Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение состояния пахотных земель и качества растениеводческой продукции под влиянием техногенеза в условиях Чувашской Республики

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Изменение состояния пахотных земель и качества растениеводческой продукции под влиянием техногенеза в условиях Чувашской Республики"

На правах рукописи

Егоров Валерий Григорьевич

Изменение состояния пахотных земель и качества растениеводческой продукции под влиянием техногенеза в условиях Чувашской

Республики

Специал I/1||Т»Л? ДОЛб - экология

ЧЙ11Р

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Саратов-2007

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия».

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Михайлов Леонид Николаевич доктор сельскохозяйственных наук, профессор Попов Геннадий Николаевич (Саратовский ГА У) кандидат биологических наук, доцент Ларин Игорь Николаевич (ГосНИИ промышленной экологии) Государственное научное учреждение «Чувашский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»

Защита состоится ноября 2007 г. в/£^асов на заседании диссертационного совета Д220.061.06. при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., д.!.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан « ^»октября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета '¿п Данилов А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Человек и природа образуют целостную геосистему В последние десятилетия рост численности населения, скачкообразное развитие объемов производства, интенсификация земледелия, применение разнообразных средств химизации оказывают серьезную нагрузку на природные, земельные ресурсы Происходящая деградация земель может достигнуть угрожающих масштабов, когда восстановление внутренних свойств и структуры станет невозможным без целенаправленной природоохранной деятельности Для достижения экологического равновесия требуется принципиально новый подход к хозяйственной деятельности, к организации рационального земле - и природопользования

Принятию решений, связанных с реализацией действий на земле, должен в обязательном порядке предшествовать анализ разноаспектных, достоверных и регулярно обновляемых данных о ее состоянии Все это определяет необходимость организации систематических комплексных наблюдений за состоянием окружающей среды — мониторинга и, прежде всего, ее главного объекта — почвы До настоящего времени многочисленные обследования, наблюдения, проводимые министерствами, ведомствами в целях изучения земельного фонда, выполнялись разобщено, на основе отраслевых нормативно- технических документов Вопросы же изучения земель требуют единого государственного подхода, который должен осуществляться на основе систематических и комплексных наблюдений Мониторинг земель призван выполнять базовую связующую роль для всех других мониторингов и должен иметь государственный статус Такой подход обеспечивает получение комплексной информации о земле, ми-нимализации затрат на функционирование системы наблюдений

Охрана земель и организация их рационального использования является одной из стратегических целей государственной политики

Качество выращиваемой сельскохозяйственной продукции напрямую зависит от состояния почвенного плодородия Поэтому весьма актуальным является изучение особенностей накопления растениями макро- и микроэлементов, включая тяжелые металлы

Цель и задачи исследований. Целью работы являлась комплексная оценка изменения состояния пахотных земель и качества растениеводческой продукции под влиянием техногенеза на основе проведения агроэкологическо-го мониторинга в различных почвенно-климатических зонах Чувашской Республики на специально выбранных реперных участках

Для решения поставленной цели предусматривалось решение следующих основных задач:

1 Изучить трансформацию строения почвенных профилей пахотных земель в разных районах Чувашской республики

2 Изучить временную динамику мощности снежного покрова и его химического состава в разных экологических условиях республики

3 Изучить динамику морфологических признаков и основных свойств серых лесных почв, подвергшихся разностепенному воздействию водной эрозии

4 Изучить характер влияния антропогенной нагрузки на пашню на динамику агрохимических свойств пахотного слоя в основных зонах республики

5 Изучить динамику содержания основных элементов питания, тяжелых металлов в почвах при возделывании сельскохозяйственных культур по природно-климатическим зонам республики

6 Установить характер изменения урожайности и качества выращиваемой сельскохозяйственной продукции в зависимости от установленной динамики показателей среды обитания сельскохозяйственных культур по природным зонам республики

7 Дать оценку состояния пахотных земель по полученным результатам исследований и прогнозировать возможность его изменения

Научная новизна. Впервые на основании мониторинговых исследований пахотных земель и растениеводческой продукции на специально выбранных реперных участках, расположенных в различных почвенно-климатических зонах Чувашской Республики, выявлен характер изменения морфологических и агрохимических свойств зональных почв во времени и дана агроэкологическая оценка состояния пахотных земель Установлены особенности накопления металлов и радионуклидов в почве и растениеводческой продукции при изменении условий произрастания культурных растений в разных природных зонах

Практическая значимость работы. Материалы исследований являются основой планирования работ по повышения плодородия почв, послужат базой для расчета доз удобрений под запрограммированные урожаи, обеспечат получение высококачественной сельскохозяйственной продукции и оздоровление окружающей природной среды в Чувашской Республике

Положения, выносимые на защиту:

1. Содержание химических загрязнителей в снеговых водах не превышает ПДК и не вызывают больших опасений в загрязнении пашни на всей территории Чувашской Республики Мощность снежного покрова зависит от условий года, природной зоны республики

2 Эрозионный смыв плодородного слоя почвы, особенно выраженный на склонах южной экспозиции, составляющий в среднем по республике 0,05 см/год, и увеличение в процессе техногенеза степени смытости пахотного горизонта зональных почв вызывают уменьшение содержания гумуса и питательных веществ, усиливая дефицитность их балансов, ухудшают водно-физические свойства и приводят к уменьшению продуктивности пашни во всех зонах

3 Радиационный уровень, содержание ниже предельно-допустимых концентраций валовых запасов и подвижных форм тяжелых металлов в почвах всех зон определяют в целом по республике благоприятные условия для выращивания экологически чистой растениеводческой продукции в ближайшей перспективе Вместе с тем выявленные тенденции повышения содержания свинца и кадмия в пахотных землях и биомассе некоторых сельскохозяйственных культур в Чебоксарском, Дцринском и Вурнарском районах требуют усиления агро-экологического контроля и изменения системы использования пашни

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях Чувашской государственной

сельскохозяйственной академии (Чебоксары, 1998-2006 гг.); заседаниях коллегии министерства сельского хозяйства и продовольствия Чувашской республики (Чебоксары, 1994-2007 гг.).

Публикация результатов исследовании. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе одна монография и одна статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 213 страницах компьютерного текста, состоит из 4 глав, 7 выводов, рекомендаций производству, включает 92 таблицы; 50 приложений. Библиографический список содержит 197 наименований, в том числе 10 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Условия и ¡иетоды проведения исследований

Организация локального агроэкологического мониторинга земель и растениеводческой продукции в Чувашской Республике осуществлялась в 19942004 гг в производственных условиях на 17-ти специально закрепленных ре-перных участках, расположенных в различных почвенно-климатических зонах республики (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения реперных участков

Методика исследований

При выборе реперных участков использовались материалы агрохимического и почвенного обследования предыдущих лет Участки продолжают находиться в производственном сельскохозяйственном использовании, не исключены из действующих севооборотов Площади полей, выбранные под реперные участки, типичны по размерам для своих регионов Участки имеют привязки на местности От почвенно-агрохимического обследования мониторинг отличается, прежде всего, комплексностью изучения и непрерывностью исследования во времени

Сплошное агрохимическое обследование почв выполнялось по методическим указаниям проведения комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий, утвержденным зам Министра сельского хозяйства РФ А Г Ефремовым 10 июня 1993 г Отбор объединенных проб производили по элементарным участкам С каждого элементарного участка в 10 га отбирали одну объединенную пробу на глубину пахотного слоя

Закладка скважин (шурфов), контрольных точек проводилась в 3 срока, в мае до посева сельскохозяйственных культур, в июле - начале августа, в сентябре - начале октября после уборки сельскохозяйственных культур

Из скважин (шурфов) до глубины 100 см в каждом 20 см слое отбирались почвенные пробы (образцы) для определения химического состава С контрольных точек отбирали почвенные пробы на глубину пахотного слоя

Отбор растительных образцов производился в два срока — в июле и в сентябре - начале октября

Пробы снега отбирались в марте с целью определения кислотности снеговой воды, содержания химических компонентов и прогнозирования возможного подкисления почв сельскохозяйственных угодий, оценки состояния окружающей среды Индивидуальные пробы снега вырезались на всю глубину снежного покрова лопатой. Пробы снега доставлялись в лабораторию для анализа в полиэтиленовых мешочках в не размороженном виде После доставки их растаивали в стеклянной посуде при комнатной температуре, измеряли объем с точностью до 10 мл, после чего проводился лабораторный анализ талой воды В снежной воде определялись следующие показатели рН (ШЭ), нитраты, хлориды и сульфаты в мг/л, тяжелые металлы цинк, медь, свинец, кадмий в мг/л

В почвенных образцах определяли содержание гумуса, подвижного фосфора, обменного калия, гидролитическую кислотность, сумму поглощенных оснований, рН (КС1), содержание серы, бора, цинка, кобальта, меди, марганца, кадмия, свинца и радионуклидов стронция — 90, цезия 137

В растениеводческой продукции определялись следующие показатели абсолютно сухое вещество, ЫРК, зольность, кальций, жир, клетчатка, сырой протеин, сахар, цинк, медь, кадмий, свинец, нитраты и радионуклиды стронций - 90, цезий - 137

Радиологическое обследование проводилось путем замера гамма — фона и отбора почвенных образцов Для определения мощности экспозиционной дозы гамма - излучения использовали дозиметр ДРГ Гамма — фон замерялся по ходу

маршрута в точках элементарных участков Почвенные образцы отбирались на глубину пахотного слоя Для радиохимического определения состава радионуклидов составлялись смешанные пробы из образцов, отобранных на репер-ных участках

Методы определения агрохимических показателей в почвенных образцах, растениеводческой продукции и талых вод приведены в таблице 1

Таблица 1

Методы определения агрохимических показателей и химических элементов, содержащихся в почвах, растениеводческой продукции и талых водах

№ Показатель Методы определения Методические указания

1 Подвижный фосфор и обменный калий Метод Кирсанова ГОСТ 26207 -91

2 РН (КС1) КС1 в суспензии ГОСТ 26487 - 85

3 Сумма поглощенных оснований Метод Каппена ГОСТ 27821 -88

4 Гидролитическая кислотность Метод Капает в модификации ЦИНАО ГОСТ 26212-84

5 Гумус Метод ЦИНАО ГОСТ26213-91

6 Подвижная сера Метод ЦИНАО ГОСТ26490-85

7 Азот нитратный Ионометрический метод ГОСТ26951-86

8 Азот аммиачный Метод ЦИНАО ГОСТ26489-85

9 Степень подвижности фосфора и калия Метод ЦИНАО ГОСТ Р 50687-94

10 Подвижный кобальт модификации ЦИНАО Метод Пейве и Ринькиса в ОСТ 10147-88

11 Подвижный цинк Метод Крупского и Александровой ГОСТ 50688-95

12 Подвижный бор Метод Бергера и Трогуа ГОСТ Р 50685-94

13 Подвижный марганец Метод Крупского и Александровой ГОСТ Р 50684-94

14 Подвижная медь Метод Пейве и Ринькиса Издание 2, ЦИНАО. 1992 год

15 Тяжелые металлы 2п, Си, РЬ, Сс1, в почвах и продукции растениеводства Методические указания ГОСТ 18826 -73

16 Нитраты в питьевой воде Вода питьевая Метод определения содержания нитратов ГОСТ 4245 -72

17 Хлориды в питьевой воде Вода питьевая Метод определения содержания хлоридов ГОСТ4389 - 72

18 Сульфаты в питьевой воде Вода питьевая. Метод определения содержания сульфатов ГОСТ 18826-72

19 Тяжелые металлы в питьевой воде Вода питьевая Метод определения содержания ТМ ГОСТ 18826-73

20 Стронций - 90, цгзий-137 Методические указания ЦИНАО ГОСТ 18826-73

Результаты исследований

1. Мощность снежного покрова и его химический состав

Анализ результатов исследований снежного покрова и химического состава талых вод в хозяйствах Чувашской Республики показывает, что мощность снежного покрова варьирует в широких пределах в зависимости от года наблюдений

Минимальная мощность снежного покрова (9,0 см) в исследуемые годы (1995 г ) была на реперном участке колхоза «Красный Октябрь» Комсомольского района, максимальная (108 см) в 1994 г на реперном учаске колхоза «Герой» Ядринского района Соответствующим образом изменялся и объем талых вод

Величина рН колеблется от 5,5 до 7,9, содержание N-N03- от 1,3 до 24,0 мг/л, Б04 - от 0,4 до 12,4 мг/л и С1 -от 3,8 до 103,0 мг /л

Показатель кислотности талой снеговой воды на всех реперных участках практически не претерпевает существенных изменений за исключением отдельных лет Так, например, отмечено увеличение кислотности снеговой воды на реперном участке ОПХ «Колос» Цивильского района с 7,0 в 1995 до 5,5 в 1996 г Это связано, видимо, с выпадением так называемых «кислотных дождей» В отдельные годы (1995), наоборот, выявлено снижение кислотности снеговой воды, например, на реперном участке колхоза «Красный Октябрь» Комсомольского района с 6,15 до 7,95

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) установлена предельно допустимая концентрация для содержания нитратного азота в питьевой воде (для умеренных широт - 22 мг/л) Полученные в наблюдениях данные о содержании нитратов в снеговых водах на реперных участках показывают, что эти величины не выходят за пределы ПДК Незначительно и содержание Б04 в снеговых водах Что касается содержания ионов хлора, то здесь обнаруживается интересная картина В 1994 - 1996 гг в составе снеговых вод их содержание колебалось в пределах от 3,8 до 25,7 мг/л, тогда как в 1997 г этот показатель увеличился в 10 и более раз и колебался в пределах от 37,0 до 360 мг/л Вероятнее всего это объясняется выпадением вместе с осадками хлорсодержащих соединений из загрязненного атмосферного воздуха.

В пробах снеговой воды с реперных участков валовое содержание тяжелых металлов составило Ъп от 0,001 до 0,38 мг/л, Си от 0,003 до 0,008 мг/л, РЬ от 0,001 до 0,011 мг/л (ПДК для свинца - 0,1 мг/л), а С<1 не обнаружено

Таким образом, на основании приведенных исследований можно заключить

1 Загрязнение снежного покрова химическими веществами свидетельствует о загрязненности атмосферного воздуха

2 Мощность снежного покрова и содержание химических загрязнителей в снеговых водах зависят от года наблюдений, месторасположения реперных участков и не вызывают больших опасений в загрязнении окружающей среды на территории Чувашской Республики

2. Динамика морфологических признаков и основных свойств серых лесных почв, подверженных водной эрозии

Хозяйственная деятельность человека — мощный фактор воздействия на почву, который может, как увеличить, так и уменьшить ее плодородия В первом случае формируются окультуренные, во втором - ухудшенные или деградированные почвы Поэтому необходимо определить как сказывается на почвах хозяйственная деятельность человека во времени, какие тенденции приобретают при этом почвенные процессы и какова скорость их проявления

Для этого в 1994 г на территории экспериментального полигона по мониторингу земель в колхозе «Ленинская искра» Ядринского района нами при поддержке руководства колхоза и Госкомзема Чувашской Республики были заложены стоковые площадки Результаты исследований свидетельствуют об изменениях, произошедших в профиле изучаемых почв за 6 лет (табл 2)

Таблица 2

Морфологические признаки серых лесных почв реперных участков в колхозе «Ленинская искра» Ядринского района

Крутизна, град Мощность горизонтов А пах, А2В, Вь СМ Степень смытости почв

1995 г 2001 г 1995 г 2001 г

1-2 2В-9-20* 27-8,5-20 Л, с/л 4-** Л2 с/л1

2-3 25-0-17 24-0-17 Л2 с/лФ! Л2 с/ли

3-4 21-0-10 19,5-0-10 Л2 с/л!44 Л2 с/л4,Ф4<

Примечание * 28 - мощность слоя Апа.\, 9 -мощность горизонта АгВ, 20 - мощность

горизонта В

** |слабосмытая почва, и -среднесмытая почва, •1г4"1^-сильносмытая почва

Изучение водно-физических свойств почв реперных участков, проведенное в 1996 и в 2000 гг , показывает значительное их ухудшение (табл 3)

Таблица 3

Водно-физические свойства почв реперных участков в колхозе __«Ленинская искра»__

Глубина см Плотность, г/см* Водопроницаемость, мм/мин

1996 г 2000 г 1996 г 2000 г

0-10 1,10 1,12

10-20 20-30 1,15 1,17 1,18 1,24 0,77 0,64

30-40 1,23 1,28

0-10 1,19 1,25

10-20 1,23 1,29 0,63 0,55

20-30 1,32 1,33

0-10 10-20 20-30 1,12 1,16 1,39 1,16 1,23 1,39 0,52 0,43

По всем реперным участкам в колхозе «Ленинская искра» за 4 года произошло увеличение плотности пахотного слоя под зерновыми культурами В результате уплотнения наблюдалось ухудшение водопроницаемости почвы, которая за рассматриваемый период уменьшилась на 16,9 - 12,7 и 17,3%

В целом смыв почв на полигоне в колхозе «Ленинская искра» имеется, но он незначителен, несмотря на большую крутизну склонов

Реперные участки в Канашском районе были организованы в 1989-1990 гг Все они расположены на склонах одного водораздела и имеют различную экспозицию и крутизну Повторное обследование реперных участков в 2000 г выявило значительные негативные изменения в состоянии пахотных земель

Наиболее интенсивно при одинаковой крутизне смываются почвы со склонов южной экспозиции (до 5 см за 10 лет при уклоне 1,7°) Прослеживается зависимость интенсивности эрозионных процессов не только от крутизны и экспозиции склонов, но и от разновидностей серых лесных почв Наиболее сильно смывается при прочих равных условиях подтип светло-серых лесных почв Меньше подвержен смыву подтип серых лесных почв, еще меньше — темно-серых Это объясняется их лучшими водно-физическими свойствами по сравнению со светло-серыми почвами

На основании проведенных исследований было установлено:

1. С увеличением степени смытости в пахотном горизонте серых лесных почв происходит уменьшение содержания гумуса и питательных веществ, ухудшаются водно-физические свойства, что в итоге приводит к уменьшению урожайности сельскохозяйственных культур.

2. За 10 прошедших лет на реперных участках смылось от 0,5 см поверхностного слоя почвы. В связи с этим, следует усовершенствовать существующие севообороты в направлении повышения доли многолетних трав (по примеру колхоза «Ленинская искра» до 40%).

3. Смыв почвы сильнее протекает на склонах южной экспозиции (при прочих равных условиях); поэтому здесь в первую очередь необходимо введение почвозащитных севооборотов.

3. Динамика агрохимических свойств пахотного слоя почв реперных участков

Результаты исследований по изучению агрохимических показателей почв реперных участков приведены в работе. В качестве примера приведем данные по изменению агрохимических свойств почв реперных участков по одному репрезентативному хозяйству разных зон республики.

Северная зона. Агрохимическая характеристика пахотного слоя реперно-го участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района приведена на рис.2-5.

1994 1995 1996 1997 2003 2004 гг.

Рис. 2. Динамика содержания гумуса в пахотном слое почвы реперного участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района

500 -,-----------------------1

1994 1995 1996 1997 2003 2004 гг.

Рис. 3. Динамика содержания подвижного фосфора в пахотном слое почвы реперного участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района

200

100

250

207

К®

197

144

1994

1995

1996

1997

2003

2004 ГГ,

Рис. 4. Динамика содержания обменного калия в пахотном слое почвы реперного участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района

6,4

1994

1995

1996

1997

2003

2004 гг.

Рис. 5. Динамика обменной кислотности пахотного слоя почвы реперного участка колхоза им. Свердлова Чебоксарского района Из приведенных данных следует, что на светло-серых лесных почвах происходит колебание уровня плодородия. Особенно опасным является тенденция подкисления почвы, наметившаяся после 1997 г.

Коэффициенты корреляции агрохимических показателей представлены в таблице 4.

Таблица 4

Показатели По гумусу По фосфору По кадию По рН

Коэффициент корреляции (г)

Гумус 1

Подвижный фосфор -0,04629 1

Обменный калий 0,90089 0,154734 1

РН -0,46155 0,138202 -0,67496 1

Из данных таблицы 4 видно, что тесная корреляция обнаруживается по гумусу с калием; по остальным агрохимическим показателям корреляционные связи не обнаруживаются в связи с применением удобрений.

Центральная зона. Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы

реперного участка ТОО «Шигали» Урмарского района приведена на рисунках 6-9.

1995

1996

1997

2003

2004 гг.

Рис. 6. Содержание гумуса в пахотном слое почв реперного участка СХПК «Колос» Цивильского района

350

300

250

200

1995

1996

1997

2003

2004 гг.

Рис. 7. Содержание подвижного фосфора в пахотном слое почв реперного участка СХПК «Колос» Цивильского района

1995

1996

1997

2003

2004 гг.

Рис. 8. Содержание обменного калия в пахотном слое почв реперного участка СХПК «Колос» Цивильского района

5,3 5,3

шшш

5,1

яжШ?

щШЦ |§§§§ ¡1111 4,9

11111 4,7

!§РР |§§§§

ШШ ¡1111 И

1995 1996 1997 2003 2004 гг.

Рис. 9. Обменная кислотность пахотного слоя почв реперного участка СХПК «Колос» Цивильского района

Из приведенных данных видно, что за годы исследований содержание гумуса в типично-серой лесной почве уменьшилось на 0,4%, обменного калия — на 18 мг/кг, а содержание подвижного фосфора возросло на 19 мг/кг. Другие изучаемые показатели не претерпели существенных изменений. Почвы также нуждаются в известковании.

Коэффициенты корреляции приведены в таблице 5.

Таблица 5

Коэффициенты корреляции агрохимических показателей___

Показатели По гумусу По фосфору По калию ПорН

Коэффициент корреляции (г)

Гумус 1

Подвиж1Шй фосфор 0.450041 1

Обменный калий 0,238679 -0,15336 1

РН 0,933646 0,424127 -0,10781 1

Из данных таблицы 5 видно, что тесная корреляционная зависимость с гумусом наблюдается по рН и средняя - подвижному фосфору.

Южная зона. Агрохимическая характеристика пахотного слоя реперного участка КСХП «Алга» Батыревского района приведена на рисунках 10-13. 4

3,8

| 3,6

3,4

3,2

1994 1995 1996 1997 2003 2004 гг.

Рис.10. Содержание гумуса в пахотном слое почв СХПК «Алга» Батыревского района

о. 150

100

1994

1995

1996

1997

2003

2004 гг.

Рис. 11. Содержание подвижного фосфора в пахотном слое почв СХПК «Алга» Батыревского района

200

5 150

100

8

1994

1995

1996

1997

2003

2004 гг.

Рис. 12. Содержание обменного кадия в пахотном слое почв реперного участка СХПК «Алга» Батыревского района

1994

1995

1996

1997

2003

2004 гг.

Рис. 13. Обменная кислотность пахотного слоя почв реперного участка СХПК «Алга» Батыревского района

Из приведенных данных следует, что закономерности изменения агрохи-

мических показателей, выявленные в почвах выше рассмотренных реперных участков, характерны и для выщелоченных черноземов

Коэффициенты корреляции агрохимических показателей приводятся в таблице 6

Таблица 6

Коэс >фициенты корреляции агрохимических показателей

Показатели По гумусу По фосфору По калию По рН

Коэффициент корреляции (г)

Гумус 1

Подвижный фосфор -0,15145 1

Обменный калий -0,49577 -0,225 1

РН 0,173205 -0,07715 0,464458 1

Средняя обратная корреляция изменения агрохимических показателей с гумусом наблюдается по калию

На основе анализа результатов агрохимических исследований почв реперных участков, расположенных в различных природных зонах Чувашской республики, в период с 1994 по 1997 гг, можно сделать следующие заключения

1 В зависимости от места расположения реперных участков, типа (подтипа) и степени окультуренности почв, времени их эксплуатации изменяется и динамика содержания гумуса, основных элементов питания, рН среды и других агрохимических свойств

2 В результате интенсивного использования земель без рационального применения органических и минеральных удобрений, известковых материалов в пахотном слое почв заметно сокращается содержание гумуса и основных элементов питания Реакция среды за четырехлетний срок наблюдений не претерпевала существенных изменений и характеризуется как слабокислая Степень насыщенности почв основаниями невысокая и поэтому почвы во всех природных зонах нуждаются в известковании

4. Динамика основных элементов питания и тяжелых металлов в почвах реперных участков при возделывании сельскохозяйственных культур

Весьма интересным и ценным является наблюдение за динамикой основных элементов питания, включая и микроэлементы, по почвенному профилю в течение вегетационного периода сельскохозяйственных культур

Набор показателей при проведении мониторинга на реперных участках включал все виды анализов, выполняемых при сплошном мониторинге во всех почвенно- климатических зонах Нечерноземья, а также дополнялся определением микроэлементов, включая тяжелые металлы

Материалы почвенной диагностики за годы исследований на реперных участках, расположенных в различных почвенно-климатических условиях Чувашской Республики, характеризующие агрохимические показатели почв, включая содержание макро- и микроэлементов, а также расчет их запасов в подвижных и валовых формах приводятся в соответствующих таблицах работы

В автореферате приводятся материалы почвенной диагностики по центральной зоне республики на примере конкретного хозяйства Результаты агро-

химических анализов и содержание тяжелых металлов в серой лесной почвы ре-перного участка ТОО «Шигали» Урмарского района приведены в таблицах 7-8

Таблица 7

Агрохимическая характеристика почв реперного участка ТОО «Шигали» Урмарского района

Год Культура Глубина отбора Гумус % N мин, кг/га Шз р2о5 К20 рН (КС1) Нг, Мг/экв 100 г 5,мг-экв/ ЮОг Подв Сера, мг/кг

мг/кг сухой почвы

1994 3/м Яч-мень+ горох 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 3,6 2,8 2,1 0,6 0,4 30,4 64.4 68.5 112 55,1 12 9,5 9,1 5,9 2,8 146 93 144 252 2 109 52 52 38 8 6,1 5.0 6,3 7.1 7.2 1,82 1,31 0,99 0,43 0,29 31,2 28,6 30,4 48,6 47,4 1,01 0,67 1,11 2,10 1,90

1995 3/м озимой ржи 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 зд 1,4 0,7 0,6 0,4 23,0 13.2 20,2 26,0 24.3 8.3 1.4 1,3 1,2 1,2 113 55 158 242 284 114 67 66 72 69 5,6 5,2 5,2 5,8 67 2,21 2,86 1,28 1,26 0,37 31,0 25,8 25 6 25,0 39,0 2,20 0,95 0,76 1,71 3,40

1996 3/м ячменя 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 4,2 2,0 0,5 0,4 0,4 95,8 98,6 112 178 87,5 35 13 10 9,5 4,1 98 73 100 163 268 101 65 57 55 67 5,8 5,2 5,0 5,5 6,8 3,82 3,79 1,98 0,72 0,25 31,6 28,0 27,8 25,8 30,4 ноп н оп н оп ноп 5,00

1997 клевер 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 3,0 1,8 0,9 0,8 05 51,2 143 156 319 147 4,8 3,6 3,3 4.1 4.2 55 55 123 226 3 57 58 52 58 25 5,0 4,8 5,3 6,6 7,3 3,82 3,79 1,98 0,72 0,25 27,4 27,0 27,6 28,8 48,0 3,00 3,90 4,90 7,30 25,4

Таблица 8

Содержание подвижных микроэлементов и тяжелых металлов в почвах реперного

участка ТОО «Шигали» Урмарского района

Год Куль- Бор Медь Цинк Марганец Кобальт Медь Цинк Кадмий Свинец

тура мг/10г

1994 3/м 0,81 6,70 0,74 4,00 1,10 17,6 56,9 0,90 45,7

яч- 0,42 4,90 0,62 3,20 0,91 15,1 58,9 0,90 75,4

мень 0,37 5,60 1,75 2,8 0,41 16,7 60,0 1,00 55,1

+ го- 0,19 3,80 0,75 4,40 0,28 13,7 46,5 0,90 38,6

рох 0,09 3,30 0,94 3,00 0,26 11,6 37,5 1,10 23,0

1995 3/м 0,49 7,50 0,86 7,00 1,15 16,4 52,5 0,79 18,7

Яро- 0,39 5,58 0,71 4,00 1,00 15,3 54,5 0,74 21,1

вой 0,20 5,20 0,58 3,80 0,84 15,6 50,0 0,70 20,8

пше- 0,18 4,93 0,66 3,60 0,54 14,1 52,0 0,65 18,7

ницы 0,10 5,39 0,75 5,60 0,50 16,4 52,0 0,71 20,4

1996 3/м 0,70 6,60 0,60 7,00 1,63 18,7 49,4 0,83 16,4

яч- 0,65 5,30 0,50 7,40 1,29 18,8 50 4 0,64 15,3

меня 0,50 4,60 0,30 6,00 0,60 18,8 50,5 0,69 13,4

1,14 3,50 0,40 8,20 147 17,5 48,5 0,79 13,4

0,49 2,70 0,30 7,40 1,83 17,5 45,6 0,50 13,1

1997 лю- 0,75 5,70 0 55 7,40 1,60 19,9 48,1 0,40 15,5

церна 0,78 5,30 0,30 7,60 1,40 18,5 45,4 0,45 15,8

0,46 4,10 0,20 6,40 1,8 17,6 46,4 0,41 15,5

0,58 4,20 0,20 5,40 2,50 15,5 43,9 0,40 13,5

0,29 3,20 0,70 1,40 2,9 13,1 45,4 0,60 13,9

*Примечание глубина отбора образца - см табп 7

Из приведенных данных видно, что за 4 года на участке, при севообороте ячмень + горох + яровой пшеницы + ячмень + люцерна содержание минерального азота в слое 0-20 см увеличилось по отношению к исходному на 20,8 кг/га, серы — на 2,0 мг/кг Содержание нитратов находилось в пределах 4,8-12,0 мг/кг Содержание гумуса снизилось на 0,6%, подвижного фосфора - на 91,0, обменного калия - на 52,0 кг/га Незначительно возрос показатель гидролитической кислотности

На данном реперном участке в 0-20 см слое почвы обнаружилось снижение содержание бора на 0,06, меди - на 1,0, цинка -на 0,19, кадмия - на 0,5, свинца — на 30,2 мг/г, а содержание марганца незначительно возросло - на 1,0 и кобальта — на 0,5 мг/кг

В пахотном слое почвы реперного участка ТОО «Шигали» Урмарского района фосфаты содержатся в количестве—165-315 и калия -143-233 кг/га Почва характеризуется как низкообеспеченная этими элементами питания растений

Запасы валовых форм тяжелых металлов в пахотном слое почвы в годы исследований варьировали в следующих пределах меди -34,8 —42,5, цинка-99-147, кадмия-0,8-1,5 и свинца-25,9-61,5 кг/га, что не превышало ориентировочно допустимых концентраций

На основании проведения наблюдений за динамикой агрохимических показателей и содержания тяжелых металлов в почвах реперных участков при возделывании сельскохозяйственных культур, можно сделать следующее заключение

1 Содержание гумуса в пахотном слое всех реперных участков уменьшаемся

2 Содержание тяжелых металлов в почвах реперных участков находятся в пределах ПДК

3 Основные агрохимические показатели почв реперных участков за время исследований изменились в сторону понижения содержания гумуса и подвижных форм основных элементов питания растений

5. Агроэкологический мониторинг растениеводческой продукции

Урожайность и качество растениеводческой продукции напрямую зависит не только от агроэкологического состояния почвы, но и от окружающего воздуха атмосферы Поэтому актуальным является контроль над накоплением в растениях макро - и микроэлементов, тяжелых металлов, нитратов и радионуклидов. В задачи агроэкологического мониторинга входило

1 Определить урожайность товарной и побочной продукции и биомассу сухого вещества сельскохозяйственной продукции на 1 га площади

2 Выявить в товарной и побочной продукции растениеводства содержание азота, фосфора, калия, кальция, золы, жира, клетчатки, сырого протеина, сахара, каротина, нитратов

3 Изучить содержание тяжелых металлов (цинка, меди, кадмия, свинца) и радионуклеидов в товарной и побочной продукции

4 Дать заключение о степени пригодности продукции растениеводства к применению

Данные по урожайности и качественная характеристики сельскохозяйственной культур по всем реперным участкам приведены в работе

В автореферате приводятся материалы исследований только по одному реперному участку в пределах основных почвенно- климатических зон Чувашской Республики

Северная зона Урожайность и качественные характеристики возделываемых сельскохозяйственных культур на реперном участке колхоза им Ленина Чебоксарского района

На светло-серой лесной почве реперного участка в годы проведения исследования выращивались озимая пшеница, картофель, ячмень и свекла кормовая Исследования показали, что в зависимости от вида выращиваемой культуры и сроков отбора растительных образцов для анализов обнаруживается различное содержание элементов питания и других определяемых ингредиентов Так, очень высоким было содержание азота в ботве картофеля в период формирования клубней (2,92%), а также перед уборкой картофеля (1,25%) Вместе с тем, интересно отметить, что содержание нитратов в клубнях картофеля было невысоким (92 мг/кг), и другие показатели в остальных возделываемых культурах не превышали ПДК

Если в зерновых культурах, в основной продукции в большем количестве обнаруживается содержание азота, фосфора и некоторых других элементов, то в пропашных культурах, наоборот, в побочной продукции - в ботве — их содержание выше, чем в клубнях и корнеплодах В кормовой свекле, как в основной, так и в побочной продукции, достаточно высокое содержание нитратов, однако их количество находится в пределах нормы (ПДК - 2000 мг/кг) Другие определяемые ингредиенты в возделываемых культурах также находятся в пределах нормы

Центральная зона Урожайность и качественные характеристики возделываемых сельскохозяйственных культур на реперном участке ТОО «Шигали» Урмарского района

На серой лесной почве реперного участка в годы исследований выращивались ячмень в смеси с горохом, яровая пшеница, ячмень и люцерна

В период вегетации большое количество азота, фосфора, калия, клетчатки, сырого протеина и каротина накапливалось в зеленой массе ячменя, а сахара - в ячменное-гороховой смеси. Количество нитратов, тяжелых металлов, за исключением свинца, в ячменно-гороховой смеси, а также радионуклидов было в пределах ПДК

Южная зона Урожайность и качественные характеристики возделывания сельскохозяйственных культур на реперном участке КСХП «Алга» Батыревско-го района

На черноземе выщелоченном реперного участка в годы исследований выращивались в 1994, 1995 и 1997 гг - картофель, в 1996 году-ячмень Исследования показали, что биомасса картофеля значительно выше биомассы ячменя Выявленные закономерности на других типах почв при возделывании картофеля, проявляются и на выщелоченных черноземах, т е содержание в ботве азота, фосфора, калия и других показателей выше, чем в основной продукции

Содержание тяжелых металлов, как в период вегетации, так и в зрелом состоянии, в ботве и клубнях картофеля, находились в пределах ПДК

б.Экономическая эффективность

Выполненный прогноз показал, что существенное улучшение состояния пахотных земель Чувашской республики возможно только при широком применении контурно-мелиоративного земледелия Имеющийся опыт показывает, что контурно-мелиоративное земледелие повышает урожайность озимой ржи на 0,58-1,27 т/га, яровой пшеницы - на 0,39-0,85, ячменя — на 6,5-10,2 т/га В среднем на слабо смытой части склона применение контурно-мелиоративного земледелия по сравнению с обычным обеспечило получение дополнительной прибыли от производства зерна на 446,6 руб/га, на сильно смытой - 977,9 руб/га, снижение себестоимости 1 т соответственно на 4,25 и 4,58 руб и повышение уровня рентабельности на 81,6%

ВЫВОДЫ

На основании агроэкологического мониторинга пахотных земель в разных природных зонах Чувашской республики в течение 1994 - 2004 гг можно сделать следующие выводы

1 Во всех зонах республики и на всех типах почв в пахотном слое установился отрицательный баланс органического вещества (гумуса), продолжается смыв почв, ухудшаются агрохимические и водно-физические свойства Причина — недостаточная доля многолетних трав в севообороте, сокращение поступления в почву органических удобрений и водная эрозия Площадь, на которой вносятся органические удобрения сократилась с 11 процентов в 1990 до 6 % в 1998 г

2 Наблюдения на реперных участках показывают, что отрицательный баланс обменного калия (К20) складывается в дерново-подзолистых, светло-серых и серых лесных, а в ряде случаев и в темно-серых почвах и выщелоченных черноземах

На основных массивах пашни наблюдается уменьшение суммы поглощенных оснований, снижение степени подвижности Р205 и К20, увеличение гидролитической кислотности

Из макроэлементов в почве реперных участков в первом минимуме находится азот, во втором - обменный калий Уровень подвижного фосфора в первые 5 лет нового столетия не будет лимитировать их продуктивность

3. Агроэкологический мониторинг растениеводческой продукции, выращенной на почвах изучаемых реперных участков, показал, что контролируемые тяжелые металлы, как в побочной, так и основной продукции в большинстве случаев соответствуют предельно-допустимым концентрациям Однако, в почвах отдельных реперных участков и в некоторых сельскохозяйственных культурах (колхоз им Свердлова Чебоксарского района, ТОО «Ядринский» Ядрин-

ского района, колхоза «Новый ипуть» Вурнарского района и др) выявлено незначительное повышение содержания свинца и кадмия. Необходимо выявить причины загрязнения и разработать мероприятия по их устранению

4 Содержание тяжелых металлов в продукции растениеводства выше ПДК, при нормальном их содержании в почвах, свидетельствует о загрязненности близлежащего атмосферного воздуха

5 Радиационный уровень по гамма-фону и наличию Бг90 и Сг137 в почвах всех реперных участков был ниже предельно-допустимых концентраций

6 Растениеводческая продукция не загрязнена радионуклидами Количественные величины соответствуют допустимым уровням по содержанию цезия — 137 и стронция - 90 для продукции зерновых и зернобобовых культур

7 Валовой запас тяжелых металлов и содержание их подвижных форм находятся ниже уровня ПДК и ОДК, и в ближайшие годы не вызывают опасения загрязнения ими продукции растениеводства и животноводства Возможно загрязнение ими отдельных земельных участков вдоль автомобильных дорог, вблизи промышленных и автотранспортных предприятий Здесь необходим постоянный мониторинг земель

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1 С целью снижения эрозионных процентов, повышения плодородия почв и получение экологически чистой растениеводческой продукции внедрять в хозяйства Чувашской Республики контурно - мелиоративную систему земледелия по опыту колхоза «Ленинская искра» Ядринского района

2 Для достижения положительного баланса гумуса, основных элементов питания ежегодно в почвы Чувашской Республики следует вносить 8-10 тонн органических удобрений на гектар, а также расчетные дозы известковых материалов и минеральных удобрений

СПИСОК РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Егоров, В Г Государственный национальный доклад о наличии, состоянии и использовании земель в Чувашской Республики в 1997 году // В Г Егоров Чебоксары, 1998 -С 47-51

2 Егоров, В Г Экологические системы состояния земель // В Г Егоров / Государственный доклад о наличии, состоянии и использовании земель Чувашской Республики в 1999 году Чебоксары, 2000 - С 18-20

3 Егоров В Г Динамика изменения агрохимических показателей почв Чувашской Республики // В Г Егоров / Государственный доклад о наличии и использовании земель Чувашской Республики в 1999 году Чебоксары, 2000 -С 20-22

4 Егоров, В Г Земли, используемые организациями для производства сельскохозяйственной продукции // В Г Егоров / Доклад о наличии, состоянии и использовании земель Чувашской Республики в 2001 году Чебоксары, 2002 -С 14-16

5 Егоров, В Г Анализ качественного состояния земельного фонда и экологические аспекты землепользования // В Г Егоров / Доклад о наличии, состоянии и использовании земель Чувашской Республики в 2001 году - Чебоксары, 2002 - С 20-25

6 Егоров, В Г Агроэкологический мониторинг пахотных земель и растениеводческой продукции в Чувашской Республике (монография) // В Г Егоров, В М Мутиков, Г П Ячеев, Л Н Михайлов, Т А Ильина, О А Васильев Чебоксары, 2002 - С 122

7 Егоров ,В Г Локальный мониторинг почв Республики // В Г Егоров, ВМ Мутиков, ТА Ильина, О А Васильев / Адаптивно-ландшафтная смена земледелия на примере колхоза «Ленинская искра» Ядринского района Чувашской Республики материалы Всероссийской научно-практичсекой конференции -Чебоксары 2003 -С 58-63

8 Егоров, В.Г Агроэкологический мониторинг почвы и растениеводческой продукции // В Г Егоров, Л Н Михайлов / Вестник СамГу - естественно научная серия. 2007 №2 (52) - С 165-171

Подписано в печать 10 10 2007 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Гарнитура Times New Roman Печать RISO Объем 1,0 печ л Тираж 100 экз Заказ №073

Отпечатано с готового оригинал-макета Центр полиграфических и копировальных услуг Предприниматель Серман Ю Б Свидетельство № 3117 410600, Саратов, ул Московская, д 152, офис 19, тел 26-18-19, 51-16-28