Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Процессы деградации хорошо окультуренных почв гумидных и аридных регионов в современных условиях

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Процессы деградации хорошо окультуренных почв гумидных и аридных регионов в современных условиях"

На правах рукописи

Литвинович Андрей Витальевич /

ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ПОЧВ ГУМИДНЫХ И АРИДНЫХ РЕГИОНОВ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность: 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - Пушкин 2005

Работа выполнена в Государственном Научном Учреждении Агрофизический научно-исследовательский институт Российской Академии сельскохозяйственных наук (ГНУ АФИ РАСХН)

Научный консультант: Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук Осипов Анатолий Иванович

доктор биологических наук Капелькина Людмила Павловна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Ганусевич Фёдор Фёдорович

доктор географических наук, профессор

Фёдоров Анатолий Семёнович

Ведущая организация Почвенный институт

им. В.В. Докучаева

Защита состоится года в _ мин.

на заседании диссертационного совета Д.220.060.03 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196600, Санкт-Петербург - Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, корп. 1-а, ауд. 239.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан 2005 года.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Царенко

Василий Павлович

/t 377

Актуальность исследования. Современный этап развития цивилизации характеризуется заметной активизацией процессов деградации почвенного покрова нашей планеты.

Среди многообразия деградационных явлений особое место занимает химическая деградация, связанная с изменением химических или физико-химических свойств почв (Деградация и охрана..., 2002 ).

Земельная реформа, проводимая в нашей стране в течение последних 15лет, не улучшила состояния почв. Это связано с недопоставками сельскому хозяйству органических и минеральных удобрений, отказом от известкования, выходом из строя мелиоративной сети, обеднением числа видов возделываемых культур. Отмечается снижение наиболее ценного свойства пахотных почв - их плодородия, высокий уровень которого во многих регионах создан в 70-80 гг. прошлого века в рамках программ по известкованию, фосфоритованию, комплексной химизации и мелиорации.

Продолжается сокращение площади обрабатываемых земель. За последнее десятилетие 30 млн. га пахотных угодий выведено в залежь, постепенно зарастающих кустарником и мелколесьем (Ефимов В.Н. с соав., 2001).

В сложившейся ситуации особую актуальность приобретают научные исследования, направленные на познание характера изменений состава и свойств окультуренных почв во времени, что в дальнейшем поможет в разработке вопросов восстановления и повышения их плодородия.

Наибольшую ценность для сельского хозяйства засушливой (аридной) зоны представляют орошаемые почвы древних оазисов. Высокий уровень плодородия почв данного генезиса достигнут трудом многих поколений земледельцев. Процессы деградации этих почв, происходящие в настоящее время в результате техногенного загрязнения, заслуживают самого пристального внимания.

Цель и задачи исследования. Целью исследования явилось выявление направленности и интенсивности процессов почвообразования в: а) хорошо окультуренных дерново-подзолистых глееватых почвах Северо-Запада нечерноземной зоны при снижении уровня антропогенного воздействия и выведении их из сельскохозяйственного оборота; б) древнеорошаемых почвах аридной зоны в условиях длительного техногенного загрязнения. г~--

В задачи исследования входило: ' *-«- ** «

• исследовать изменения морфогенетических и кислотно-основных свойств дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при различном хозяйственном использовании, установить направленность процессов трансформации глинистых минералов при интенсивном окультуривании почв;

• установить особенности гумусного и калийного состояния дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при разных уровнях антропогенного воздействия;

• изучить динамику содержания и распределения подвижных соединений серы и водорастворимых соединений фтора в профиле серо-земно-оазисных почв, расположенных в зоне аэротехногенного воздействия химического комбината, при разных режимах работы предприятия;

• выявить закономерности пространственного и профильного распределения Со, Си, Мп, РЬ, Сг, N1, Хп, 8г в почвах техногенного района;

• исследовать гумусное состояние сероземно-оазисных почв в зоне промышленного загрязнения;

• оценить влияние длительного промышленного загрязнения на активность почвенно-микробиологических процессов, состав и численность отдельных групп микроорганизмов в сероземно-оазисных почвах, расположенных на разном расстоянии от источника выбросов;

• исследовать аэротехногенное воздействие на рост, продуктивность, химический и биохимический составы хлопчатника, выявить защитные механизмы растений против вредоносного воздействия токсикантов.

Научная новизна

1 .Впервые в условиях Северо-Запада нечерноземной зоны России выполнены комплексные исследования, позволяющие оценить изменения морфогенетических, кислотно-основных свойств, калийного и гумусного состояния дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при интенсивном окультуривании, последующем прекращении активного антропогенного воздействия и выведении из хозяйственного оборота.

2.Ухудшение отдельных параметров почвенного плодородия окультуренных дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при ослаблении и прекращении активного антропогенного воздействия протекает с различной интенсивностью, образуя следующий по скорости убывания

ряд: содержание и запасы различных форм соединений калия > кислотно-основные свойства > содержание гумуса > состав гумуса.

3. Экстенсивное и залежное использование дерново-подзолистых глееватых песчаных почв высокой степени окультуренности сопровождается постепенным восстановлением естественных пропорций между различными формами соединений калия, характерными для целинных почв.

4. Выведение дерново-подзолистых глееватых песчаных почв из хозяйственного оборота приводит к дифференциации бывшего однородного пахотного слоя на два подгоризонта. Спустя 20 лет нахождения почвы в залежи верхний подгоризонт (зона преимущественного распространения корней многолетней травянистой растительности) в значительной степени сохраняет положительные признаки, достигнутые в результате окультуривания. Оптимальные параметры нижнего подгоризонта (плотность сложения, содержание, запасы и состав гумуса) утрачиваются и начинают соответствовать свойствам переходного горизонта А]А2 целинного аналога.

5. Впервые в условиях аридного региона проведено комплексное изучение влияния длительного (40 лет) аэротехногенного воздействия предприятия химической промышленности на агроценозы. Показано, что при техногенной деградации нарушается весь комплекс свойств почв, определяющих их плодородие. Систематическое орошение сельскохозяйственных культур способствует удалению растворимых высокотоксичных техногенных соединений за пределы почвенного профиля, оказывая сдерживающее влияние на процессы деградации сероземно-оазисных почв промышленной зоны.

6. В зоне рассеяния поллютантов листовая поверхность растений хлопчатника выступает как естественный "накопитель" техногенных веществ. Измерение содержания фтора в листьях хлопчатника позволяет оконтурить площадь аэрального распространения выбросов предприятия по производству азотно-фосфорных удобрений.

Защищаемые положения

1. Оптимальные для растений состав и свойства хорошо окультуренных дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при ослаблении и прекращении антропогенного воздействия утрачиваются постепенно, однако в течение 15-20 лет остаются благоприятными для возделывания сельскохозяйственных культур.

2. Залежное использование приводит к постепенному восстанов-

лению природных (естественных) свойств почвы, а скорость возвращения в исходное состояние зависит от степени их консервативности.

3. Промышленное загрязнение вызывает падение численности микробных сообществ, ингибирование микробиологической активности почв, снижение содержания и запасов гумуса, сокращение в составе гумуса доли гуминовых кислот.

4. Сорокалетняя эксплуатация завода по производству минеральных удобрений не привела к повышенному накоплению тяжелых металлов в почвах промышленной зоны.

5. Негативное влияние аэротехногенного воздействия на растения хлопчатника заключается в замедлении роста, изменении химического состава растений, подавлении синтеза белка, снижении урожайности хлопка-сырца. Биологический механизм адаптации (устойчивости) растений хлопчатника к условиям аэрального загрязнения заключается в способности растений усиливать приток необходимых элементов к пораженным органам, обеспечивая детоксикацию техногенных веществ в их тканях.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Интенсивность мероприятий по восстановлению плодородия экстенсивно используемых и залежных (ранее хорошо окультуренных) почв зависит от: 1) исходной окультуренности, 2) срока нахождения в залежи.

2. Первоочередным мероприятием по восстановлению почвенного плодородия при повторном вовлечении в сельскохозяйственный оборот старовозрастных (15-20 летних) залежных почв лёгкого гранулометрического состава должно быть улучшение калийного состояния.

3. В зоне сильного техногенного воздействия предприятий по производству минеральных удобрений, расположенных в аридных регионах, возможно ведение рентабельного сельскохозяйственного производства.

Апробация работы и публикации

Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Докуча-евское почвоведение - 100 лет на службе сельского хозяйства" (Ленинград, 1983 г); Всесоюзной научной конференции "Агропочвоведе-ние и плодородие почв" (Москва, 1986 г); Всесоюзной научно-практической конференции молодых ученых "Пути рационального использования удобрений и повышение плодородия почв", (Минск, 1986 г); Всероссийском съезде почвоведов (Санкт-Петербург, 1996 I);

Всероссийской конференции "Микробиология почв и земледелие" (Санкт-Петербург, 1998 г); Международной научно-практической конференции "Современные проблемы опытного дела" (Санкт-Петербург, 2000 г), а также внутривузовских научных конференциях СПбГАУ в 1992-2003 гг.

По результатам исследований опубликовано 56 работ.

Объём и структура работы

Диссертация изложена на 280 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 9 глав, выводов, заключения, рекомендаций производству и приложений. Включает 59 таблиц, 22 рисунка. Список литературы включает 382 источника, в том числе 38 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность изучаемых вопросов. Сформулированы цели и задачи исследований.

Глава 1. Условия, объекты и методы исследований

1.1. Современные взгляды на проблему деградации почв

В разделе рассмотрены современные взгляды на проблему деградации лочвеннOl о покрова нашей планеты. Перечислены факторы, приводящие к утрате почвенного плодородия. Приведена классификация видов деградации почв.

1.2. Природно-климатические условия Северо-Запада нечерноземной зоны как фактор формирования дерново-подзолистых почв

В разделе рассмотрены факторы, влияющие на формирование по-лугидроморфных дерново-подзолистых почв. Подчеркнуто, что в естественном состоянии дерново-подзолистые почвы обладают низким уровнем плодородия. Понимание этого привело к тому, что в 70-80 гг. прошлого века существенно возросли объемы капитальных вложений, направленных на окультуривание почв данного генезиса, повсеместно проводились работы по осушению. В результате 15-20% этих почв за непродолжительный период времени были доведены до высокой степени окультуренности.

1.3. Объекты исследований гумидной зоны

Объектом исследований в гумидной зоне служили дерново-подзолистые глееватые песчаные почвы различного сельскохозяйственного использования, расположенные на территории АО "Романов-

ка" Всеволожского района Ленинградской области на выположенной террасе низкой озерно-ледниковой равнины.

Объект № 1. Дерново-подзолистая глееватая песчаная почва расположена под сосновым лесом с примесью ели и рябины. В наземном покрове кислично-майниково-черничная ассоциация.

Объект № 2. Пахотная хорошо окультуренная почва освоена в 50-х годах прошлого века. В 1968 году проложен гончарный дренаж с расстоянием между дренами 20-25 метров. В 1980 году были отобраны первые почвенные пробы. В тот период времени почва использовалась в семипольном севообороте с тремя полями многолетних трав. В среднем на гектар пашни в тот период времени в год вносили 20-25 тонн органических и N - 250, Р205 - 150, К20 - 200 кг д.в. минеральных удобрений.

Объектом № 3 является экстенсивно используемая почва, ранее являвшаяся хорошо окультуренной. Для этого спустя 20 лет в 1999 году повторно закладывали почвенные разрезы. За исследуемый период времени дозы применяемых органических и минеральных удобрений на массиве неуклонно сокращались. В последние шесть лет в почву не вносили ни органических, ни минеральных удобрений.

Объект № 4. Залежная почва представляет собой участок ранее хорошо окультуренной почвы (объект № 2), который с 1980 года перестали обрабатывать, но некоторое время проводили укосы трав. В настоящее время это слабозакустаренньтй разнотравно-злаковый луг, не используемый в сельскохозяйственном производстве. В растительном покрове ежа сборная, полевица белая, пырей ползучий, овсяница луговая, хвощ, щавель и подмаренник.

Исследуемые почвы расположены в непосредственной близости друг от друга, сформированы на однотипной почвообразующей породе, представленной озерно-ледниковыми песками с глубины 120-130 см подстилаемые суглинками.

1.4. Понятие об ирригационно-аккумулятивном почвообразовании и формировании антропогенно-оазисных почв

На территории Средней Азии и Ближнего Востока широко распространены древнеоазисные почвы. Ведущий фактор формирования этих почв - многовековая земледельческая деятельность человека на фоне длительного орошения при обязательном использовании для орошения мутных речных вод.

Ежегодное поступление на поля речных вод способствует регу-

лярному обогащению почв гумусом, питательными элементами, некоторыми биофильными микроэлементами (Молодцов В. А., 1958, 1962). Отложение на поверхности почв мелкоземлистого материала приводит к наращиванию профиля. В результате многовековой деятельности на поверхности зональных почв формируется мощный чехол аг-роирригационных отложений.

Высокое плодородие антропогенно-оазисные почвы приобретают в процессе мероприятий по окультуриванию. Постоянное хозяйственное воздействие (обработки, внесение органических и минеральных удобрений, введение севооборотов, мелиоративное улучшение почв и др.) приводит к их окультуриванию. Благодаря этому оазисные почвы характеризуются благоприятными водно-воздушными, мелиоративными и агрохимическими свойствами.

1.5. Объекты исследований аридной зоны

Изучение скорости и направленности изменений состава и свойств оазисных почв в условиях длительного промышленного загрязнения проводили в зоне деятельности Самаркандского химического завода по производству минеральных удобрений.

Рельеф территории равнинный, местами с хорошо выраженными эрозионно-овражными формами. При длительном орошении, благодаря дифференциации взвешенных наносов, в различных звеньях оросительной сети арычного типа формируются четко оформленные агро-ирригационные формы мезорельефа (агроирригационные чаши).

Почвенный покров вокруг предприятия представлен сероземно-оазисными незаселенными почвами, сформированными на мощных агроирригационных отложениях.

Исследования проводили в залежных и пахотных почвах, удаленных от предприятия на расстояние 0.6; 3; 5; 7.5; 10; 12.5; 15 и 20 км в направлении господствующих ветров. Это позволяло вычленить возможные негативные последствия вредоносных примесей, содержащихся в минеральных удобрениях, на загрязнение почв. При этом предполагалось, что в пахотных почвах техногенное и аграрное загрязнение суммируются. Контрольная почва расположена вне зоны техногенного воздействия.

Залежные почвы находятся вблизи углубившихся русел древних каналов и в настоящее время заброшены. Профиль слабо дифференцирован на горизонты. Характеризуются легкосуглинистым гранулометрическим составом (содержание фракций менее 0.01 мм 21.3-

34.5%), щелочной реакцией по всему профилю (рН№0 - 7.4-8.6), невысоким содержанием гумуса (менее 1%).

Окультуренные почвы расположены в непосредственной близости от залежных. Так же слабо дифференцированы на горизонты. Тяжелосуглинистого гранулометрического состава (содержание фракций менее 0.01 мм - 40.5-67.4%). Реакция щелочная - рН№о - 7.3-8.6. Содержание гумуса - 0.52-1.1%. Уровень грунтовых вод 10-15 м.

Различия по гранулометрическому составу залежных и пахотных почв объясняются их расположением по отношению к древним оросительным каналам: вблизи канала оседали более крупные частицы, по мере удаления преимущественно тонкие фракции.

Пахотные почвы использовались в хлопково-люцерновом севообороте (7:3). В годы наблюдений заняты хлопчатником. Ежегодно на гектар пашни в тот период времени вносили: N - 250, Р - 100 и К - 40 кг д.в.

1.6. Методика проведения исследований

При изучении процессов почвообразования в дерново-подзолистых почвах на каждом участке были заложены базовые разрезы, в которых образцы отбирали из трех стенок всех генетических горизонтов. Одновременно по всему профилю определяли плотность сложения.

Для подтверждения достоверности физико-химических показателей были заложены дополнительные почвенные разрезы в радиусе 20-50 метров от основного разреза, из которых пробы почв также отбирали послойно. Всего заложено 4 основных и 16 дополнительных разрезов.

Исследования изменений оазисных почв под действием техногенного загрязнения проводили на ключевых площадках размером 50x50 м, подобранных на типичных элементах рельефа.

Для определения общего содержания гумуса, подвижных соединений серы, водорастворимого фтора и кислоторастворимых соединений металлов отбирали по 30 образцов из слоя 0-30 см по диагонали пробных площадок. Образцы анализировали отдельно. На основе данных определений установлена вариабельность кислоторастворимых форм соединений металлов в радиусе 10 км от источника загрязнения.

Для выявления распределения токсикантов в профиле на пробных площадках закладывали почвенные разрезы, из которых образцы отбирали согласно "Унифицированной методике..." (Важенин И.Г. с со-ав., 1982) с глубины 0-30; 60-70 и 110-120 см. Одновременно устанав-

ливали плотность сложения.

Динамику содержания и профильного распределения водорастворимых соединений фтора и подвижных соединений серы изучали, отбирая пробы почв дважды в год: весной до посева хлопчатника и осенью после его уборки. Проведено 5 отборов.

Высокий региональный фон содержания в почвах серозёмного пояса некоторых из изученных металлов исключал возможность ориентироваться на существующие нормативы ПДК (Обухов А.И. с соав., 1987). Поэтому при оценке загрязнения почв по валовому содержанию Си, Тп, Со, Бг, Мп, Сг, N1, РЬ использовали два подхода (Ильин В.Б., 1991):

1. Сравнение содержания металла в верхнем горизонте почвы, испытывающей техногенное загрязнение, с содержанием металла в том же горизонте контрольной почвы.

2. Сопоставление концентраций металла между горизонтами А и С почвы, подверженной загрязнению.

Основанием для сопоставления во втором случае служит слабая миграционная способность большинства ТМ. Начальную стадию загрязнения и в первом, и во втором вариантах выделяли при двукратном превышении концентрации в загрязненном горизонте, по сравнению с незагрязненным.

Илистую фракцию дерново-подзолистых почв выделяли по методике Н.И. Горбунова (1974). Разделение ила на предколлоидную и коллоидную фракции вели на проточной центрифуге С-100. Гранулометрические фракции сероземно-оазисных почв размером 0.05-0.01 мм; 0.005-0.001 мм и менее 0.001 мм выделяли отмучиванием, предварительно растирая почву с пирофосфатом натрия (Практикум..., М, 1980).

Техногенную пыль отбирали из труб цехов по производству аммофоса и экстракционной фосфорной кислоты на беззольные фильтры. При подсчете количества металлов, поступивших в атмосферу от предприятия в 1977-1992 годах, использовали данные суммарного объема твердых выбросов за этот период времени заводской санитар-но-химической лаборатории.

Для определения валового содержания металлов образцы почв, их гранулометрических фракций и техногенной пыли разрушали в кипящей смеси концентрированных соляной и азотной кислот (соотношение 1:3) с последующим растворением в 0.5н НЖ)з. Извлечение ки-слоторастворимых форм соединений тяжелых металлов осуществляли 1н

HCl. Анализ проводили на атомно-адсорбционном спектрофотометре.

Состав и численность микроорганизмов в почве и активность поч-венно-микробиологических процессов изучали по методикам, изложенным в "Руководство...М., 1983".

Растения хлопчатника отбирали с площадок, с которых отбирали почвенные пробы. Объем выборки - 90 растений. Отдельно анализировали корни и листья. Листья анализировали в обмытом и необмы-том состоянии. Химический состав растений хлопчатника устанавливали на рентгенфлюоресцентном спектрофотометре фирмы "ORTEK-TEFA". Состав аминокислот в листьях растений определяли на аминокислотном анализаторе. Содержание белка вычисляли по сумме аминокислот.

Аналитические работы по определению физико-химических показателей проводили с использованием методов, принятых в агрохимии и почвоведении.

Общее содержание обменных катионов калия устанавливали по методу Л.В. Масловой (1978), необменные формы калия по методу И.Г. Важенина (1975).

Фракционно-групповой состав гумуса в дерново-подзолистых почвах определяли согласно методике В.В. Пономаревой - Т.А. Плотниковой в модификации Т.А. Плотниковой - Н.Е. Орловой (1984). Для изучения группового состава гумуса сероземно-оазисных почв использовали метод М.М. Кононовой - Н.И. Бельчиковой. Лабильные формы гумусовых веществ дерново-подзолистых почв изучали по методике A.M. Лыкова, В.П. Черникова, Б.П. Бончана (1981) в модификации A.M. Пупкова.

Определение оптической плотности лабильных гумусовых веществ проводили без разделения на гуминовые и фульвокислоты. Оптическую плотность гуминовых кислот при исследовании группового состава гумуса устанавливали в каждой фракции. Длина волны - 430нм.

Минералогический состав предколлоидной и коллоидной фракций исследовали на рентгеновской установке ДРОН-1 (рентгендифракто-метрический метод). Предварительная обработка образцов проводилась гидросульфитом и лимоннокислым натрием. Получены рентгенограммы от препаратов в воздушно-сухом состоянии и после прокаливания при температуре 300 и 500° С.

Концентрацию подвижных соединений серы в почве устанавливали в соответствие с ГОСТ-26490-85. Содержание водорастворимого

фтора - ионселективным методом.

Аналитическая повторность - 3-х - 4-х кратная. Данные определений обрабатывали статистически.

ЧАСТЬ I

Изменение показателей почвенного плодородия и гумусное состояние дерново-подзолистой глееватой песчаной почвы при окультуривании и в условиях хозяйственного истощения

Глава 2. Изменение морфогенетических и кислотно-основных свойств дерново-подзолистой глееватой песчаной почвы при окультуривании и прекращении активного антропогенного воздействия

2.1. Морфологическое строение профиля

В профиле целинной лесной почвы выделяется лесная постилка, гумусово-аккумулятивный горизонт (А|), переходный горизонт А1А2 и иллювиальный горизонт В. Такое строение - результат сопряженного протекания дернового и подзолистого процессов, приводящее к формированию почв данного генезиса. Материнская порода выделяется на глубине 88 см, что говорит о "сжатости" почвенного профиля целинной глееватой песчаной почвы.

Вовлечение почвы в культуру приводит к формированию мощного, однородного по окраске пахотного слоя. Аккумулятивные черты почвообразования усиливаются. Однако подзолообразование на стадии хорошей окультуренности почвы не устраняется, о чем свидетельствует формирование в подпахотной части профиля переходного и подзолистого горизонтов. Материнская порода выделяется на глубине 123 см.

Сопоставление описания морфологии почвы, сделанного в 1980 году, и проведенный анализ 1999 года показали, что за 20 летний период времени между первым и вторым отбором почвенных образцов существенных изменений в строении профиля не произошло.

Залежное использование почвы приводит к существенной деградации бывшего однородного пахотного слоя. Наряду с образованием слоя дернины выявлена резкая дифференциация пахотного слоя на 2 подгоризонта: 1-й (3-15 см) густо переплетен корнями травянистой

растительности, имеет рыхлое сложение и однородную прокраску гумусовыми веществами. Второй (15-26 см), отличается редкой корневой системой, сильнее уплотнен. Появление отбеленных кварцевых зерен в нижнем подгоризонте говорит о том, что при выведении почвы из оборота соотношение горизонтов, нарушенное обработкой, постепенно восстанавливается.

2.2. Плотность сложения (объемная масса)

Дифференциация почвенного профиля по плотности сложения -

характерный признак дерново-подзолистых почв.

Исследования показали, что минимальные величины плотности сложения соответствуют гумусово-аккумулятивным горизонтам изученных почв. Их величины колеблются от 1.09 до 1.12 г/см3. Вниз по профилю уплотнение нарастает. Оптимальные для растений значения объёмной массы в обрабатываемых почвах, по сравнению с целинной, характерны для большего по мощности слоя.

При выведении почвы из хозяйственного оборота объем почвенного слоя с оптимальной для растений величиной объемной массы уменьшается. Положительные изменения, вызванные обработкой, постепенно утрачиваются. Плотность сложения нижней части бывшего пахотного слоя начинает соответствовать плотности сложения переходного горизонта целинной почвы, что может служить доказательством единой направленности почвообразовательного процесса в целинных и залежных почвах.

2.3. Гранулометрический состав

Процессы почвообразования в целинной дерново-подзолистой глееватой песчаной почве сопровождаются активным разрушением (до глубины 88 см) песчаных фракций. Суммарное содержание фракций 1-0.25 и 0.25-0.05 мм имеют отчетливо выраженную тенденцию возрастания с глубиной. Процесс разрушения песчаных частиц сопровождается образованием пылеватых фракций. Коэффициент корреляции между содержанием песчаной и мелкопылеватой фракциями в целинной глееватой песчаной почве составил г = - 0.66.

В пахотной хорошо окультуренной почве процесс разрушения протекает в том же направлении, однако распадом песчаных фракций затронута меньшая по мощности толща. С глубины 40 см распределение песка носит выравненный характер.

В пахотной хорошо окультуренной почве процентное содержание илистых частиц по всему профилю ниже, чем в целинной почве, что

свидетельствует об активном течении подзолообразования даже на стадии высокой окультуренности.

Запасы ила в пахотной хорошо окультуренной почве оказались ниже, чем в целинной почве (табл. 1). При снижении уровня антропогенного воздействия процессы кислотного гидролиза усиливаются, а запасы ила в экстенсивно используемой почве, по сравнению с хорошо окультуренной, уменьшаются.

Таблица 1

Запасы илистой фракции в дерново-подзолистых глееватых песчаных

почвах, т/га

Мощность почвенной толщи, см П очвы Материнская порода*

Целинная лесная Пашня хорошо окультуренная Пашня экстенсивно используемая Залежь

5-30 92.1 87.6 82.6 105.3 170.5

*Содержание ила в слое такой же мощности горизонта С.

Запасы илистой фракции в залежной почве оказались более высокими. Данное обстоятельство свидетельствует о сдерживающем влиянии многолетней травянистой растительности на процессы подзолообразования, что находится в соответствии с выводами A.A. Коротко-ва (1970), В.К. Пестрякова (1977).

2.4. Кислотно-основные свойства

Исходная глееватая песчаная почва относится к категории сильнокислых почв. Максимальные показатели обменной и гидролитической кислотности характерны для гумусово-аккумулятивного горизонта. В составе обменной кислотности значительная доля принадлежит алюминию.

Содержание обменного кальция невелико, постепенно убывая вниз по профилю. Обменные катионы магния в очень незначительных количествах обнаружены только в гумусово-аккумулятивном горизонте. Показатель степени насыщенности основаниями в перегнойном слое лесной почвы составляет 21.2%.

Окультуривание привело к снижению всех форм почвенной кислотности. В составе обменной кислотности уменьшилась доля алюминия. Возрастает содержание обменного магния (44% от суммы поглощенного кальция). Степень насыщенности основаниями составила 67.3%.

Экстенсивное использование глееватой песчаной почвы привело к

ухудшению кислотно-основных свойств. Содержание Са и снизилось на 40 и 37% соответственно. Степень насыщенности основаниями по всему профилю не превышает 34.7%. Гидролитическая кислотность возросла с 5.8 до 7.3 мг-экв./100г почвы. Величина рНКС1 пахотного слоя снизилась с 5.3 до 5.0 ед.

Величина рНксл и количество обменных оснований в гумусово-аккумулятивном горизонте залежной почвы оказалось ниже, чем в пахотном слое экстенсивно используемой почвы. Это говорит об активном элювиировании оснований из профиля почвы, исключенной из хозяйственного оборота. Содержание Са в слое 3-15 см снижается на 70%, магния на 83%. Степень насыщенности основаниями в гумусово-аккумулятивном горизонте составила всего 41.4%.

Несмотря на это по уровню содержания обменных катионов как экстенсивно используемая, так и залежная почвы, согласно существующей градации, продолжают относится к категории обеспеченных (Небольсин А.Н. с соав., 1997).

Таким образом, как ослабление, так и прекращение антропогенного воздействия приводит к ухудшению кислотно-основных свойств хорошо окультуренной глееватой песчаной почвы. Положительные изменения, вызванные окультуриванием, постепенно утрачиваются.

Глава 3. Изменение содержания, запасов и состава гумуса в дерново-подзолистой глееватой песчаной почве при окультуривании и прекращении активного антропогенного воздействия

3.1. Содержание и запасы гумуса в почвах

Песчаная целинная почва характеризуется высоким содержанием гумуса, который сосредоточен в незначительном по мощности перегнойно-аккумулятивном горизонте. При переходе от гумусово-аккумулятивного к переходному горизонту А]А2 содержание гумуса снижается в 3.3 раза.

Формирование пахотного слоя при окультуривании способствует более выравненному распределению гумуса за счет его перераспределения во всей почвенной массе, вовлеченной в культивируемый слой. Запасы гумуса в 0-20 см слое пахотной хорошо окультуренной почвы не уступают его запасам в целинной (91.2 и 90.2 т/га соответственно), а в слое 0-50 см даже его превосходят.

За 20 летний период, в течение которого постепенное снижение доз вносимых удобрений сменилось полным отказом от их применения, запасы гумуса в 0-20 см слое экстенсивно используемой почвы

снизились приблизительно на 30%.

Двадцатилетнее нахождение почвы в залежи привело к резкой дифференциации бывшего однородного пахотного слоя по содержанию гумуса. В слое 3-15 см (зона преимущественного распространения корней травянистой растительности) достоверного снижения содержания гумуса, по сравнению с хорошо окультуренной почвой, не выявлено. В слое 15-25 см содержание гумуса снизилось в 2 раза, а его запасы в 0-20 см слое уменьшились до 71.4 т/га.

3.2. Фракционно-групповой состав гумуса

Важнейшим генетическим признаком дерново-подзолистых почв является доминирование в составе гуминовых кислот 1-й фракции (ГК-1). В целинной лесной почве ее содержание составило 18.6% от общего содержания С почвы (табл. 2). Суммарное содержание фуль-вокислот (ФК) в составе гумуса целинной почвы оказалось ниже, чем ГК. Отношение Сгк :Сфк = 1.23. Это — следствие интенсивной миграции растворимых соединений гумуса из перегнойно-аккумулятивного горизонта песчаной почвы, в результате чего в нем начинают доминировать гуминовые кислоты 1-й фракции, являющиеся в дерново-подзолистых почвах наименее растворимыми (Пономарева В.В., Плотникова Т.Д., 1980). На долю нерастворимого остатка приходится 58.1% общего содержания углерода.

Вовлечение почвы в культуру сопровождается позитивными изменениями состава гумуса. Суммарная доля гуминовых кислот увеличивается с 23.2 до 30%. В составе гуминовых кислот появляется 2-я фракция, что является характерной особенностью хорошо окульту ренных, богатых основаниями почв. Отношение Сгк:Сфк составляет 1.27.

На стадии высокой окультуренности почвы подзолообразователь-ный процесс не устраняете^ на что указывает наличие в составе гумуса значительного количества "агрессивных" фракций ФК 1а+1 (14% от общего содержания С почвы).

При окультуривании оптическая плотность гуминовых кислот первой фракции изменяется незначительно: в целинной: Есмг/мл=4, в хорошо окультуренной: Есмг/мл=6. Следовательно, даже при высоком уровне агротехники ведущим фактором формирования гуминовых кислот является биоклиматический.

Таблица 2

Фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистых глееватых песчаных почв (над чертой - С. % к почве, под чертой - С. % к общему С почвы)

Угодье Го- Со- Фракции гуминовых ки- Фракции фульвокислот гк НО ГК

ри- де- слот + ФК

зонт. ржа- ФК

глу- ние

бина. С"общ 1 2 3 сум- 1+1а 2 3 сумма

см % ма

Лес А, 4.15 0.77 0 0.19 0.96 0.56 0.17 0.05 0.78 1.74 2.41 1.23

5-15 18.6 4.6 23.2 13.5 4.1 1.2 18.8 42.0 58.0

Пашня А пах 2.20 0.37 0.10 0.19 0.66 0.31 0.10 0.11 0.52 1.18 1.02 1.27

хорошо окуль- 0-25 16.8 4.5 8.7 30.0 14.1 4.5 5.0 23.6 53.6 46.4

ту-ренная

Пашня Апах. 1.71 0.34 0.12 0.17 0.63 0.35 0.06 0.02 0.43 1.06 0.65 1.46

экстенсивно 19.9 7.0 9.9 36.8 20.5 3.5 1.2 25.2 62.0 38.0

используемая

А, 2.07 0.28 0.10 0.09 0.47 0.33 0.12 0.04 0.49 0.96 1.11 0.96

Залежь 3-15 13.5 4.7 4.3 22.5 15.9 5.8 1.7 23.4 45.9 54.1

А, (2) 1.08 0.23 0.06 0.07 0.36 0.24 0.12 0.04 0.40 0.76 0.32 0.90

15-26 21.2 6.0 6.6 33.8 22.5 11.3 3.4 37.2 71.0 29.0

НСР0, 0 324 0 055 0 007 0 028 0 035 0 026 0.031 0012 0 044 - 0 080 -

НСРо 5 подсчитана для С, % к почве

При ослаблении антропогенного воздействия в составе ФК возрастает относительная доля "агрессивных" фракций (20.5% от общего С почвы), усиливается гидролизуемость гумуса, ухудшается его качественный состав. Есмг/мл величины ГК-1 и ГК-2 в экстенсивно используемой почве уменьшаются, по сравнению с хорошо окультуренной, с 6 до 4 и с 10 до 8 ед. соответственно. Оптическая плотность ГК-1 экстенсивно используемой почвы начинает соответствовать оптической плотности ГК-1 целинной почвы.

Двадцатилетнее произрастание на почве суходольной травянистой растительности не устраняет зональные черты гумусообразования. В составе гуминовых кислот верхнего подгоризонта гумусово-аккумулятивного слоя залежной почвы доминирует 1-я фракция (13.5% от общего содержания С соответственно). Доля ГК-2 и ГК-3 в сумме составляет 9% от общего содержания С почвы. Существенного возрастания абсолютного содержания "агрессивных" фракций фуль-вокислот в верхнем подгоризонте залежной почвы, по сравнению с хорошо окультуренной, не установлено. Индекс оптической плотности равен: ГК-1 - 5 ед., ГК-2 - 8 ед. Можно констатировать сдерживающее влияние многолетних трав на процессы подзолообразования в верхнем слое гумусово-аккумуляхивного горизонта залежи.

Содержание гумуса в нижнем подгоризонте бывшего однородного пахотного слоя залежной почвы уменьшается в 2 раза. В составе гумуса выявлено также почти двукратное снижение содержания нерастворимого остатка и возрастание в составе растворимой части гумуса доли ФК "агрессивных" фракций, способствующих усилению подзолообразования в данной части профиля. Морфологически это диагностируется наличием в зонах элювиирования отбеленных кварцевых зерен. Величины оптической плотности гуминовых кислот составили: ГК-1 - 4 ед., ГК-2 - 7 ед. Есмг/мл величина ГК-1 нижнего подгоризонта бывшего однородного пахотного слоя начинает соответствовать оптической плотности ГК-1 целинной почвы.

Следовательно, современный процесс почвообразования в залежной почве характеризуется, прежде всего, деградацией нижней части бывшего однородного пахотного слоя по глубине залегания соответствующего местонахождению переходного горизонта целинной почвы. Строение профиля, нарушенное обработками, постепенно восстанавливается.

3.3. Изменение лабильной части гумуса при окультуривании и прекращении активного антропогенного воздействия

Весь почвенный гумус принято разделять на лабильную и устойчивую части, роль которых в почвенном плодородии различна.

Тесная связь между содержанием лабильных форм гумуса и эффективным плодородием выявлена в работах Дьяконовой с соав., 1987; В.П. Воробьевым, 1990; Т.Н. Мининой, 1992; Л.Г. Бакиной с соав., 1997 и др.

Количество водорастворимых органических веществ в почве под лесом составляет 32 мг/100 г почвы (табл.3). Существенного возрастания концентрации этой группы гумусовых веществ в хорошо окультуренной почве не выявлено, что, по-видимому, связано с активной работой дренажной системы в мае месяце. Как снижение, так и прекращение активного антропогенного воздействия способствует уменьшению содержания водорастворимых органических веществ в почвах.

Содержание гумусовых веществ, извлекаемых нейтральным раствором пирофосфата натрия и 0.1М NaOH (рН 10), в лесной почве составляет соответственно 11.0 и 1.2% от общего С почвы. В составе гумуса доминируют фульвокислоты. Доля гуминовых кислот: 2.8 и 0.3%. В хорошо окультуренной почве содержание этих групп гумусовых кислот возрастает до 20.7 и 2.2% соответственно. Выведение почвы из хозяйственного оборота сопровождается уменьшением выхода С, экстрагируемого 0.1MNa4P2O7(pH 7) и O.IMNaOH (рН 10).

Следовательно, как снижение уровня активного антропогенного воздействия, так и его прекращение приводит к падению эффективного плодородия почв.

В четвертой фракции, экстрагируемой смесью 0.1 М NaOH + 0.1 Na^Oy (рН 12), сосредоточены гумусовые вещества прочно связанные с минеральной частью почвы. Из гумусово-аккумулятивных горизонтов лесной и залежной почв было извлечено минимальное количество данной группы гумусовых веществ, из пахотных почв их выход достоверно возрастал.

Есмг 1 величины различных групп гумуса, извлекаемых возрастающими по степени "жесткости" реагентами в сравниваемых почвах, существенно различаются. При экстенсивном и залежном использовании оптические свойства лабильной части гумуса и гумуса прочно связанного с минеральной частью почв ухудшаются.

Изменение содержания и состава лабильной части гумусовых веществ при различном хозяйственном использовании дерново-подзолистой песчаной почвы

Угодье С общ., С водн., С общ., Сгк Сфк Сгк г: мг/мл ь С

% мг/100 г % Сфк

почвы % от С общ.

0.1М ^4Р207(рН 7)

Лес 4.10 32.0 11.0 2.8 8.2 0.34 6.5

Пашня окультуренная 2.20 34.0 20.7 5.0 15.7 0.31 10.9

Пашня экстенсивно используемая 1.71 28.6 18.3 6.3 12.0 0.52 5.0

Залежь 2.07 17.1 16.8 7.3 9.5 0.77 4.0

НСР 0 5 - 4.64 2.35 1.53 3.00 - 0.54

0.1М N8011 (рН 10)

Лес - - 1.2 0.3 0.9 0.33 5.0

Пашня окультуренная - - 2.2 0,7 1.5 0,46 9.7

Пашня экстенсивно используемая - - 1.8 0,6 1.2 0.50 7.0

Залежь - - 1.7 0.5 1.2 0.41 6.0

НСР05 - 0.092 - - - 0.450

О.Ш ^ОН + 0.1 М ^4Р207 (рН 12)

Лес - - 3.2 0.8 2.4 0.33 8.8

Пашня окультуренная - - 12.0 4.2 7.8 0.54 11.3

Пашня экстенсивно используемая - - 13.2 7.3 5.9 1.23 11.6

Залежь - - 8.6 1.7 6.9 0.25 8.1

НСР 0 5 - 0.75 0.56 0.82 0.72

Глава 4. Изменение минералогического состава тонкодисперсных фракций дерново-подзолистой глееватой песчаной почвы при интенсивном окультуривании

Предколлоидная фракция. Целинная почва

Состав глинистых минералов в почвах таежно-лесной зоны не остается постоянным по профилю, что связано с характером почвообразовательного процесса (Градусов Б.П., 1980).

В составе глинистых минералов пред коллоид ной фракции гор. С дерново-подзолистой глееватой песчаной почвы обнаружены каолинит, иллиты с разбухающими пакетами и иллиты с хлоритовыми пакетами. В качестве сопутствующих - кварц и полевые шпаты (табл.4).

По всему профилю целинной почвы (за исключением гор. С) в составе предколлоидных частиц выявлено наличие вермикулита. Появление этого минерала связано с трансформационными изменениями иллитов. Процесс деградации иллитов сопровождается выщелачиванием калия, в результате чего происходит расширение межплоскостного расстояния с 10 до 14 A (Rich, 1968).

Наиболее интенсивно процесс деградации иллитовых минералов протекает в переходном горизонте А.\к2, что согласуется с основной концепцией подзолообразования и диагностируется по максимальному содержанию вермикулита в данном слое почвы. Дальнейшее преобразование вермикулита идет по пути потери заряда в силикатном слое и вермикулит трансформируется в монтмориллонит (Jackson, 1965). Наличие данного минерала в профиле приурочено к переходному горизонту. Это свидетельствует о глубокой трансформации глинистых минералов в переходном AjA2 горизонте, на поздних стадиях которой появляется монтмориллонит.

Образование хлорита, обнаруженного в перегнойном горизонте целинной почвы, связывают с внедрением в межплоскостные расстояния монтмориллонита и вермикулита гидрооксидов алюминия и железа.

Проведенные исследования позволяют предположить следующий ряд трансформационных изменений глинистых минералов предкол-лоидной фракции целинной песчаной почвы: "иллит —> вермикулит (монтмориллонит) —» хлорит через стадию смешаннослойных минералов".

Пахотная хорошо окультуренная почва

Предколлоидная фракция пахотного горизонта хорошо окультуренной почвы дает на рентгенограммах отражения, характерные для

Минералогический состав предколлоидной фракции дерново-подзолистых глееватых песчаных почв

Генетический Ил- Монт- Вер- Хло- Као- Кварц По- Смешаннослойные минералы

горизонт, литы морил- ми- рит ли- ле- иллиты иллиты хлорит

глубина, см лонит кулит нит вые шпаты с разбухающими пакетами с хлоритовыми пакетами

Дерново-подзолистая глееватая песчаная целинная почва

А, 5-15 4 - + + + + + + + -

А,А215-26 + ++ 4-4- - + + + + 4 -

В 50-60 + 7 + - + + + + - +

сй 4-4- - - - + + + + - -

Дерново-подзолистая глееватая песчаная хорошо окультуренная почва

А пах. 0-25 + - + + + + + + 4 -

А,А2 38-41 ++ +++ + о + + + + + -

В 50-60 + - + - + + + + + -

++ - - + + + + + -

Примечание: - минерал отсутствует; + малое содержание минерала; ++ среднее содержание минерала; +++ высокое содержание минерала; ? -недостоверное определение минерала.

иллита, вермикулита, хлорита, смешаннослойных минералов. В нижележащих горизонтах обнаружена сходная ассоциация минералов.

Принимая во внимание одинаковый набор минералов, а также близкие условия почвообразования^ можно сделать заключение об идентичной схеме трансформационных изменений глинистых минералов в сравниваемых почвах.

Коллоидная фракция. Целинная почва

В составе коллоидной фракции перегнойно-аккумулятивного горизонта целинной почвы присутствуют: иллиты, каолинит, смешан-нослойные минералы и примесь кварца.

Для коллоидной фракции верхних горизонтов целинной глееватой песчаной почвы характерно снижение степени кристалличности глинистых минералов и увеличение количества аморфных веществ. Преимущественному распаду подвергаются разбухающие минералы, в меньшей степени иллиты. Количество последних постоянно пополняется за счет дробления иллитов более крупных фракций.

Следовательно, основным механизмом превращений глинистого материала коллоидов целинной лесной почвы является их растворение под действием специфических и неспецифических соединений кислотной природы.

Трансформационные изменения слюдистого материала коллоидов целинной лесной почвы задерживаются на стадии: иллиты - иллиты с монтмориллонитовыми пакетами, имеющими в элювиальных горизонтах более низкую степень кристалличности.

Пахотная хорошо окультуренная почва

Рентгенограммы коллоидных фракций песчаной глееватой пахотной почвы практически идентичны рентгенограммам целинной почвы. В исходном образце пахотного горизонта обнаружены: иллиты, каолинит, смешаннослойные минералы. Сопутствует кварц. Состав минералов мало изменяется по профилю.

Сходный характер рентгенограмм пахотной и целинной почвы дает основание сделать заключение об одинаковой направленности трансформационных изменений глинистых минералов в сравниваемых почвах.

Глава 5. Содержание и формы соединений калия в дерново-подзолистой глееватой песчаной почве при окультуривании и прекращении активного антропогенного воздействия

Исследования, посвященные изменению содержания и форм соединений калия при окультуривании, в разные годы проводились В.М.

Прокошевым (1952), В.У. Пчелкиным (1966), A.A. Коротковым с соав. (1980), Л.М. Жуковым с соав. (1995), Т.А. Соколовой с соав. (1999), В.Н. Якименко с соав. (2003) и др.

Развитие природных процессов в лесных экосистемах обеспечивает бездефицитный баланс питательных элементов (в том числе и калия), без чего невозможно было бы их длительное существование. При этом для каждой конкретной почвы складывается оптимальное и устойчивое соотношение между различными формами калия (Якименко В.Н., 1995).

Максимальное содержание водорастворимых, обменных (табл. 5) и необменных форм калия в профиле целинной почвы приурочено к лесной подстилке. При переходе к гумусово-аккумулятивному горизонту содержание всех форм соединений калия падает. Отношение содержания необменного калия к обменному в перегнойном горизонте составляет величину, равную 10.

Запасы различных соединений калия в целинной почве составили: водорастворимый калий - 17, обменный - 24, необменный - 36 кг/га.

Принятый в 70-80 годы прошлого века уровень агротехники обеспечивал положительный баланс всех форм соединений калия в дерново-подзолистой глееватой песчаной почве. Запасы различных форм калия в слое 5-30 см хорошо окультуренной почвы составили: водорастворимый калий - 107, обменный - 464, необменный - 810 кг/га. Согласно существующей градации обеспеченности обменным калием почва в 1980 году относилась к категории средне-, высокообеспеченных (Аринушкина Е.В, 1970).

Отношение необменных к обменным формам калия в пахотном слое окультуренной почвы составляет 1.6, что свидетельствует о преимущественном накоплении обменного (доступного) для растений калия при окультуривании.

Деградация калийной составляющей почвенного плодородия при ослаблении антропогенного воздействия протекает значительными темпами. Снижается концентрация всех форм соединений калия. Уменьшаются их запасы, подсчитанные для слоя 5-30 см: водорастворимые формы- 72, обменные - 250 и необменные - 598 кг/га. Однако, несмотря на существенное снижение содержания и запасов калия, экстенсивно используемая почва продолжает относится к категории обеспеченных этим элементом питания (Небольсин А.Н. с соав., 1997).

Таблица 5

Содержание и распределение обменного калия в профиле дерново-подзолистых глееватых песчаных почв, мг/100 г почвы

Дерново-подзолистая глее-ватая песчаная целинная почва Дерново-подзолистая глее-ватая песчаная хорошо окультуренная почва Дерново-подзолистая глее-ватая песчаная экстенсивно используемая почва Дерново-подзолистая глее-ватая песчаная залежная почва

Горизонт Глубина, см Обменный калий Горизонт Глубина. см Обменный калий Горизонт Глубина, см Обменный калий Горизонт Глубина, см Обменный калий

А0 0-5 24.6 ±3.55 А пах 0-25 21.0 ±3.44 Апах 0-26 10.0 ±0.12 Ад. 0-3 3.5 ± 0.44

А, 5-15 1.0 ±0.02 А, 25-38 8.0 ± 1.22 А1 26-37 4.8 ±0.35 А, 3-15 3.7 ± 0.38

А|А2 15-26 0.6 ±0.01 А1А2 38-41 9.3 ± 1.45 а,а2 37-41 1.8 ±0.22 А,(2) 15-26 1.3 ±0.06

В, 26-46 1.0 ±0.08 а2 41-44 3.7 ± 0.44 а2 41-46 1.7 ±0.12 А2В 26-33 1.7 ±0.08

в2 46-88 2.2 ± 0.43 вь 44-60 1.0 ±0.12 вь 46-66 1.2 ± 0.12 В, 33-53 1.8 ±0.07

Cg 88-125 2.1 ±0.25 ВГе 60-80 1.0 ±0.09 Bfe 66-79 0.8 ± 0.07 53100 1.6 ±0.04

всё 80100 1.6 ± 0.14 всЕ 79108 1.8 ±0.21 Сё 110120 3.0 ± 0.12

Сё 100130 1.8 ±0.14 Сё ниже 108 не о пр. 96120

s

Отношение необменного калия к обменному при экстенсивном способе ведения хозяйствования расширяется, составляя 2.3.

Залежное использование почвы без удобрений в течение 20 лет также приводит к падению содержания всех изученных форм калия. Наибольшие потери отмечаются для водорастворимых (в 7.3 раза) и обменных форм этого элемента (в 6 раз) по сравнению с хорошо окультуренной почвой. Запасы калия для слоя 5-30 см составили: водорастворимые формы - 16, обменные - 74, необменные - 535 кг/га. По сравнению с экстенсивно используемой, в залежной почве еще больше расширяется отношение необменного калия к обменному: 4.7. Вероятно, вытеснение луговых сообществ лесным биоценозом, по мере увеличения срока нахождения почвы в залежи, будет сопровождаться постепенным восстановлением естественных пропорций между различными формами калия.

Таким образом, экстенсивное и залежное использование хорошо окультуренной глееватой песчаной почвы приводит к утрате положительных свойств, достигнутых в результате окультуривания. При повторном распахивании залежной почвы первоочередным мероприятием для восстановления почвенного плодородия должно стать улучшение калийного состояния.

В целом, проведённые исследования позволяют сделать следующее заключение. Ухудшение отдельных параметров почвенного плодородия при ослаблении и прекращении активного антропогенного воздействия протекает с различной интенсивностью, образуя следующий по скорости убывания ряд: содержание и запасы различных форм соединений калия > кислотно-основные свойства > содержание гумуса > состав гумуса. На сегодняшний день гумусное состояние, кислотно-основные свойства почв остаются благоприятными для получения нормальных урожаев большинства культур.

ЧАСТЬП

Процессы деградации почв аридных регионов в условиях длительного техногенного воздействия Глава 6. Динамика содержания и распределения подвижных соединений серы и водорастворимого фтора в профиле сероземно-оазисных почв

6.1. Общая характеристика Самаркандского химического завода

Самаркандский химический завод (СХЗ) был введен в эксплуата-

цию в 1954 году. До 1977 года выпускал простой суперфосфат. Затем был перепрофилирован на выпуск аммофоса. На момент начала исследований СХЗ - крупный промышленный гигант, на территории промплощадки которого было сосредоточено 3 цеха по производству концентрированной серной кислоты, 3 цеха по производству аммофоса и 2 цеха, выпускающих экстракционную фосфорную кислоту.

В составе выбросов присутствуют серная кислота, сернистые и фтористые соединения, твердые пылевидные материалы, газовые фракции. Общее количество выбросов с 1977 по 1992 годы составило 555322.4 т. В том числе: твердых выбросов 363772.7 т, жидких и газообразных 191549.7 т.

Выбросы диоксида серы в годы наблюдений составили: 1990 г -2495.8, 1991 г -1125.0, за 6 месяцев 1992 года - 500.0 тонн.

В атмосферу вблизи Самаркандского химического завода фтор поступает в составе твердых частиц различной растворимости (Литви-нович A.B. с соав., 1995). Общее количество выбросов фтористых соединений в годы наблюдений составило (т): 1990 г - 1997.2: 1991 г -857.3.

Различия в количестве аэротехногенного вещества, отходящего от труб предприятия в годы наблюдений (1990-1992 гг.), объясняются не стабильным режимом работы комбината с конца 1990 года и связаны с общественно-экономическими факторами.

Анализ техногенной пыли, отходящей от предприятия, кроме того, показал, что в составе твердых пылевидных материалах присутствуют все изучаемые металлы. Их концентрация не велика и колеблется в пределах (мг/кг): Ni - 21.8-27.0; Cr - 37.5-44.5; Си - 21.5-22.5; Со -6.5-10.3; Zn - 53.0-91.3; Мп - 150-650; РЬ - 27.0-71.5. Всего за период с 1977 по 1990 гг. в атмосферу от источников выбросов поступило (в тоннах): марганца - 221.1; меди - 12.2; цинка - 33.9; хрома - 23.0; никеля - 13.6; кобальта - 4.7; свинца - 13.3.

Суммарные масштабы выбросов серы и фтора за сорокалетнюю работу предприятия следует оценить как весьма значительные, способные оказать существенное негативное влияние на компоненты аг-роценозов.

6.2. Динамика содержания и распределения подвижной серы

Предприятия по переработке фосфатного сырья являются одним из приоритетных загрязнителей атмосферы соединениями серы (Ки-

слотные дожди, 1990).

Запасы серы в 0-50 см слое незагрязненной почвы в годы наблюдений колебались от 32.5 до 42.4 кг/га.

Содержание и запасы серы в профиле почв, испытывающих техногенную нагрузку, зависели от режима работы предприятия и их удаления от источника загрязнения. Максимальная концентрация серы в начальный период наблюдений (весна 1990) характерна для 0-30 см слоя почвы, прилегающей к комбинату (290 мг/кг массы почвы). В почвах, удаленных от источника загрязнения на расстояние 5 и 10 км, содержание серы в культивируемом слое снижалось соответственно в 8.8 и 19.5 раза.

Распределение подвижной серы в профиле почв техногенной зоны было обусловлено складывающимся соотношением противоположно направленных процессов: аккумуляции, под действием оседающих на почвенную поверхность серусодержащих соединений, а также поступлением в почвы с удобрениями, и их миграции с просачивающейся влагой атмосферных осадков и поливной влагой. В зимне-весенний период 1990 года вблизи предприятия (0.6 км) аккумуляция преобладает, а содержание серы в профиле постепенно убывает с глубиной. При удалении от источника загрязнения на 5 и 10 км объем оседающей на почвенную поверхность техногенных соединений серы ниже, чем вымывание влагой атмосферных осадков. Доминирует миграция, а распределение серы в профиле носит элювиально-иллювиальный характер. В летний период времени при орошении хлопчатника во всех пахотных почвах вне зависимости от их расположения к источнику загрязнения доминировала миграция. Так, запасы серы к осени 1990 года в почве у предприятия снизились в слое 0-50 см с 2075 до 575 кг/га. За год с октября 1990 по октябрь 1991 года в почве, испытывающей максимальную техногенную нагрузку (0.6 км от предприятия), они снизились с 4160 до 1528 кг/га.

Интенсивное выщелачивание растворимых техногенных продуктов - следствие завышения поливных норм при орошении хлопчатника, что дало основание A.A. Роде (1965) классифицировать водный режим древнеорошаемых почв как ирригационный, для которого характерно многократное промачивание за сезон почвенно-грунтовой толщи до уровня залегания грунтовых вод.

Динамика концентрации серы в питьевых колодцах, расположенных на расстоянии 5 и 10 км от труб предприятия, указывает на несо-

мненную связь между объемом поступающих в атмосферу соединений серы и ее содержанием в источниках питьевого водоснабжения (табл. 6). Содержание серы в водах тем выше, чем ближе к заводу расположена скважина. Однако превышения уровня предельно допустимой концентрации серы в питьевых скважинах за весь срок изучения выявлено не было. Последнее обстоятельство указывает на активное водозамещение грунтовых вод и быструю их обновляемость.

Таблица 6

Динамика содержания серы в питьевых колодцах, мг/литр

Расстояние от завода, км 1990 г. 1991 г. 1992 г.

осень весна осень весна осень

5 300 273 200 156 145

10 86 84 72 68 64

Таким образом, интенсивное промывание почвенного профиля при орошении способствует активной вертикальной миграции подвижных соединений серы, препятствуя накоплению в профиле почв промышленной зоны токсичных соединений техногенной природы.

При бороздковом способе полива имеет место и поверхностный смыв растворимых техногенных соединений. Так, поступающая для полива вода на поле, расположенном на расстоянии 3 км от предприятия, содержала 32 мг/литр SO{2 тогда как стекающая - 58 мг/л.

6.3. Динамика содержания и распределения водорастворимых соединений фтора

Предприятия по производству фосфорсодержащих удобрений являются одним из основных источников техногенного загрязнения фтором объектов природной среды. Подсчитано, что при переработке 30 млн. тонн фосфатных концентратов и руд ежегодно химически активизируется 1 млн. тонн фтора (Халитов А.Х. с соав., 1980).

Концентрация водорастворимого фтора в пахотном слое почвы контрольного варианта за весь период наблюдений колебалась незначительно и составляла 2.0-2.8 мг/кг массы воздушно-сухой почвы. Существенного накопления токсиканта в подпахотном слое почвы не установлено (табл. 7).

Анализ данных содержания и распределения фтора в почвах техногенной зоны позволил установить следующее:

- чем ближе к источнику загрязнения расположен участок, тем выше концентрация фтора. Выявленные отличия сохраняются в течение всего периода наблюдений;

- в отдельные сроки наблюдений в непосредственной близости от предприятия (0.6 км) уровень загрязнения почвы превышал ПДК;

- содержание фтора в 0-30 см слое пахотной и залежной почв, расположенных у предприятия, существенно различалось. В течение всего периода эксперимента пахотная почва содержала больше фтора, чем залежная.

Это вызвано дополнительным поступлением водорастворимого фтора в пахотную почву в составе удобрений. Следовательно, при установлении уровня техногенного загрязнения пахотных почв, расположенных в промышленной зоне, необходимо вычленять загрязнение, вызванное использованием удобрений (Литвинович A.B., 1992).

Таблица 7

Содержание водорастворимого фтора в сероземно-оазисных почвах, мг/кг воздушно-сухой почвы

Глубина отбора проб, см 1990 год 1991 год 1992 год

весна осень весна осень весна

0.6 км от завода (пашня)

0-30 6.1 10.2 11.0 9.8 8.8

60-70 8.1 8.9 4.2 11.7 10.0

0.6 км от завода (залежь)

0-30 3.1 5.7 5.5 3.8 2.4

60-70 21.6 10.8 8.9 4.7 5.3

5 км от завода (пашня)

0-30 4.6 5.5 5.1 4.3 2.6

60-70 1.8 4.2 4.7 2.7 1.4

5 км от завода (пашня)

0-30 1.1 2.2 2.8 1.8 2.1

60-70 0.6 2.5 3.9 0.9 3.8

Контроль (пашня)

0-30 не опр. 2.1 2.0 2.2 2.8

60-70 не опр. 2.8 4.5 1.7 2.6

Среди процессов, препятствующих накоплению фтора в пахотных почвах техногенной зоны, следует указать на смыв в процессе полива по бороздам и активную вертикальную миграцию.

Так, поступающая для полива по бороздам вода на поле у предприятия (0.6 км) содержала 0.4 мг/литр фтора, а стекающая - 0.8 мг/литр.

Сезонные колебания в содержании фтора в питьевых скважинах на расстоянии 5 и 10 км от источника загрязнения указывают на активную вертикальную миграцию этого токсиканта. В отдельные сроки наблюдений уровень содержания фтора в питьевых колодцах превышал ПДК.

Таким образом, динамику содержания и распределения в профиле почв техногенной зоны водорастворимого фтора определяет протекание противоположно направленных процессов. Аккумуляция вызвана оседанием на почвенную поверхность частиц техногенной природы, содержащих фтор, и внесением фторсодержащих фосфорных удобрений. К снижению содержания водорастворимого фтора в почвах приводит перемещение фтора в нижележащие горизонты под действием просачивающейся влаги, смыв в процессе полива по бороздам, связывание в составе труднорастворимых соединений в результате химических реакций, протекающих в почвах, и поглощение растениями.

Глава 7. Содержание и распределение тяжелых металлов и стронция в почвах

Серозем но-оазисные почвы характеризуются повышенной концентрацией меди, цинка и свинца, по сравнению с кларковым содержанием, пониженной концентрацией стронция, хрома и марганца. Концентрация кобальта и никеля приближается к кларковому содержанию (Нарбутаев А.К. с соав., 1987; Литвинович A.B. с соав. 1999).

При изучении почв промышленной зоны ни для одного из изучаемых элементов двукратного превышения концентрации, по сравнению с контрольной почвой или материнской породой, выявлено не было.

Очевидно, при сопоставимых концентрациях металлов в почвах и выбросах, смешение даже больших объемов техногенной пыли с почвами не вызывает сколько-нибудь заметного увеличения их содержания (Сает Ю.Е., 1989).

Коэффициенты вариации содержания кислоторастворимых соединений тяжелых металлов в почвах промышленной зоны укладывались в интервал низких и средних значений, что также позволяет сделать заключение о слабом уровне воздействия комбината на загрязнение почв металлами, что подтверждается результатами опытов Л.В. Але-

Щукина (1980).

Следовательно, сорокалетняя эксплуатация комбината не привела к загрязнению почв промышленной зоны тяжелыми металлами.

Глава 8. Влияние промышленного загрязнения на микробиологическую активность и гумусовое состояние почв

8.1. Микробиологическая активность почв

Микроорганизмы представляют собой весьма динамичную часть биоценоза вследствие их физиологического и функционального разнообразия, а также выполняемых биохимических функций, что проявляется в ярко выраженной отзывчивости на изменение внешних условий.

Отрицательное влияние химического комбината на активность микробиологических процессов ощущается в 15 километровой зоне (табл. 8). Численность грибов увеличивается только на расстоянии 20 км от комбината.

Численность бактерий, потребляющих органические формы азота и растущих на мясо-пептонном агаре, была в десятки раз меньше, чем обычно в таких почвах. Удаленность от завода на их количестве не сказалась.

Численность бактерий, потребляющих минеральные формы азота и растущих на крахмало-аммиачном агаре, возрастала с удаленностью о г источника загрязнения. Это сказалось на коэффициенте минерализации органического вещества (табл. 8).

Таблица 8.

Активность почвенно-микробиологических процессов в сероземно-

оазисных почвах

Расстояние от Энергия нитра- Активность раз- Коэффициент

комбината, км тонакопления, ложения целлю- минерализации

мг/100 г лозы, % органического вещества

0.6 9.6 3.2 1.7

5 9.3 6.4 1.6

10 9.5 9.7 3.6

15 9.3 9.7 3.4

20 (контроль) 14.3 -12Л 3.9

| РФС. НАЦИОНАЛЬНА; I библиотека I С. Петербург » О» Я* акт 1 1 • е

Негативное влияние комбината на численность актиномицетов и целлюлозоразрушающих микроорганизмов уменьшалось только на расстоянии 20 км от предприятия, где их количество возрастало соответственно в 2-3 и 6-30 раз.

Ингибирование процесса разложения целлюлозы и нитратонакоп-ления заметно ослабевало только на расстоянии 20 км.

Следовательно, техногенное воздействие отрицательно сказалось на численности и функционировании микробоценозов. В почвах промышленной зоны снижается обилие всех изученных групп микроорганизмов и подавляется интенсивность проводимых ими процессов (трансформации органических веществ, соединений азота и т.д.). Полученные данные свидетельствуют о деградации биологических свойств сероземно - оазисных почв под действием промышленного загрязнения.

8.2. Содержание и запасы гумуса

Исследованиями гумусного состояния древнеорошаемых почв в разные годы занимались М.М. Кононова, 1930; М.А. Орлов, 1937; А.Н. Розанов, 1951; Е.П. Лагунова, 1963; В.А. Молодцов, 1963; Н.Г. Минашина, 1974; Т.М. Барсегян,1988; М.П. Аранбаев,1984, 2000 и др., A.B. Литвинович с соав., 2003. Показано, что для орошаемых почв пустынно-степной зоны характерно низкое содержание гумуса.

Результаты проведённого изучения свидетельствуют, что содержание гумуса в почвах индустриальной зоны зависит от удалённости источника загрязнения. Минимальные величины характерны для участка, граничащего с заводом (0.6 км), максимальное для массива, удаленного от комбината на 10 км. При этом содержание гумуса в почве вблизи предприятия было почти в 2 раза ниже, чем на расстоянии 10 км (0.54 и 1.1% соответственно). Отрицательное влияние на процессы гумусообразования прослеживается в радиусе 5 км от комбината. Подобная закономерность сохраняется и при подсчете запасов гумуса для слоя 0-30 см (т/га): 0.6 км - 23.2; 5 км - 33.1; 10 км - 45.2; контроль - 42.8. Следовательно, 40-летняя эксплуатации предприятия негативно повлияла на процессы гумосообразования в сероземно-оазисных почвах.

8. .3. Групповой состав гумуса

Групповой состав гумуса сероземно-оазисных почв, находящихся в зоне выбросов предприятия, типичен для почв данного генезиса. В составе гумуса доминируют фульвокислоты. Выявлена очень сильная

закрепляемость гумуса минеральной частью почв. Доля нерастворимого остатка достигает 68.8-75.8%. Вероятно, существенную роль здесь играет состав глинистых минералов.

Сильное техногенное загрязнение изменяло соотношение СпсСфк в сторону увеличения доли фульвокислот в составе гумуса: 0.3 ед. в почве у предприятия и 0.4 ед. на расстоянии 5 и 10 км от завода. Это хорошо объясняется с позиций общей биотермодинамической теории гумификации Д.С. Орлова (1990), согласно которой любое подавление микробиологической активности вызывает изменение в составе гумуса в сторону увеличения его фульватности.

Таким образом, характерной особенностью состава гумуса почв, подвергающихся сильному техногенному воздействию, является уменьшение доли гуминовых кислот, что следует расценивать как негативное явление.

Глава 9*', Влияние промышленного загрязнения на растения хлопчатника

В настоящее время пагубное действие загрязнения атмосферы на различные компоненты растительности является общепризнанным, а в литературе накоплен определенный фактический материал, посвященный негативному влиянию выбросов предприятий на растения (Илькун Г.М, 1978; Ильин В.Б., 1985, 1991; Влияние атмосферного загрязнения..., 1990; Литвинович A.B. с соав., 1995, 1998; Раднаев А.Б., 2002.

Изучение показало, что выбросы комбината подавляют рост растений хлопчатника: 0.6 км - 63.7 см; 3 км - 64.8 см, 5 км - 70.1 см; 10 км -79.3 см; 15 км - 79.1 см; 20 км (контроль) - 76.5 см (НСР0 5 - 6.2 см). С удалением от предприятия прослеживается также тенденция увеличения числа коробочек на кусте: 0.6 км - 5; 3 км - 6; 5 км - 8; 10 км - 9 штук. Выход хлопка-сырца в промышленной зоне составил: 0.6 км - 20; 3 км - 21; 5 км - 28; 10 км - 26; 15 км - 26; 20 км - 27 ц/га (НСР05. - 2.5 ц/га).

Таким образом, отрицательное воздействие промышленного загрязнения, выражаемое в снижении выхода хлопка-сырца, проявляется в направлении господствующих ветров на расстоянии 3 км от источника эмиссии.

Визуальные наблюдения за растениями показали, что аэральное рассеивание продуктов техногенеза способствует механическому загрязнению листовых пластинок. При сжигании немытых листьев вы-

ход золы, по сравнению с отмытыми, был выше на 1.1 - 4.4 г/100 г сухой массы (5.3 - 25.6%).

Концентрация фтора в немытых и отмытых листьях хлопчатника по мере удаления от труб предприятия в направлении господствующих ветров уменьшалась и составила: 0.6 км - 70 (17.5); 3 км - 300 (72); 5 км - 50 (12); 7.5 км - 40 (12); 10 км - 23 (7); 12,5 км - 20 (5.2); 15 км - 21(4,8); 20 км - 18.5(4.2) 25 км - 12.2 (4.1); контроль - 6.8 мг/кг воздушно-сухой массы растений. В скобках - содержание фтора в обмытых листьях.

Полученные данные можно использовать для установления площади аэрального рассеивания продуктов техногенеза (рис.).

северо-зап;

запад I I I I

юго-запад

северо-восток

I I восток

юго-восток

Рис. Площадь аэрального распространения выбросов Самаркандского химического завода

Концентрация металлов в составе золы отмытых листьев хлопчатника находится в диапазоне естественных колебаний в незагрязненных растениях (Кабата-Пендиас, 1989), убывая в ряду: 8г>Ре>Мп>2п>РЬ>Си>№>Со>Сг. Выявленные концентрации не представляют угрозы для роста и развития хлопчатника.

Визуальные наблюдения за растениями выявили признаки хронического поражения хлопчатника диоксидом серы. Содержание серы в листьях хлопчатника в техногенной зоне, по сравнению с контролем,

достоверно выше на расстоянии 15 км от комбината. Наибольшее загрязнение наблюдалось в 3 километровой зоне. Накопление серы в листьях хлопчатника, по сравнению с корнями, было больше в 8.2 -14.4 раза. Это указывает на аэральный путь поступления токсиканта в растения.

Сильное техногенное воздействие вызывает нарушение притока калия к фотосинтезирующим клеткам. Максимальное накопление калия в корневой системе хлопчатника выявлено у растений, произрастающих вблизи завода (0.6 км). По мере удаления от источника выбросов концентрация этого элемента снижалась в корнях и возрастала в листьях растений. Коэффициент корреляции между этими показателями составил: г = - 0.66.

Концентрация магния в корнях и листьях растений промышленной зоны была достоверно выше на расстоянии 15 км от комбината. Значимые различия по содержанию кальция в корнях хлопчатника прослеживались при удалении от завода на 3 км, в листьях до 7.5 км.

Повышенное потребление щелочноземельных металлов растениями в зоне техногенного воздействия связано с важной ролью кальция и магния в нейтрализации токсичных продуктов превращения кислых газов: Н28, 502 (Илькун Г.Н., 1978 ). Коэффициенты корреляции между содержанием в листьях хлопчатника промышленной зоны серы и кальция составил: г = 0.88, серы и магния: г = 0.93. Вероятно, в основе газоустойчивости хлопчатника лежит его способность к активизации обменных процессов, позволяющая увеличивать концентрацию в тканях необходимых метаболитов в ответ на неблагоприятные условия произрастания.

Негативное влияние промышленного загрязнения на процессы синтеза белка в листьях хлопчатника прослеживалось на расстоянии 20 км от источника выбросов, позволяя судить об уровне техногенной нагрузки. Минимальное содержание белка было характерно для растений, выращенных в радиусе 3 км от предприятия (70 % от контрольного уровня). При удалении от источника выбросов на 15-20 км потери составили 6-7 % от уровня контроля.

Перегруппировки аминокислот в составе белка листьев растений техногенной зоны не произошло. Доля каждой аминокислоты в составе белка колебалась незначительно и не зависела от расстояния до предприятия.

Таким образом, промышленное загрязнение вызывает замедление

роста растений, изменение их химического состава, подавление синтеза белка, снижение продуктивности растений. Однако, даже в зоне сильного техногенного воздействия (3 км от завода) удаётся получить приемлемый с экономической точки зрения урожай хлопка-сырца, что делает возможным возделывание хлопчатника в непосредственной близости от предприятий туковой промышленности. ВЫВОДЫ

1. Строение профиля целинной лесной почвы обусловлено сопряженным протеканием дернового и подзолистого процессов. Мелиоративное освоение и окультуривание приводит к формированию мощного и однородного пахотного слоя. В пахотных почвах подзолообразование не устраняется, на месте бывшего горизонта В обособляются переходный и подзолистый горизонты. При прекращении антропогенного воздействия строение почвенного профиля тяготеет к исходному генетическому состоянию.

2. Профиль целинной лесной почвы дифференцирован по величине объемной массы. В пахотных почвах мощность слоя с оптимальными величинами объемной массы возрастает, но они сохраняют выраженную дифференциацию профиля по плотности сложения. При выведении почвы из хозяйственного оборота, измененная обработками плотность горизонтов, постепенно восстанавливается, составляя на глубине 15-26 см как в лесной, так и в залежной почвах -1.21 г/см3.

3. Полугидроморфные песчаные почвы обладают незначительным содержанием илистой фракции. Запасы илистой фракции в хорошо окультуренной почве, по сравнению с целинной, уменьшаются в слое 5-30 см с 92.1 до 87.6 т/га. При ослаблении антропогенного воздействия процессы разрушения и выноса ила еще более усиливаются. Многолетнее произрастание травянистой растительности оказывает сдерживающее влияние на процесс подзолообразования, но полностью не устраняет его течения.

4. Исходная глееватая песчаная почва относится к категории сильнокислых почв. Систематическое известкование окультуренной почвы приводит к снижению всех форм почвенной кислотности и уменьшению содержания обменного алюминия. В составе почвенного поглощающего комплекса концентрация обменных катионов кальция и магния возрастает в 16.4 и 30 раз соответственно. Оптимизируется соотношение обменных катионов. Положительные изменения кислотно-основных свойств, вызванные окультуриванием, при снижении уровня

антропогенной нагрузки и выведении почвы из хозяйственного оборота постепенно ухудшаются. Однако спустя 20 лет после снижения и прекращения активного антропогенного воздействия по содержанию обменных катионов кальция и магния как залежная, так и экстенсивно используемая почвы продолжают относится к категории обеспеченных.

5. Изменения глинистых минералов пред коллоидных фракций целинной и пахотной дерново-подзолистых глееватых песчаных почв связаны с характером и интенсивностью почвообразовательного процесса. Наиболее существенной стороной этого процесса является трансформация унаследованных от породы слоистых силикатов. В дерново-подзолистых глееватых песчаных почвах происходит деградация слюдистого материала предколлоидов. Характерной схемой трансформационных изменений является: иллит —> вермикулит (монтмориллонит) —» хлорит через стадию смешаннослойных образований. Основным механизмом превращений глинистого материала коллоидов является их растворение под действием продуктов кислотной природы.

6. Целинная песчаная почва характеризуется высоким содержанием гумуса, который сосредоточен в незначительном по мощности слое. На стадии хорошей окультуренности запасы гумуса в 0-20 см слое пахотной почвы не уступают его запасам в равном по мощности слое целинной почвы. Ослабление антропогенного воздействия приводит к дегумификации почвы. За 20 летний период потери гумуса составили приблизительно 20% от исходного содержания. Содержание гумуса в верхнем слое перегнойного горизонта залежной почвы не уступает его содержанию в пахотном слое хорошо окультуренной почвы. В нижнем подгоризонте содержание гумуса снижается в два раза.

7. Положительные изменения фракционно-группового состава гумуса на стадии высокой окультуренности сводятся к возрастанию доли ГК, появлению в составе гуминовых кислот второй фракции, формированию более конденсированных молекул гуминовых кислот. Как ослабление, так и прекращение активного антропогенного воздействия приводит к негативным изменениям состава гумуса. Ухудшается качество гуминовых кислот, возрастает содержание фульвокислот "агрессивных" фракций. В залежной почве эти процессы приурочены преимущественно к нижней части бывшего пахотного слоя.

8. На стадии высокой окультуренности в дерново-подзолистой

глееватой песчаной почве увеличивается содержание лабильных гумусовых веществ, извлекаемых 0.1 М №4Р207 (рН 7) и 0.1 М №ОН (рН 10). В их составе возрастает доля гуминовых кислот. При ослаблении и прекращении производственного воздействия количество гумусовых веществ, экстрагируемых данными реагентами, уменьшается.

9. Почвы сельскохозяйственного использования характеризуются максимальным содержанием гумусовых веществ, переходящих в вытяжку 0.1 М ШОН + 0.1 М Na4P207 (рН12). При прекращении антропогенного воздействия количество гумусовых веществ (а в их составе гуминовых кислот), извлекаемых смесью реагентов, уменьшается.

10. Оптическая плотность (Есш/мл) гумусовых веществ хорошо окультуренной почвы более высокая, чем лесной и экстенсивно используемой почв. Есмг/мл - величины лабильных тумусовых веществ залежной почвы не высоки и мало отличаются от таковых в лесной почве.

11. Целинная лесная дерново-подзолистая глееватая песчаная почва обладает низким содержанием и запасами всех форм соединений калия. В ней складывается устойчивое соотношение между различными формами калия. Окультуривание приводит к улучшению калийного состояния почвы. Почва переходит в категорию средне, - высоко обеспеченных этим элементом. Отношение необменного к обменному калию существенно сужается. Снижение уровня антропогенного воздействия и выведение почвы из хозяйственного оборота приводит к падению содержания и запасов всех форм соединений калия в почвах. Экстенсивно используемая почва продолжает относится к категории обеспеченных этим элементом. Наибольшие потери характерны при залежном использовании почвы. Содержание водорастворимого калия снижается в 7.3 раза, обменного калия в 6 раз, необменного калия в 1.8 раза. Отношение необменных к обменным формам калия, характерное для целинной лесной почвы и нарушенное в результате антропогенного воздействия, в залежной почве стремится к своему восстановлению.

12. Аэротехногенное загрязнение отрицательно сказывается на численности и функционировании микробоценозов. В почвах промышленной зоны снижается численность всех групп микроорганизмов. Ингибируется интенсивность проводимых ими процессов. Негативное воздействие в зоне господствующих ветров прослеживается в

радиусе 15 км от труб предприятия.

13. Длительное промышленное воздействие негативно повлияло на гумусное состояние сероземно-оазисных почв. За 40 лет работы предприятия в почве у комбината в 2 раза, по сравнению с контролем, снизились содержание и запасы гумуса. Техногенное загрязнение почв не меняет тип гумуса, хотя доля фульвокислот в составе гумусовых веществ возрастает.

14. Содержание и запасы серы в профиле техногенно-загрязненных почв зависели от режима работы предприятия, расположения источника загрязнения и определялись соотношением аккумуляции, вызванной оседанием на почвенную поверхность серусо-держащих соединений техногенной природы, и их миграции под действием просачивающейся влаги атмосферных осадков и поливной влаги. При стабильном режиме работы комбината в зоне сильного техногенного воздействия (0.6 км от завода) аккумуляция доминировала в зимне-весенний период времени. В летние месяцы при орошении хлопчатника миграция серы в почвах преобладала вне зависимости от их расположения по отношению к источнику загрязнения.

15. Уровень загрязнения водорастворимым фтором почв техногенной зоны контролируется протеканием разнонаправленных процессов. К накоплению фтора приводит оседание на почву частиц техногенной природы и внесение фторсодержащих удобрений. Препятствуют накоплению водорастворимого фтора процессы горизонтальной и вертикальной миграции, его связывание в составе труднорастворимых соединений, поглощение растениями. В отдельные сроки наблюдений уровень содержания фтора в почвах промзоны превышал ПДК.

16. Сероземно-оазисные почвы характеризуются повышенной концентрацией меди, цинка и свинца, по сравнению с кларковым содержанием, пониженной концентрацией стронция, хрома и марганца. Концентрация кобальта и никеля приближается к кларковому содержанию. Сорокалетняя эксплуатация завода не привела к накоплению Си, Хп, Бг, Сг, Со, Мп, РЬ в почвах промышленной зоны.

17. Выбросы комбината оказывают отрицательное влияние на процессы роста растений хлопчатника на расстоянии 3 км от источника эмиссии. Измерение концентрации фтора в листьях растений позволяет установить площадь аэрального рассеяния продуктов техно-генеза и судить об уровне техногенной нагрузки.

18. Отрицательное воздействие выбросов комбината на урожай-

ность хлопка-сырца прослеживается на расстоянии 3 км от предприятия.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Высокий и устойчивый уровень плодородия дерново-подзолистых глееватых песчаных почв может быть создан за короткий промежуток времени при проведении осушительной мелиорации, внесении высоких доз органических и минеральных удобрений, известкования, т.е. благодаря интенсивному окультуриванию.

2. Без мероприятий, поддерживающих высокий уровень плодородия преобразованных дерново-подзолитых глееватых песчаных почв, гумусное и калийное состояние, кислотно-основные свойства постепенно ухудшаются, но остаются благоприятными для получения нормальных (хотя и не рекордных) урожаев большинства культур в течение 15-20 лет.

3. Для эффективного использования старовозрастных травостоев (залежные, бывшие хорошо окультуренные почвы) достаточно проведение культуртехнических мероприятий и внесение умеренных доз минеральных удобрений.

4. Орошаемые серозёмно-оазисные почвы, расположенные в непосредственной близости от предприятий химической промышленности, целесообразно оставлять в сельскохозяйственном производстве. Для улучшения их гумусного состояния следует увеличивать в хлопково-люцерновых севооборотах сроки возделывания люцерны с 3 до 5 лет с обязательной глубокой запашкой пласта.

5. При установлении уровня техногенного загрязнения пахотных интенсивно используемых почв необходимо вычленять загрязнение, вызванное использованием удобрений и мелиорантов.

Список основных трудов по теме диссертации

1. Состав глинистых минералов в целинных и пахотных дерново-подзолистых глееватых почвах. Тезисы докладов науч. конф.: "Доку-чаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства". Л. 1983. С. 64-65.

2. Содержание и запасы гумуса тонкодисперсных фракций дерново-подзолистых почв. В сб. "Актуальные вопросы изучения почв и почвенного покрова Нечерноземной зоны". Научные труды Почвенного института им.В.В. Докучаева. М., 1984. С. 85-94. (в соавторстве).

3. Влияние мелиоративного освоения на почвообразование в дер-

ново- подзолистых полугидроморфных почвах. Сб. научн. работ ЛГУ "Гумус и почвообразование в НЗ РСФСР". 1985. С. 67-78. (в соавторстве).

4. Фитотоксичность фтора и пути ее снижения в связи с использованием фосфогипса в качестве химического мелиоранта. Сб. научн. трудов СЗНИИСХ Л., 1985. С. 25-27. (в соавторстве).

5. Влияние осушения и длительного сельскохозяйственного ис-

* пользования на почвообразование в дерново-подзолистых глееватых почвах. Тезисы докл. Всес. научн. конф. "Агропочвоведение и плодородие почв". Л. 1986. С. 11. (в соавторстве).

6. Содержание и запасы гумуса в тонкодиспесных фракциях дерново-подзолистых почв. Тезисы докл. Всес. научн. конф. "Агропочвоведение и плодородие почв". Л. 1986. С. 30-31. (в соавторстве).

7. Изменение содержания, состава и запасов гумуса при осушении и длительном сельскохозяйственном использовании дерново-подзолистых почв. Тезисы докл. Научно-практической конф. молодых ученых и специалистов "Пути рационального использования удобрений и повышения плодородия почв". Минск. 1986. С. 25.

8. О минералогическом составе целинных и пахотных дерново-подзолистых почв. Вестник Ленинградского университета. 1986. Сер. 3. Вып. 4. С. 73-79. (в соавторстве).

9. Влияние азотных и фосфорных удобрений на фитотоксичность фтора. Сб. науч. трудов "Применение удобрений в условиях интенсификации земледелия на Северо-Западе РСФСР". Л. 1987. С. 91-94. (в соавторстве).

* 10. Использование валового химического состава для диагностики почвообразования в мелиоративно освоенных почвах. Доклады ВАСХНИЛ, 1987. №9. С. 9-12. (в соавторстве).

13. Загрязнение почв фтором промышленных выбросов в аридной зоне. Химизация сельского хозяйства. 1992. №4 С. 53-55. (в соавторстве).

14. Содержание гумуса в техногенно загрязненных почвах. Химия в сельском хозяйстве. 1993. № 5-6. С. 10. (в соавторстве).

15. Влияние техногенного загрязнения на гумус и микробиологическую активность сероземов. Химия в сельском хозяйстве. 1993. № 8-9. С. 32-33. (в соавторстве).

16. Динамика фтора в техногенных ландшафтах аридной зоны. Химия в сельском хозяйстве. 1994. №3 с.53-55.(в соавторстве).

17. Возделывание хлопчатника в зоне техногенного воздействия. Агрохимия. №12. 1995. С. 105-110. (в соавторстве).

18. Содержание и распределение свинца в почвах в зоне деятельности завода туковой промышленности. Агрохимия. 1996. №3. С. 92100. (в соавторстве).

19. Снижение подвижности фтора при использовании химических мелиорантов. Химия в сельском хозяйстве. 1996. №4. С. 12-13. (в соавторстве).

20. Особенности диагностики техногенного загрязнения староорошаемых почв свинцом. Тезисы докл. II Съезда почвоведов России. Книга 1. 1996. С. 145. (в соавторстве).

21. Влияние техногенного загрязнения на химический состав растений хлопчатника. Агрохимия. 1998. №1. С. 71-77. (в соавторстве).

22. Активность почвенно-микробиологических процессов в зоне техногенного воздействия. Тезисы докл. Всероссийской конференции "Микробиология почв и земледелия". СПб. 1998. с.84. (в соавторстве).

23. Содержание и запасы серы в техногенно-загрязненных почвах. Агрохимия. 1998. № 12. С. 64-70 (в соавторстве).

24. Изменение содержания и состава гумуса при окультуривании иллювиально-гумусово-железистой глееватой супесчаной почвы. В сб.: "Гумус и почвообразование". СПб - Пушкин. 1999. С. 35-36 (в соавторстве).

25. Изменение свойств дерново-подзолистых песчаных почв при ослаблении антропогенного воздействия. Там же. С. 152-156.

26. Использование растений для индикации промышленного загрязнения. Доклады РАСХН. 1999. № 2. С. 35-37 (в соавторстве).

27. Миграция фтора в почвах различных природно-климатических областей. Агрохимия. 1999. № 6. С. 74-81 (в соавторстве).

28. Содержание и особенности распределения валовых и кислото-растворимых форм соединений тяжелых металлов в профиле серо-земно-оазисных почв в зоне химического завода. Агрохимия. 1999. № 8. С. 68-78 (в соавторстве).

29. О вымывании кальция и стронция из дерново-подзолистой супесчаной почвы, произвесткованной конверсионным мелом. Агрохимия. 1999. № 9. С. 64-67 (в соавторстве).

30. Динамика почвенной кислотности и содержание подвижных форм соединений алюминия, марганца и железа в почве при известковании конверсионным мелом. Агрохимия. 2000. № 6. С. 10-15.

31. Миграция фтора в техногенно-загрязненных почвах аридной зоны. Доклады РАСХН. 2000. № 2. С. 37-39 (в соавторстве).

32. Накопление стабильного стронция сельскохозяйственными культурами при известковании дерново-подзолистых почв конверсионным мелом. Агрохимия. 2000. № 9. С. 80-88 (в соавторстве).

33. Особенности состава гумусового вещества дерново-подзолистой супесчаной почвы, произвесткованной конверсионным мелом. Агрохимия. 2000. № 10. С. 15-19 (в соавторстве).

34. Humus Composition in the Loamy Sand Soddy-Podsolic Soil Limed with Waste Lime. Eurasian Soil Science. Vol 33. Suppl. 2, 2000, PP-S144- SI47. (в соавторстве).

35. О накоплении фтора различными сельскохозяйственными культурами при известковании дерново-подзолистой почвы конверсионным мелом. Агрохимия. 2001. №2. С. 74-78 (в соавторстве).

36. Разложение конверсионного мела в дерново-подзолистой почве в связи с угрозой ее загрязнения стабильным стронцием. Агрохимия. 2001. №11. С. 64-68 (в соавторстве).

37. Изменение оптической плотности гуминовых кислот дерново-подзолистой песчаной почвы при разных уровнях антропогенного воздействия. В сб.: "Гумус и почвообразование". СПб. 2001. С. 73-77.

38. Изменение кислотно-основных свойств дерново-подзолистых песчаных почв при прекращении антропогенного воздействия. Там же С. 60-64 (в соавторстве).

39. Фтор в системе почва - растения при применении в сельском хозяйстве средств химизации и загрязнении объектов природной среды техногенными выбросами. Агрохимия. № 2. 2002. С. 66-76. (в соавторстве).

40. Накопление стронция и кальция растениями при внесении в почву возрастающих доз конверсионного мела. Агрохимия. № 4. 2002. С. 81-87 (в соавторстве).

41. Фитотоксичность фтора при различном уровне минерального питания растений. Вестник РАСХН. №3. 2002. С. 41-42. (в соавторстве).

42. Изменение гумусового состояния дерново-подзолистой почвы при прекращении антропогенного воздействия. Доклады РАСХН. 2002. №6. С. 26-28 (в соавторстве).

43. Изменение показателей почвенного плодородия и лабильной части гумуса дерново-подзолистой песчаной почвы при интенсивном

окультуривании и в условиях хозяйственного истощения. Агрохимия. 2003. № 4. С. 14-21 (в соавторстве).

44. Гумусное состояние и биологическая активность сероземно-оазисной почвы в зоне техногенного воздействия Агрохимия. 2003. №10. С. 41-48 (в соавторстве).

45. Изменение гумусного состояния дерново-подзолистой песчаной почвы при окультуривании и последующем исключении из хозяйственного оборота. Агрохимия. 2004. №8. С. 13-19 (в соавторстве).

46. Гумусное состояние высокоокультуренной дерново-подзолистой глееватой песчаной почвы при ее выведении из хозяйственного оборота. Почвы - Национальное достояние России. Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Книга 2. С. 233.

47. Кислотно-основные характеристики дерново-подзолистой песчаной почвы в процессе смены состояния от пашни к лесу. Там же С. 158 (в соавторстве).

48. Деградация кислотно-основных свойств окультуренной дерново-подзолистой песчаной почвы в зависимости от срока нахождения в залежи. Почвоведение. 2005. (в соавторстве), в печати

49. Изменение калийного состояния дерново-подзолистой глееватой песчаной почвы при интенсивном окультуривании и прекращении активного антропогенного воздействия. Почвоведение, (принято к печати).

Подписано в печать 29.08.2005 Бумага офсетная. Формат 60X90 1/16 Печать трафаретная. Усл. печ. л. 2.75 Тираж 100 экз. Заказ 468

Отпечатано с оригинал-макета заказчика в копировально-множительном центре "АРГУС". Санкт-Петербург—Пушкин, ул. Пушкинская, д. 28/21. Per. №233909 от 07.02.2001

»17704

РНБ Русский фонд

2006-4 "18377

Содержание диссертации, доктора сельскохозяйственных наук, Литвинович, Андрей Витальевич

Введение

ЧАСТЬ I. ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕН- 6 НЫХ ПОЧВ ГУМПДНЫХ РЕГИОНОВ ПРИ ОСЛАБЛЕНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Глава 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Современные взгляды на проблему деградации почв

1.2. Природно-климатические условия Северо-Западного 19 региона как фактор формирования дерново-подзолистых почв

1.3. Объекты исследований Северо-Западного региона

1.4. Понятие об ирригационно-аккумулятивном почвообразовании и формировании антропогенно-оазисных почв

1.5. Объекты исследований аридного региона

1.6. Методика проведения исследований

Глава 2 ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ И КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АКТИВНОГО АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

2.1. Морфологическое строение профиля

2.2. Объемная масса (плотность сложения)

2.3. Гранулометрический состав почв

2.4. Кислотно-основные свойства

Глава 3. ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ, ЗАПАСОВ И СОСТАВА ГУМУСА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЕ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АКТИВНОГО АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

3.1. Содержание, запасы и распределение гумуса в профиле дерново-подзолистых глееватых песчаных почв

3.2. Фракционно-групповой состав гумуса 9?

3.3. Изменение лабильной части гумуса при окультуривании и прекращении активного антропогенного воздействия

Глава 4. ИЗМЕНЕНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ФРАКЦИЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ИНТЕНСИВНОМ ОКУЛЬТУРИВАНИИ

4.1. Минералогический состав предколлоидной фракции дерново- 120 подзолистых песчаных почв

4.2. Минералогический состав коллоидной фракции дерново-подзолистых 129 песчаных почв

Глава 5. СОДЕРЖАНИЕ И ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ КАЛИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЕ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АКТИВНОГО АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

ВЫВОДЫ

ЧАСТЬ II. ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ПОЧВ АРИДНЫХ РЕГИОНОВ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Глава 6. ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ И ВОДОРАСТВОРИМОГО ФТОРА В ПРОФИЛЕ СЕРОЗЁМНО-ОАЗИСНЫХ ПОЧВ

6.1. Общая характеристика Самаркандского химического завода

6.2. Содержание и распределение серы в профиле сероземно-оазисных 157 почв

6.3. Содержание и распределение фтора в профиле сероземно-оазисных 170 почв

Глава 7. СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СТРОНЦИЯ В СЕРОЗЕМНО-ОАЗИСНЫХ ПОЧВАХ И ИХ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИХ ФРАКЦИЯХ

Глава 8. ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ

8.1. Микробиологическая активность

8.2. Содержание и запасы гумуса

8.3. Групповой состав гумуса

Глава 9. ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА РАСТЕНИЯ ХЛОПЧАТНИКА

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Процессы деградации хорошо окультуренных почв гумидных и аридных регионов в современных условиях"

Современный этап развития цивилизации характеризуется заметной активизацией процессов деградации почвенного покрова нашей планеты.

Среди многообразия деградационных явлений особое место занимает химическая деградация, связанная с изменением химических или физико-химических свойств почв (Деградация и охрана 2002 ).

Земельная реформа, проводимая в нашей стране в течение последних 10 лет, не улучшила состояния почв. Это связано с недопоставками сельскому хозяйству органических и минеральных удобрений, отказом от известкования, выходом из строя мелиоративной сети, обеднением видов возделываемых культур. Отмечается снижение наиболее ценного свойства пахотных почв - их плодородия, высокий уровень которого во многих регионах создан в 70-80 гг. прошлого века в рамках программ по известкованию, фосфоритованию, комплексной химизации и мелиорации.

Продолжается сокращение площади обрабатываемых земель. За последнее десятилетие 30 млн. га пахотных угодий выведено в залежь, постепенно зарастая кустарником и мелколесьем (В.Н. Ефимов с соав., 2001).

В сложившейся ситуации особую актуальность приобретают научные исследования, направленные на познание характера и скорости изменения состава и свойств окультуренных почв во времени, что в дальнейшем поможет в разработке вопросов восстановления и повышения их плодородия.

Наибольшую ценность для сельского хозяйства засушливой (аридной) зоны представляют орошаемые почвы древних оазисов. Высокий уровень плодородия почв данного генезиса достигнут трудом многих поколений земледельцев. Процессы деградации этих почв, происходящие в настоящее время в результате загрязнения, заслуживают самого пристального внимания.

Целью настоящих исследований явилось выявление направленности и интенсивности процессов почвообразования в: а) хорошо окультуренных дерново-подзолистых глееватых почвах Северо-Запада нечерноземной зоны при снижении уровня антропогенного воздействия и выведении их из сельскохозяйственного оборота; б) древнеорошаемых почвах аридной зоны в условиях длительного техногенного загрязнения. В задачи исследований входило:

• исследовать изменения морфогенетических и кислотно - основных свойств дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при различном хозяйственном использовании, установить направленность процессов трансформации глинистых минералов при их интенсивном окультуривании;

• изучить особенности гумусного и калийного состояния дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при разных уровнях антропогенного воздействия;

• изучить динамику содержания и распределения в профиле сероземно- оазисных почв подвижных соединений серы и водорастворимых соединений фтора, расположенных в зоне аэротехногенного воздействия химического комбината^ при разных режимах работы предприятия;

• выявить закономерности пространственного и профильного распределения Со, Си, Mn, Pb, Сг, Ni, Zn, Sr в почвах техногенного района, установить содержание тяжелых металлов в их тонкодисперсных фракциях;

• исследовать гумусное состояние сероземно-оазисных почв в зоне промышленного загрязнения;

• оценить влияние длительного промышленного загрязнения на активность почвенно-микробиологических процессов, состав и численность отдельных групп микроорганизмов в сероземно-оазисных почвах, расположенных на разном расстоянии от источника выбросов;

• исследовать воздействие аэротехногенного веществ^ на рост, продуктивность, химический и биохимический составы хлопчатника, выявить защитные механизмы растений против вредоносного воздействия токсикантов.

ЧАСТЫ

ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ПОЧВ ГУМИДНЫХ РЕГИОНОВ ПРИ ОСЛАБЛЕНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Литвинович, Андрей Витальевич

ВЫВОДЫ t

1. Строение профиля целинной лесной почвы обусловлено сопряженным протеканием дернового и подзолистого процессов. Мелиоративное освоение и окультуривание приводит к формированию мощного и однородного пахотного слоя. В пахотных почвах подзолообразование не устраняется, на месте бывшего горизонта В обособляются переходный и подзолистый горизонты. При прекращении антропогенного воздействия строение почвенного профиля тяготеет к исходному генетическому состоянию.

2. Профиль целинной лесной почвы дифференцирован по величине объемной массы. В пахотных почвах мощность слоя с оптимальными величинами объемной массы возрастает, но они сохраняют выраженную дифференциацию профиля по плотности сложения. При выведении почвы из хозяйственного оборота измененная обработками плотность горизонтов постепенно восстанавливается, составляя на глубине 15-26 см как в лесной, так и в залежной почвах -1.21 г/см3.

3. Полугидроморфные песчаные почвы обладают незначительным содержанием илистой и коллоидной фракций. Запасы илистой фракции в хорошо окультуренной почве, по сравнению с целинной, уменьшаются в слое 5-30 см с 92.1 до 87.6 т/га. При ослаблении антропогенного воздействия процессы разрушения и выноса илистой фракции еще более усиливаются. Многолетнее произрастание травянистой растительности оказывает сдерживающее влияние на процесс подзолообразования, но полностью не устраняет его течения.

4. Исходная глееватая песчаная почва относится к категории сильнокислых почв. Систематическое известкование окультуренной почвы приводит к снижению всех форм почвенной кислотности и уменьшению содержания обменного алюминия. В составе почвенного поглощающего комплекса концентрация обменных катионов кальция и магния возрастает в 16.4 и 30 раз соответственно. Оптимизируется соотношение обменных катионов. Положительные изменения кислотно-основных свойств, вызванные окультуриванием, при снижении уровня антропогенной нагрузки и выведении почвы из хозяйственного оборота постепенно ухудшаются. Однако спустя 20 лет после снижения и прекращения активного антропогенного воздействия по содержанию обменных катионов кальция и магния как залежная, так и экстенсивно используемая почвы продолжают относится к категории обеспеченных.

5. Изменения глинистых минералов предколлоидных фракций целинной и пахотной дерново-подзолистых глееватых песчаных почв связаны с характером и интенсивностью почвообразовательного процесса. Наиболее существенной стороной этого процесса является трансформация унаследованных от породы слоистых силикатов. В дерново-подзолистых глееватых песчаных почвах происходит деградация слюдистого материала предколлоидов. Характерной схемой трансформационных изменений является: иллит -> вермикулит (монтмориллонит) -> хлорит через стадию смешаннослойных образований. Основным механизмом превращений глинистого материала коллоидов является их растворение под действием продуктов кислотной природы.

6. Целинная песчаная почва характеризуется высоким содержанием гумуса, который сосредоточен в незначительном по мощности слое. На стадии хорошей окультуренности запасы гумуса в 0-20 см слое пахотной почвы не уступают его запасам в равном по мощности слое целинной почвы. Ослабление антропогенного воздействия приводит к дегумификации почвы. За 20 летний период потери гумуса составили приблизительно 20% от исходного содержания. Содержание гумуса в верхнем слое перегнойного горизонта залежной почвы не уступает его содержанию в пахотном слое хорошо окультуренной почвы. В нижнем подгоризонте содержание гумуса снижается в два раза.

7. Положительные изменения фракционно-группового состава гумуса на стадии высокой окультуренности сводятся к возрастанию доли ГК, появлению в составе гуминовых кислот второй фракции, формированию более конденсированных молекул гуминовых кислот. Как ослабление, так и прекращение активного антропогенного воздействия приводит к негативным изменениям состава гумуса. Ухудшается качество гуминовых кислот, возрастает содержание фульвокислот «агрессивных» фракций. В залежной почве эти процессы приурочены преимущественно к нижней части бывшего пахотного слоя.

8. На стадии высокой окультуренности в дерново-подзолистой глееватой песчаной почве увеличивается содержание лабильных гумусовых веществ, извлекаемых 0.1 М Na^O? (рН 7) и 0.1 М NaOH (рН 10). В их составе возрастает доля гуминовых кислот. При ослаблении и прекращении производственного воздействия количество гумусовых веществ, экстрагируемых данными реагентами, уменьшается.

- 9. Почвы сельскохозяйственного использования характеризуются максимальным содержанием гумусовых веществ, переходящих в вытяжку 0.1 М NaOH + 0.1 М Na4P207 (рН12). При прекращении антропогенного воздействия количество гумусовых веществ (а в их составе гуминовых кислот), извлекаемых смесью реагентов, уменьшается.

10. Оптическая плотность (Ес"^) гумусовых веществ хорошо окультуренной почвы более высокая, чем лесной и экстенсивно используемой почв. £Смг/мл - величины лабильных гумусовых веществ залежной почвы не высоки и мало отличаются от таковых в лесной почве.

11. Целинная лесная дерново-подзолистая глееватая песчаная почва обладает низким содержанием и запасами всех форм соединений калия. В ней складывается устойчивое соотношение между различными формами калия. Окультуривание приводит к улучшению калийного состояния почвы. Почва переходит в категорию средне, - высоко обеспеченных этим элементом. Отношение необменного к обменному калию существенно сужается. Снижение уровня антропогенного воздействия и выведение почвы из хозяйственного оборота приводит к падению содержания и запасов всех форм соединений калия в почвах. Экстенсивно используемая почва продолжает относится к категории обеспеченных этим элементом. Наибольшие потери характерны при залежном использовании почвы. Содержание водорастворимого калия снижается в 7.3 раза, обменного калия в 6 раз, необменного калия в 1.8 раза. Отношение необменных к обменным формам калия, характерное для целинной лесной почвы и нарушенное в результате антропогенного воздействия, в залежной почве стремится к своему восстановлению.

ЧАСТЬ II

ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ПОЧВ АРИДНЫХ РЕГИОНОВ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

155

Глава 6

ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ И ВОДОРАСТВОРИМОГО ФТОРА В ПРОФИЛЕ СЕРОЗЕМНО-ОАЗИСНЫХ ПОЧВ

6.1. Общая характеристика Самаркандского химического завода

Площадка Самаркандского химического завода (СХЗ) расположена в 7.5 км от Самарканда. Комбинат был введен в эксплуатацию в 1954 году. До 1977 года выпускал простой суперфосфат. Затем был перепрофилирован на выпуск аммофоса. На момент начала исследований СХЗ - крупный промышленный гигант, на территории промплощадки которого было сосредоточено 3 цеха по производству концентрированной серной кислоты, 3 цеха по производству аммофоса и 2 цеха, выпускающих экстракционную фосфорную кислоту.

Продукцией Самаркандского химического завода является азотно-фосфорные удобрения - аммофос с содержанием Р2О5 - 44 % и N - 11 %, получаемый на основе экстракционной фосфорной кислоты. Сырьё - фосфориты Кара-Тау. Аммиак поступает из Ферганы и Чирчика.

Потребителями продукции являются хозяйства Узбекистана и Таджикистана. До 1990 г. Самаркандский аммофос поступал также в хозяйства Российской Федерации (Волгоградская, Иркутская и др. обл.).

Состав выбросов предприятия определяется технологическим циклом. В составе выбросов присутствуют серная кислота, сернистые и фтористые соединения, твердые пылевидные материалы, газовые фракции (табл. 6.1). ^

Данные табл. 6.1 показывают, что в разные годы работы предприятия (с 1977 по 1992 гг.) количество выбросов в атмосфер^ техногенного вещества было неодинаково. Это связано с активным развитием предприятия в эти годы (вводом в строй новых цехов, совершенствованием системы пылегазоочистки и т. д. ит. п.). Различия в количестве аэротехногенного вещества, отходящего от

Библиография Диссертация по биологии, доктора сельскохозяйственных наук, Литвинович, Андрей Витальевич, Санкт-Петербург-Пушкин

1. Авдонин Н.С. Свойства почвы и урожай. М.: Колос. 1965. 271 с. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия для Северо-Западного региона Российской Федерации. СПб.: ГНУ АФИ Россельхозакадемии. 2004. 28 с.

2. Александрова Л.Н. Органическое вещество почв и процессы его трансформации. М.-Л.: Наука. 1980. 273 с.

3. Александрова Л.Н., Найденова О.А. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. Л.: Колос 1976. 280 с.

4. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропро-миздат. 1987.143 с.

5. Алексеев Ю.В., Вялушкина Н.И. Вопросы загрязнения почв хромом при известковании феррохромовыми шлакам и//Химия в сельском хозяйстве. № 7,1991 с. 21-24.

6. Алещукин Л.К. К методике определения уровня содержания металлов в почвах территории, примыкающей к населенному пункту. М.: Изд-во МГУ. 1980 с. 40-44.

7. Апарин Б.Ф. Красная книга почв Ленинградской области//Материалы 4 съезда Докучаевского общества почвоведов. Книга 2. Новосибирск. 2004 с. 386.

8. Аранбаев М.П. Геохимия органического вещества древнеоазисных почв аридной зоны. Ашхабад.:Ылым. 1978. 200 с.

9. Аранбаев М.П., Аль-Каддур Мухамед Бахер, Донских И.Н., Новицкий М.В. Микроагрегатный состав антропогенно-оазисных почв Среднеа-мударьинского оазиса^В сб.; Гумус и почвообразование. С.-Петербург. 2000а с. 156-163.

10. Аранбаев М.П., Аль-Каддур Мухаммед Бахер, Донских И.Н., Новицкий М.В. Содержание и распределение гипса в антропогенно-оазисных почвах Среднеамударьинского оазиса. Там же. 20006 с. 21-28.

11. Аранбаев М.П., Гаипова А.Г. Минералогический и химический состав древнеоазисных почв пустынной зоны. Ашхабад.: Ылым, 1980. 100 с.

12. Аржанова B.C. Миграция микроэлементов в почвах (по данным лизиметрических исследований)Щочвоведение. 1977. № 4 с. 71-76.

13. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. Изд-во Московского ун-та. 1970. 488 с.

14. Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв. M.-JL: Наука. 1965.187 с.

15. Афанасьева Т.Н. География почв и почвенное районирование центрального экономического района СССР. М.: Изд-во МГУ. 1972 с. 4563.

16. Бакина Л.Г. Влияние известкования на содержание, состав и свойства дерново-подзолистых глинистых почв. Дисс. . канд. с.-х. наук. Архив СПбГАУ. Л.: 1987. 230 с.

17. Бакина Л.Г., Егорова Л.И. Изменение состава и свойств гумуса в почвенном профиле дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы под влиянием разных доз извести//Тр Почвенного института им. В.В. До• 230кучаева. М. 1987 с. 97-105.

18. Бакина Л.Г., Плотникова Т.А., Митина О.Ж. Лабильность гумусовых веществ дерново-подзолистой глинистой почвы Северо-Запада России при известковании//Агрохимия. 1997 с. 27-31.

19. Барановский И.Н. Влияние равновеликих доз навоза и ТМАУ на содержание и состав гумуса в дерново-подзолистой суглинистой почве//

20. Науч. тр. ЛСХИ. Т. 296. 1976 с. 38-45.

21. Барсегян Т.М. Гумусовое состояние почв подгорных равнин аридной зоны (на примере Центрального Копетдага). Автореф. Дис. . канд. с.-х. наук. Ленинград-Пушкин. 1988. 18 с.

22. Белякова Л.П. Пути повышения плодородия орошаемых почв Южного Таджикистана в условиях хлопково-люцернового севооборота. Стали-набад. 1957 с. 27-39.

23. Бессонова В.Б., Лыженко И.И. Аккумуляция тяжелых металлов компонентами экосистем в индустриальных районах//Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы. М.: Изд-во МГУ. 1988. Ч. 2 с. 240.

24. Благовидов Н.Л. Сущность окультуривания почв//Почвоведение. 195431