом и кадмием.

3. Нарушенные почвы отличались от целинных почв меньшей гумусированно-стью (на 10...40 %), более тяжёлым гранулометрическим составом и более высоким содержанием в верхнем слое тяжёлых металлов. Показатели кислотности и содержания элементов минерального питания зависели только от интенсивности сельскохозяйственного использования почв.

4. Влияние мелиорантов и удобрений на агрохимические свойства загрязнённых почв определялось их химическим составом и дозой внесения. Известняковая мука статистически достоверно снизила почвенную кислотность (на 0,6...1,8 мг-экв./ЮО г почвы) и увеличила сумму обменных оснований (на 4...9 мг-экв./100 г почвы), фосфоритная мука (в 2...5 раза) и суперфосфат (на 29...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 оказывали более значительное влияние на эти показатели. Уровень загрязнения почв в рамках проводимых опытов не отразился на величине агрохимических показателей.

5. Внесение всех мелиорантов и удобрений повысило урожайность сельскохозяйственных культур. Наибольшее статистически достоверное действие на этот показатель оказало внесение в загрязнённую почву цеолита, торфа в дозе 100 т/га и суперфосфата в дозе 120 кг д.в./га (повышение на 16...32%).

6. Все изучаемые мелиоранты и удобрения значительно снизили содержание подвижных форм свинца и кадмия в загрязнённой почве. Характер их действия на этот показатель очень сильно колебался по срокам определения и зависел от вида мелиорантов и удобрений, дозы и периода, прошедшего после внесения. В первые два года наибольший эффект оказывали водорастворимые формы: суперфосфат и сульфид натрия. На третий год на первые позиции стали выходить известняковая и фосфоритная мука и цеолит. В большинстве случаев снижение подвижности тяжёлых металлов под действием мелиорантов и удобрений колебалось от 20 до 50 %, причём эффективность повышенных доз во всех случаях была выше.

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

8. Внесение всех изучаемых мелиорантов и удобрений позволило резко снизить накопление свинца в зерне ячменя и овса и получить экологически безопасную продукцию. Самую высокую эффективность на этот показатель оказали обе

дозы суперфосфата, сульфида натрия и известняковая мука в дозе 12 т/га (снижение на 82...94%).

9. Наибольший эффект по снижению содержания кадмия в зерне ячменя и овса проявил сульфид натрия, суперфосфат в дозах 120 кг д.в./га и цеолит в дозе 100 т/га (снижение на 66...78 %).

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Выбор способа рекультивации почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, должен определяться: 1) видом поллютанта; 2) степенью загрязнения; 3) почвенно-агрохимическими показателями загрязнённого участка.

Если почвенный покров загрязнённого участка имеет кислую реакцию (рНка ниже 5,5), то в качестве мелиоранта использовать известняковую муку в дозе не менее 1,5...2,0 гидролитической кислотности. Она не только снизит степень подвижности свинца и кадмия, но и резко улучшит физико-химические свойства загрязнённой почвы.

Загрязнённые почвы, имеющие низкое содержание подвижного фосфора, целесообразно мелиорировать фосфоритной мукой в дозе 1,5 т/га. Однако, необходимо контролировать содержание кадмия в самом мелиоранте, если его количество высокое, то он не пригоден для целей рекультивации (особенно на почвах загрязнённых кадмием).

Загрязнённые низкогумусированные почвы, особенно лёгкого гранулометрического состава, наиболее эффективно мелиорировать высокими дозами торфа или цеолита (не менее 100 т/га).

Суперфосфат и сульфид натрия в дозе 120 кг д.в./га эффективны на всех почвах, загрязнённых свинцом и кадмием, но их действие распространяется на меньшее количество лет (не более 3.. .4 лет).

Наибольшая экономическая эффективность мелиорации была получена при использовании для этих целей фосфоритной муки. Уровень рентабельности производства при возделывании ячменя составил -1%, однолетних трав и овса + 6% . На втором месте по эффективности находился вариант с внесением суперфосфата, уровень рентабельности изменялся от - 9 до + 3%.

Мелиорация 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.

Все вышеперечисленные мелиоранты и удобрения не уменьшают валовое содержание тяжёлых металлов в загрязнённых почвах, а только резко снижают их степень подвижности и доступность для сельскохозяйственных культур. В случае сильного загрязнения ТМ, для рекультивации почв необходимо использовать другие методы.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Леднев, А. В. Влияние антропогенного воздействия на свойства почв пригородной зоны г. Ижевска / А. В. Леднев, А. В. Ложкин // Аграрная наука Евро-Северо-Востока : научный журнал Северо-Восточного научно-методического центра Россельхозакадемии. - 2012. - № 5.- С. 39-44.

2. Ложкин, А. В. Влияние г. Ижевска на содержание свинца и кадмия в почвенном покрове его пригородной зоны / А. В. Ложкин, А. В. Леднев // Молодые ученые - аграрной науке Евро-Северо-Востока: Материалы 1-й Молодежной конференции (5 июля 2012 г.). Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2013 г.- С. 67-70.

3. 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, посвященной 55-летию кафедры агрохимии и почвоведения / ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА.- Ижевск: ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2012,- С. 26-34.

4. Леднев, А. В. Влияние видов и доз мелиорантов на снижение степени подвижности свинца в загрязнённой дерново-подзолистой почве / А. В. Леднев, А. В. Ложкин // Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции: материалы IX Международной научно-практической конференции, Саранск, 18-19 апреля 2013 г.Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2013.- Ч. 2.- С. 156-160.

5. Леднев, А. В. Влияние видов и доз мелиорантов на снижение степени подвижности кадмия / А. В. Леднев, А. В. Ложкин // Развитие и внедрение современных технологий и систем ведения сельского хозяйства, обеспечивающих экологическую безопасность окружающей среды: материалы Международной научно-практической конференции, 3-5 июля 2013 г., г. Пермь.- Т.1. Агрохимия и земледелие,- 4.1.- Пермь: ОТ и ДО, 2013,- С. 320-328.

6. Ложкин, А. В. Влияние тяжелых металлов, мелиорантов и удобрений на биологическую активность дерново-подзолистой почвы // Научное обеспечение АПК. Итоги и перспективы: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА. В 2 т. Т. 1 -Ижевск: ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2013.-С. 114-119.

7. Леднев, А. В. Влияние мелиорантов и удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур, произрастающих на почвах, загрязнённых тяжёлыми металлами / А. В. Леднев, А. В. Ложкин // Аграрная наука Евро-Северо-Востока: научный журнал Северо-Восточного регионального научного центра Россельхозакадемии. - 2014. - № 1.- С. 30-35.

8. Леднев, А. В. Эффективность различных мелиорантов по снижению степени подвижности тяжелых металлов в загрязненном агроземе / А. В. Леднев, А. В. Ложкин //Доклады Россельхозакадемии.- 2014,- № 2,- С. 35-38.

Научное издание

Ложкин Андрей Владимирович

Исследование поведения РЬ и С(1 в почвах пригородной зоны г. Ижевска н приемы, снижающие их миграцию в системе почва-растение

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Подписано в печать 25.08.2014. Формат 60><84/16.Гарнитура Times. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № $ Отпечатано в РИО ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11