Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ ЮЖНОГО УРАЛА

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ ЮЖНОГО УРАЛА"

fía правах рукописи

l.

АС'ЫЛБЛЕВ ИЛЬГИЗ ГАДЛЯМОВИЧ

СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ ЮЖНОГО УРАЛА

Специальность 06.01 .(.1 - arpono чво ведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на сонсканне ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

АСЫ Л БАЕВ ИЛЬГИЗ ГАЛЛЯМОВИЧ

СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ ЮЖНОГО УРАЛА

Специальность 06.01.03 - arpo почвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата селмкохозяйственных наук

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Научные руководители: доктор биологических, наук,

профессор Хабиро:в И.К. кандидат сельскохозяйственных наук, Чанышев И.О.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Нурмухаметов Н.М. кандидат се л ьс к о хо;;я й стве нн ы х наук, старший научный сотрудник .... Абзалов Р.З.

Ведущее предприятие: Институт биологии УНЦ РАН

Защита состоится 05~ 2004 г. в на заседании

диссертационного совета Д 220. 003.01 в Башкирском

государственном аграрном университете по адресу: 450001,

Башкортостан, г.Уфа, ул. 50 лет Октября, 34, Башкирский госагроуниверситет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан « $ »_ОУ__2004 г.

,<7

Ученый секретарь Р?

диссертационного совета /В.А.Печаткнн

Г

Актуальность проблемы. В условиях возрастания антропогенных воздействий на педосферу объективная оценка содержания химических элементов в почвах, особенно токсичных, приобретает большую эколого-социалькую значимость.

На Южном Урале - регионе богатом полезными ископаемыми с развитой добывающей и перерабатывающей промышленностью, опасность накопления в почвах многих химических элементов очень высокая.

В почвах региона наиболее широко изучено содержание элементов, важных с агрономической точки зрения и процессов почвообразования (Шаров, Чмелев, Ргшева, 1963; Гпрфанов, Ряховская, 1975; Хазиев с соавт. 1995, 1997; Середа, 2002; Багаутдинсв, 2000; Хабиров, 1993; Кольцова с соавт., 2001). Исследования по накоплению и миграции элементов, имеющих обтеэкологическое ■ значение немногочисленны и ограничены преимущественно тяжелыми металлами (Минигазимов, 1999; Мукатанов, 2001, 2002; Кулагин, 2001; Галяутдинон, 2002).

Вместе с тем, дня рационального размещения сельскохозяйственных культур и получения экологически чистой продукции, принятия адекватных мер по детокенкацни почв и рекультивации нарушенных ландшафтов, необходима информация но содержанию многих других элементов, особенно первого, второго и третьего класгоъ токсичности.

Цель и задачи исследований. Целью работы явилось изучение содержания и распределения химических элементов в почвах различных экосистем (лес, пашня, луг) и с разными уровнями антропогенной нагрузки на Южном Урале.

В соответствии с целью исследований были поставлены следующие основные задачи:

1. Выявить особенности накопления элементов в зависимости от; а) пути их поступления в почвы, 6) характера почвообразовательных процессов, в) принадлежности к экосистеме.

2. Изучить содержание и распределение в профиле почв элементов первого, второго и третьего классов токсичности.

3. Дать агроэкологическую оценку химического состава почв по трем классам токсичности.

Научная новизна. Впервые определено содержание 63 химических элементов в почвах луговых, лесных и агроэкосистем Северной, Северовосточной лесостепной зоны и Зауралья (в пределах Учалинского района), подверженных разноуровневым антропогенным нагрузкам. Установлены особенности и закономерности распределения химических элементов по профилю почв в зависимости от путей их поступления, свойств почв, наличия тех или иных геохимических барьеров, естественных аномалий и техногенных факторов.

Впервые для условий региона дана экологическая оценка химического состава почв по трем классам токсичности, определен вклад отдельных элементов в суммарный показатель загрязнения.

Основные положения, выносимы«; на защиту. 1. Содержание и распределение в профиле почв химических элементов в условиях Северной, Северо-восточной лесостепной зоны и Заурапи (и пределах Уч ал и некого района) обусловлено как генетическими свойствами почв, сформированных в различных экосистемах и ландшафтах, так и характером и уровнем антропогенных воздействий,

2. Экологические условия региона ухудшаются с запада на восток. Основная нагрузка Среди элементов первого класса токсичности приводится на цинк, селен и мышьяк, второго - на молибден, хром и медь, третьего - на барий, вольфрам и марганец.

Практическая значимость. Материал,! mi содержанию химических элементов в почвах являются основой для экологического мониторинга, экспертизы и зонирования территорий. Выявление вы;оких концентраций ряда элементов, особенно первого и второго классов токсичности, а так же источников их поступления, способствуют разработке конкретных мероприятий по оздоровлению техногеиио-загрэзпенных почв, особенно сельскохозяйственных угодий. С другой стороны, обнаружение дефицита ряда микроэлементов (например меди в пахотных темно-серых лесных ч черноземах оподзоленных в Северо-восточной лесостепи) позволяет обоснованно рекомендовать использование мнкроу добре шш для повышения продуктивности пахотных почв.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены на .научно-практической конференции «Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы приро допо льзован и я », посвященной 95-летию со дня рождения профессора С.Н'.Тайчинова (Уфа, 2001); международной научно-практической конференции «Проблемы, и перспективы агропромышленного комплекса регионов России» (Уфа, 2002); ме жду народной конференции «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов», поев я шеннон 75-летию кафедры почвоведения Казанского государственного университета (Казань, ¿003); научно-лрактической конференции посвященной 125-летию Уфимского лесхоз техникума (Уфа, 2003); Всероссийской научно-практической конференция, посвященной 100-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ и РБ, д.с.-х.н, профессора Ю.А. Усманова (Уфа, 2003); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и нереспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа, 2003); Республиканской научно-практической конференции посвященной 90-летию мелиорации земель е> РБ (Уфа, 2004); Результаты исследований «публикованы в восьми печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из ВЕвдения, пяти глав, выводов и предложений производству. Она включает 195.страниц машинописного текста, 12 таблиц и 51 рисунков. Список литературы включает 182 наименований, в том числе 20 иностранных.

Условия н методика проведения исследований. Работа выполнена в рамках Государственной научно-технической программы №15/12 Академии

наук Республики Башкортостан «Экология Башкортостана в пространственно-временном единстве» под общим руководством профессора Старовой Н.В.

В связи с этим, почвенные разрезы закладывали на постоянных экологических стационарах Южного Урала.

В Северной лесостеп кой зоне (Уфимское плато) исследования велись на 6 стационарных участках: L Сташюнар Байки. Р. 7 -99, темно-серая лесная остаточ но-карбонатная, .ret: ( соска, береза); Р. 1-2000, торфянисто-перегнойная остаточно-карбонатная, лее (ель); Р. 8-99, темно-серая лесная, луг, 2, Сташюнар Магинск. Р. 9-99, торфянисто-перегнойная, остаточ но-карбонатная, лес (лиственница, береза). 4. Стационар Лбы jobo. Р, 10-99, аллювиальная серая лесная на погребенной лугово-зерннстой почве, луг. 5. Стационар Караяр. Р. 22000, темно-серая лесная не полноразвитая, луг; Р. 3-2000, темно-серая лесная неполноразвитая, лес (сосна); б. Стационар Бирск. Р 1-2002, темно-серая лесная, пашня (пряные культуры).

В Северо-восточной лесосгепной зоне (Юрюзано-Айская депрессия) исследования велись на 6 стационарах: 1. Стационар Вознесенка. Р 4-2000, серая лесная каче ни сто-ще бппстля неполноразвитая, луг; Р. 16-99, темно-серая лесная, лес (сосна); P,15-9í>, сергя лесная, луг; Р. 5-2000, темно-серая лесная, пашня (пшеница); 2. Стационар Болыиеу стикин с кое. Р. 14-99, светло-серая лесная, лес (сосна); Р, 4-7000, темно-серая каменисто-щебнистая, пашня (гргчиха); Р. 10-2000, чернозем оподзоленный, пашня (гречиха); 3. Стационар Карлыханово- Ногуши. Р. 11-99, светло-серая лесная, лес (сосна); Р. 12-2000, светло-серая лесная, луг. 4. Стационар Ургала. Р. 13-99, серая лесная, лес (сосна); P. 11-2000, теми [»-серая лесная, лес (сосна); 5. Стационар Еланлино. Р. 8-2000, дер ново-карбонатная щебн исто-каменистая, лес (сосна). 6. Стационар Архаулово. Р. 13-2000, серая лесная неполноразвитая, лес (сосна); Р. 14-2000, серая-лесная неполноразвитая, луг.

В горнорудном регионе Зауралья исследования велись на 5 стационарах. 1. Стационар Сафарово, Р. 15-2000, темно-серая лесная неполноразвитая, лес (сосна). 2. Стационар Комсомольск. Р. 16-2000, темно-серая лесная неполноразвитая луг. 3. Сташюнар Кирябннка. Р. 17-2000, темно-серая лесная неполноразвитая, лее (сосна). 4 Стационар Ахуново. Р. 18-2000, дерновая-непол неразвитая, лес (сосна). 5. Стационар У чал и некий ГОК. Р. 19-2000, почва техногенного происхождения, редколесье (сосна); Р. 20-2000, дерновая не пел неразвита я, лес (со;нл)

Экспер к ментальная работа выполнялась маршрутно-экспедиционным и лабораторно-аналнтическими методами. Элементный состав почв (63 химических элемента) определялся методом масс-спектрометрни с и нду кти в н ос в язанной плазмой - ICP-MS, PLASMA-QUAD, фирма VG instruments. Агрохимические исследования почв проводились общепринятыми методами (Аринушкинз, 1970) .Полученные результаты обрабатывались статистически (Доспехов, 1979; Дмитриев, 1995) с помощью программы Microsoft Excel, statistica for Windows 4,5 и stadia 6,2.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Особенности накопления элементов в зависимости от свойств почв и путей их гкипупленит " Северная лесостепная зона. Уфимски плато - это плоская возвышенность с сильно расчлененным карсто во-эрозн о н н ым рельефом, сложенная твердыми известняками, доломитами, пестроцветными мергелями, местами песчаными отложениями. Почвообразующле породы представлены преимущественно известняковыми элювиально-делювиальными глинами. В почвенном покрове преобладают серые лесные, дер ново-карбонатные и пере гнойно-карбонатные почвы. Перегной и окарбо иагные почвы приурочены в основном к замшелым пихтарникам, соснякам и ельникам. В этих почвах под слаборазложенной оторфованной подстилкой залезет органо-минеральный горизонт, состоящий из перегноя и мелких обломков щебня карбонатных пород, мелкозем часто вы шел очен от карбонатов, вскипание от 10% соляной кислоты бурное только по оСшочкам щебня.

Наиболее общей особенностью почв, сформированных на уфимском плато, является укороченность почвенного профиля и наличие карбонатов в нижней его части. В процессе развития почвы по мере уменьшения влияния карбонатностн почвообразующих пород в них начинает проявляться подзолистый процесс.

Особенностью почв региона является также относительно высокое содержание гумуса, ч*го обусловлено минерализацией достаточно большого лесного опада и растительных остатков в условиях континентального климата и близкого залегания известковых коренных пород, состав и свойства которых способствуют нейтрализации кислых продуктов разложения и закреплен ню гумуса в форме гуматов кальция. Эти почвы насыщены основаниями, реакция среды изменяется от слабокислой до слабощелочной.

Поскольку район Уфимского плато расположен в значительном отдалении от промышленных центров с згиисенностью территории, составляющей более 75% и является фоновым, в почвах не отмечается накопление токсичных элементов. Относительно повышенные концентрации некоторых элементов обусловлены наличием соответствующих геохимических барьеров. В первую очередь это биогенное накопление фосфора и серы. С составом почвообразующих пород связано накопление лития, титана, ванадия, алюминия, железа, вольфрама. В иллювиальных горизонтах почв повышается содержание алюминия, железа и марганца.

Высокая гумусироваиность и поглотительная способность почв, наличие карбонатов в профиле обеспечивают высокую гадким ическую устойчивость почв Уфимского плато. К югу от Уфимского плато, граничащего с увалистым междуречьем Уфа-Белая, в почвенном покрове преобладают темно-серые лесные почвы, сформированные на пермских глинах, профиль которых более мощный и развитый.

В пахотном слое стационара пряных культур ссдержится дс 7,1% гумуса, 0,36% общего азота и 0,28% фосфора. Реакция почвенного раствора слабокислая, в поглощающем комплексе преобладает кальций. В отличие от

короткопрофнльных почв Уфимского плато, в них наблюдается повышенное содержание урана, тория и редкоземельных элементов обусловленное характером коренных пород.

Северо-восточная лесостепная зона. Почвенный покров на стационарах Юрюзано-Айской депрессии представлен преимущественно светло-серыми, серыми, темно-серыми лесными почвами, сформированными на элювии песчаников, местами карбонатных и загипсованных, пермских крас ко цветных глинах, элювии глинистых сланцев и алевролитов. Лесные почвы в основном неполноразчитые. гумусово-аккумулятивный горизонт мощностью 15-20 см, подстилается сразу переходным к почвообразуюшей породе ВС, иллювиальный горизонт не сформирован.

Светло-серые лесные почзы характеризуются низким содержанием гумуса (3,6-3,8%), средне- и слабокислой реакцией среды (табл.1). В серых и темно-серых лесных почьах содержание гумуса возрастает до 6,4-8%, которое вниз по профилю резко уменьшается, реакция среды изменяется также от сильно- до слабо-кислой. Содержание обменных оснований невелико, в их составе преобладает кальции.

Территория Юрюзано-Айской впадины относительно мало загружена промышленными объектами. Однако анализ химического состава почв показал наличие повышенных концентраций ряда токсичных элементов: ртути, свиниа, мышьяка, селена, цинка, никеля, мели, бора, вольфрама, ванадия, титана, стронция, церия, рубидия, гафния. Характер профильного распределения этих элементов в исследованных почвах определяется в основном их поступлением ;гз почвообразу ющих и коренных пород. Так, в почвах Вознесенского стационара, выделяющихся существенно повышенным содержанием селена, стронция, кадмия, мышьяка и бора в нижней части профиля, отмечено их высокое содержание в породах (рис. 1а). Почвы стационара Во льшеу стихи некое, отличаются повышенным количеством циркония, поступающего та кисе из материнской породы.

Довольно высокие концентрации многих токсичных элементов в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв Юрюзано-Айской депрессии связаны с их воздушно-техногенным поступлением. Это - свинец, ртуть,, ванадий, цинк, вольфрам к др. (рис. 16). Почва стационара Аркаулово (под лесом) выделяется исключительно высоким содержанием редкоземельных элементов, особенно празеодима, неодима и гадолиния, содержание которых в профиле почвы почти одинаково во всех генетических горизонтах и значительно выше, чем я печвообразующей породе (от Ю до 30 раз). Если исключить природную аномалию, то такое накопление редкоземельных элементов межет быть обусловлено достаточно давним локальным привиосом.

Процесс оподзоливання, развивающийся в лесных почвах региона, обусловливает миграцию многих элементов в иллювиальные горизонты почвенного профиля (кобальт, медь, марганец, никель, титан, ванадий, цирконий) (рис.1 в). Биогенное ешкопление некоторых элементов может также привести к чрезмерному повышению их концентрации. Например, в пахотных

почвах Вознесенского и Большеустикннского стационаров выявлено очень высокое содержание серы.

Таблица 1. Физико-химические свойства лочв

Горизонт и рН Поглощенные основания, мг.экв/ ЮО г Гумус Сорг.

глубина, см Н20 КС1 Сумма Са++ | %

Раз рез. 11-99. Светло-серая лесная. Белокатайский эшон, лес

А0 0-5 5,1 1 4,3 22 19 3 - 8,34

А, 6-20 5,5 1 4,6 18 16 2 3,57 -

ВС 40-50 | 5.7 4,4 20 14 6 0,95 . -

Разрез. 13-99, Серая лесная. Белокатайск! 1й район, лес

А0 0-5 5,5 4,9 42 32 10 15,74

А] 6-20 5,8 5,0 27 17 10 6,44 1 -

ВС 40-50 5,85 4,4 23 11 12 0,87 | -

Разрез. 16-99.Темно-серая лесная. Дуван о»; пи район, лес

А0 0-7 5,5 5,3 31 27 4 8,79

АВ 8-24 5,5 4,75 18 И 7 6,84 -

Сд 25-50 5,0 4,0 8 5 3 1,88 -

Разрез 16-2000, Темно-серая лесная неполно развитая. Учалннский район, луг

А, 3-20 6,4. 5,6 25 20 5 6,6 -

АВ 21-35 5,9 4,9 19 14 5 2,9 -

ВС 36-80 7,4 5,0 19 13 6 0,83 -

Разрез 8к-99. Торфянисто-перегнойная остатсч и о-карбонатная. Караидельский район, лес

Ай 0-3 5,5 5,2 I 64 52 12 - 31,8

А, 3-15 7,7 6,8 1 54 33 21 11,6 •

ВС 41-50 7,7 6,8 1 93 62 -31 3,37

С 51-70 8,2 7,2 1 40 30 10 1,71 -

Разрез 10 - 2000. Чернозем оподзоленныН. Мечетлн некий район, пашня*

Ап 0-30 6,5 6,0 ■ 48 42 ' 6 9,5 -

А2В 31-45 6,3 5.9 45 39 6 5,1 -

В, 46-60 6,7 6,3 1 42 37 5 1,8 ■ -

ВС 61-70 6,2 5,8 39 35 4 0,6 -

50

100

150

200

Мг/кг 250 300

&-1

10 -

20

30

40

3 50 -

60

>* 70

£ 30

-Аз - Бг

а) поступление из материнских пород Р.15-99

0 Г

10

20

30 •

40;

£

О всГ

сц X 60\

ю 70*

£ 80

б) поступление из атмосферы Р. 10-2000

¡5

о

о 5 10 15 20 -25 30 7 35 40

Мг/кг

20 40 СО 80

7 ¿

\

-Со : -Си

60 -1

в) вынос в процессе подзолообразования Р 4-2000 (Со, Си), 2-2000 (N1, V) Рисунок 1. Содержание элементов в профиле почв

Накопление токсичных элементов в почвах в значительной степени определяется также их принадлежностью к различным экосистемам. Так, лес способствует выносу из почвообразующих пород стронция, мышьяка, титана, скандия и др., но задерживает поступление в почву элементов из атмосферы. Луговая растительность аккумулирует бор, кадмий, селен, литий, ванадий, цезий, железо. В почвах пашни высокие концентрации ряда элементов обусловлены их привносом с удобрениями, мелиорантами, пестицидами (ртуть, селен, литий, стронций, алюминий и др.)

Аккумуляция многих элементов в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв тесно коррелирует с содержанием в них гумуса. Регрессионный анализ показал наличие достоверной зависимости (Р=0,95) между содержанием бора, никеля цезия, висмута, кадмия и золота с содержанием гумуса в почве.

Таким образом, в почвах стационаров Юрюзано-Айской депрессии загрязнение токсичными элементами имеет как техногенный, так и природный характер. Естественное загрязнение обусловлено поступлением токсичных элементов из почвообразующих и коренных пород. Этому способствует разработка карьеров, глубокая вспашка с оборотом пласта. Поскольку в регионе широко представлены не полноразвитые почвы, очевидно, что их использование под пашню нецелесообразно.

Горнорудный регион Зауралья, Многообразие почвообразующих пород, частая смена их на близких расстояниях, различная история происхождения, свойства и составы, а также контрастный рельеф осложняют структуру почвенного покрова региона. В полосе расчлененных предгорий под лесами сформированы преимущественно серые лесные почвы. Эти почвы часто близко подстилаются коренными породами, поэтому профиль «х неполноразвитый. В типе серых лесных почв зоны преобладают темно-серые лесные почвы.

На хорошо дренированных участках под - хвойными и лиственно-хвойными лесами с развитым травяным покровом на элювии коренных пород формируются дерновые литогенные почвы, зачастую также неполноразвитые.

В морфологическом строении почв выделяется лесная подстилка и' дернина, более развитая в дерновых почвах, гумусово-аккумулятивный горизонт небольшой мощности, постепенно переходящий в почвообразующую породу. Иллювиальный горизонт, как правило, не выражен и полностью не сформирован.

Темно-серые лесные почвы характеризуются слабокислой реакцией среды, довольно высоким содержанием гумуса в перегнойно-аккумулятивном горизонте, которое резко уменьшается с глубиной. Содержание обменных оснований невелико.

Дерновые литогенные почвы в связи с развитым травяным покровом и небольшой мощностью профиля содержат относительно большее количество гумуса и поглощенного кальция, чем темно-серые лесные почвы и имеют средне и сильнокислую реакцию среды.

Таблица 2. Содержание химических элементов в почвах Южного Урала

(мг/кг, среднее по профилю)

Элемент Северная лесостепь -(Бирский, Карандельский районы) п=8 Северо-восточная лесостепь (Дуване кий, Мечетлинский, Киги некий, Белокатайский, СалаватскиЙ районы) п=17 Зауралье (Учалинский район) п=6 пдк в почве, в скобках известные фоновые значения

V, 11Ш1

Элементы 1 класса токсичности

РЬ 22 11 25 30

н8 0,82 1,03 0,07 2,1

са 0,42 0,97 0,39 0,9

5е 4,9 6,7 5,3

Аз 20 31 96 2(5-6)

Ъп 42 86 87 100

Элементы 2 класса токсичности

5Ь 0.13 1.04 2.83 4.5 (2-10)

Мо 0.51 0.64 0.59

Си 14 31 195 55

Со 10 19 19 5

N1 42 67 61 85

Сг 55 91 96 6

Элементы 3 класса токсичности

2.25 1.67 2.66

Г Ва ■ 171 771 2494

Эг 76 84 182

Мп 577 1190 1283 1500

V 134 277 421 150

Эс 26 34 ! 35 (10-50)

Щелочные металлы

У 394 414 61

К - 6266 -

Г1Ь 38 52 32

Ск 3,3 3,3 3,6

Щ елочноземельные металлы

Ве 2,02 1,78 | 1,22

Са - 8553 г

Переходные металлы

И 4209 6370 - 4446 |

Ие 56546 66430 84128 |

продолжение таблицы 2

«К: - Бнофильные элементы

Р 1346 2817 2510

Б 19266 78553 2180 1

Неметаллы

В - 746 ■

Металлы

Ыа - ' 7330 -

мё - . 5719 -

А1 45577 47246 -

Оа 9 !б 22 (30)

ве 0,99 1,07 1,58

У 17 16 17 (10-50)

Ъх 87 90 65

МЬ 3,7 4,4 4,2

ра 0,58 0,45 0,34

Ае 4,9 19,5 0,6

Эп 2,6 2,0 2,3

Те 0,56 0,60 0,47

Редкоземельные элементы

Ьа 33 28 17 (23)

Се 57 57 37 (110)

Рг 8,5 6,9 4,6 (5,9)

N<1 35 28 19 (23)

5т 6,8 5,8 3,7 (5,0)

Ей 1,6 1,6 1,4 (1,6)

ва 7,7 6.6 4,9 (4,1)

ТЬ 1,04 0.83 0,73 (0,52)

Оу 6,2 4,7 4,2 (2,8)

Но 1,15 0,93 0,84

Ег 3,55 2,93 2,54

Ти 0,53 0,42 0,39

УЬ 3,50 2,66 2,47 (1,9)

Ьи 0,52 0,39 0,42

Ш 5,96 4,42 3,10

Та 0,35 0,39 0,48 (0,1)

Р1 0,59 ¡,10 0,91

Аи 0,0 0,17 0,16

Т1 0,43 0,29 0.38

В1 0,70 0,47 ' 0,63

ТЬ 11,3 7,52 5,74

и 1,89 1,22 1,57

Развитие горнодобывающей промышленности повлекло за собой нарушение почвенного покрова на значительной территории региона и формирование специфических тех но генно-н а рушенных почв. Эти почвы не дифференцированы по генетическим горизонтам, перемешаны с щебенкой и обломочным материалом коренных пород. Заселение таких участков естественной растительностью затруднено. Содержание органического вещества в верхних горизонтах изменяется в широком диапазоне - от высоких значений до крайне низких, кислотность определяется характером вмещающих пород.

В почвах, залегающих в зоне техногенного воздействия Учалинского горно-обогатительного комбината наблюдается самое высокое среди изученных печв содержание многих токсичных элементов (ванадия, марганца, железа, меди, сурьмы, тел.тура, цезия, бария, вольфрама, свинца, висмута).

Почвы стационара Кирябинка и Ахуново выделяются чрезвычайно высоким содержанием хрома, келеза, цинка и стронция, а в почвах, залегающих вблизи марганцевого рудника - марганца. Почвы вблизи карьера по добыче золота открыты)« способом, характеризуются также повышенным содержанием золота, серы, мышьяка, хрома и никеля.

Накопление большинства элементов в почвах Зауральского горнорудного региона обусловлено преимущественно их наличием в коренных породах, добываемых рудах и тра нерегио иальным переносом.

Агроэкологии ее кая о кепка химического состава почв по классам

токсичности

Одним из основных критериев экологической безопасности является содержание токсичных элементов в почвах. Оценка проводите« путем сравнения концентрации каждого элемента с известными пороговыми и критическими нагрузками, установленными нормативами и величинами ПДК. Поскольку нормативы содержания ряда веществ не установлены, а уровень токсичности элементов в значительной степени зависит от генетических свойств почвы (содержания гумуса, питательных элементов и вторичных минералов, рН среды, окш:лительно-востановительных условий и т. д.), устойчивости естественных растений и сельскохозяйственных культур, многие ученые (Добровольский В.В., Глазов екая М.А., Коеда В.А., Кабаяа-Пенднас А., Кобата К.) считают более целесообразным ориентироваться по фоновым значениям. Токсичными считаются концентрации веществ, превышающие их естественное содержание в 5, 10 н более раз. Недостатком экологической оценки по ПДК, как отмечает В.И. Кнрюшин (1966), является еще и тот факт, что не учитывается сложение негативного действия нескольких элементов, каждый из которых присутствует в субкригических концентрациях. Очевидно, что если содержание многих элементов повышенное, то их суммарный эффект может привести к экологическому бедствию.

Роль отдельных элементов в пределах своего класса токсичности определяли по отношению к фоновым показателям И выразили в процентах.

Суммарный химический показатель рассчитали как сумму коэффициентов концентрации веществ по формуле: Ъс- где п-чнело

определяющих элементов; Ксгкоэффициет концентрация ¡-го элемента, Ко=С;/Сф|, Фоновые значения были определены по минимальной величине или среднему значению из нескольких минимальных дня каждого региона

Элементы 1-го класса токсичности. Анализ данных по загрязнению почв элементами первого класса токсичности показывает, что основная нагрузка во всех регионах приходится на цинк, селен и мышьяк. Вместе с тем, имеются и свои особенности (рис 2,3). В раРоне Уфимского плато (Северная лесостепь), где содержание элементов в почзах определяется естественными факторами и прежде всего их содержанием в коренных и почв о образующих породах, суммарный химический показатель элементов первого класса токсичности невелик. Исключением являются торфянисто-перегнойные почвы на стационарах Байки (лес еловый) и Магинск (лиственница), в которых обнаружено высокое содержание ртути и селена, достигающее 50,9 и 62,5% соответственно. Суммарный показатель загрязнения на этих участках составляет 34,8-36,6 ед.

Для Юрюзано-Айской депрессии (Северо-восточная лесостепь) характерен большой диапазон изменения суммарнсго химического показателя от 10 до110 ед. причем до 90 % загрязнения приходится на цинк.

Аномально высокие концентрации селена (до 70 %) в почвах обусловлены его высоким содержанием в органогенных известняках в попосе пермских рифовых массивов. Поступление селена в почвы связано с разработкой карьеров и известкованием кислых почв.

В пахотных почвах региона существенный вклад в суммарный показатель загрязнения вносит ртуть (до 60%). Поскольку в породах ее почти нет, накопление ртути связано, по всей видимости, с не-стнцидной нагрузкой.

По величине суммарного показателя загрязнения пахотные темно-серые лесные почвы стационаров Вознесенка и ¡Вольшоустикинское относятся к категории высокотоксичных почв (Методические указания ЦИНАО).

В Зауральском горнорудном регионе, перегруженном естественным содержанием в коренных породах хрома, никеля, кобальта, мышьяка, сурьмы, меди, цинка, свинца и др., множество токсичных элементов поступает в результате трансрегнонального переноса главным образом со стороны Магнитогорска. Величина этого переноса здесь колеблется от 191,5 до 2456,6 мкг/л (Лапиков, 2003).

В связи с тем, что фоновые значении содержания некоторых элементов (цинка, мышьяка и селена) в почвах этого региона завышены по указанным причинам, для расчета вклада этих элементов в суммарный показатель загрязнения в качестве фоновых величин были взяты соответствующие данные Уфимского плато. Фоновые значения других элементов близки.

Северная

лесостепная зона

Горнорудный регион Зауралья

с ад.з ,г зал эт.з 15.9 ид

ЕМд 12.3 1.6 5,1 12.5 1.5 2Д

сса 7.6 е.2 5,1 4,6 1,5 ' 12.6

ВРЬ '5.5 с,6 13.6 11.6 30,1 ХА

□го 6.1 с. 2 в,г 8.з 9 . 7,6

оаь 18,з г!,г 3:1,7 < 35.6 А2 ез.е

Та ПЛ IX,* ИЛ 1й,6 62.9

Рисунок 2. Агроэкологаческач оценка содержания элементов 1-го класса токсичности

Северо-*осточная-;ксостепная-}она

fessäs

WW

riSSS

ш

M

■

ЯЧй

1«

Ш

r

ML

».г;

ш

вознес. ÔOîHec, ffeinee, Eßinec, íytxí. PyKÍhMO

iiyt Ftec fiyf пешня Пвшпя лес ЛУГ

О Se V 2,S e^ 14,8 7 3.1

а«з OS 1JS 2.8 58,7 60.2 0,9 765

□ Cd 5,7 6.2 11.8 16.6 2 11.4

apt: 2.1 5.2 а^ 3,3 7 1.4 Î.Î

Din тг.т SO ES .7 1E.6 0 «ЦБ ■з,з

HAS 10,5 0 m 7 1.1 4,6

Zt 103,2 33,9 47,1 ш 101 ,í 43,7

fc.ï'CrTW, 5 f Носуми, Ургото, Ургаяа, Лрсеуп. ^онн^л. гч a и

рлс. rtatine паяня лес rtyr

2.4 70:Э 7 2,5 1,3 Sí

1.4 5,7 S« 1 0j9 S3

4.9 5,7 19,3 3 4.6 H,J

3,1 5,7 3,S 1,6 1,7 3,6

eis 0 " W.2 S5.5 26,S

е/ 12 4,! 5.5 6 3,3

Ш 13,5 Í7.3 101,9 IK.? JJ.6

. леГ ПГГ tiyf rr-'t

Sí 79 S ,4 <v

3 4,1 V6 63.1

17" 11.6 21J 0

Г.Э 0 Я Iß

те.1 Ï7.S 4

0 а Û 1Í.?

29,П 21,1 m 1Á5

Рисунок-3. Лфоэк0логич«кая оцшкя-солфжання-злем«гтов Í-го-кгтасса'токснчност

Наиболее высокие значения суммарного показателя загрязнения в этом регионе выявлены вблизи Учалинского ГОКа (39,5-62,9), самые низкие - на стационаре Кнрябинка и Ахуново под лесом. Основной вклад, независимо от общего уровня загрязнения, среди элементов 1-го класса токсичности вносят мышьяк и селен. Содержание ртути и свинца в значительной степени определяется техногенным фактором и в меньшей мере зависит от естественных характеристик территории. Содержание ртути в почвах этого региона относительно невелико (1,5-10,2), но доля свинца достигает 30,3 % в почвах вблизи ГОКа.

Элементы 2-го класса токсичности. По содержанию элементов 2-го класса токсичности и их суммарному химическому показателю регионы значительно различаются (рис 4,5). В наиболее чистом районе Уфимского плато суммарный показатель загрязнения не превышает 10 ед. (3,3-8,5). Основную роль в этом плане играет молибден, доля которого составляет от 13,7 до 69,6 %. На втором месте высупает хром (16,4-30,4 %), далее кобальт, никель и медь, количество которых изменяется в близком диапазоне.

В почвах Юрюзано-Айской депрессии общий уровень нагрузки элементами 2-го класса токсичности заметно различается в зависимости от принадлежности к экосистеме. Самыми низкими суммарными показателями загрязнения характеризуются пахотные почвы (1,0-3,6), самыми высокими — луга (6,3-40,3), промежуточное положение занимают леса (16,0-26,0). Основной вклад в накопление элементов этого класса в почвах всех экосистем вносит молибден. На втором месте в почвах пашни находится кобальт (20,0-33,2 %), под лесом и лугом больше содержится меди (16,8-49,3 %). Содержание хрома и никеля в целом незначительно.

В почвах Зауральского горнорудного региона суммарный показатель загрязнения изменяется также в широком диапазоне (1,3-25,9). Минимальные значения характерны для почв стационара Комсомольское, максимальные -Ахуново. Вблизи Учалинского ГОКа в почвах почти половину нагрузки среди элементов 2-го класса токсичности, как и следовало ожидать, составляет медь. Доля молибдена и хрома здесь также велика (18,2-27,6 и 15,9-18,2 % соответственно).

В почвах стационаров Сафарово, Кирябинка и Ахуново преимущество составляет хром (41,1-65,1%), относительно высоко содержание, в них никеля и кобальта (18,3-28,5 и 7,6-24,4 % соответственно).

«\

Северная лесостепная зона

(004 90% 904 70* 60%

404

20% 104

1ао%

60%

40%

20%

0%

1«,* :

99

Байт, л*й Байки, пут Ьяйкн. лес Мщхнси.'л» с Абыэо». луг каранр, пес Каралр.

ВМо 44 вэе 58.4 37.3 13,т ■■■ 45,7 50.4

□ Си 0 0 11.9 . 13,3 . 13,1 13,1

ОЫ| . 114 0 10.9 20 гг в.г 11.3

□ Со 19,4 0 10.9 13,1 31.3 156 0

ИСг 33.2 30.4 9.9 16,1 " 24.6 16.4 19.1

2= 5.2 5,9 3.5 «Д 8.5

Горнорудный регион Зауралья

Шв

59.1

«9,1;

: 47:

И*!

«.г

ШМр

йт

43 ;

ЩЗДШЙ

15.9

Сафароао, лес Комсомольск». ЮГ Кирчбинка, лес Ахуново, лес Учалы (ГОК)

ВМо (6,5 18.9 6.( 13.6 18.2

РСи 6.3 18,9 6.1 3.4 47

ИМ 2 В. 5 18,9 18.3 13.2 6,4

ОСо 7,6 24,4 10.4 4,4 10,2

□Ст 41,1 18,9 59,1 65.1 (8,2

Ъ, 11.8 13 2.4 23.9 14.7

лэп 27,6 43 7,6 5,9 15,9

11.0

Рисунок 4. Агроэкологическая оценка содержания элементов 2-го класса токсичности

Рнсутк-5. Атроэкалогнческая оцшка- содфжания элемшгов 2-го-класса'токсичности

Элементы 3-го класса токсичности. Основная нагрузка среди элементов этого класса токсичности во всех регионах приходится на барий, вольфрам и марганец, что обусловлено их исключительно высоким содержанием в коренных и почвообразующих породах.

Самое высокое содержание бария (50-90 %) и соответственно максимальные значения суммарного показателя загрязнения элементами 3-го класса опасности (до 76 ед.) наблюдаются в почвах стационаров Юрюзано-Айской депрессии, где барий является сопутствующими элементов в хемогенных н органогенных известняках.

Повышенное содержание вольфрама выявляется локально в почвах Юрюзано-Айской депрессии, а максимальное (67,3%) - в почвах вблизи Учал и некого ГОКа.

Содержание марганца в почвах регионов возрастает с запада на вост ок и его максимальные значения (30,8-44,1 %) определены в почвах стационаров Комсомольское и Кирябинка Зауральского горнорудного региона, расположённых в относительной близости от карьеров по добыче марганца.

Меньшими по значимости среди элементов 3-го класса токсичности являются стронций и ванадий, доля которых во всех регионах изменяется в диапазоне 10-20 % н зависит преимущественно от содержания в коренных породах.

Выводы

1. Содержание валовых форм изученных 63 элементов в почвах Южного Урала в связи со сложным геологическим фоном, разнообразием антропогенных воздействий и трансрегиональным переносом изменяется в очень широком диапазоне от нуля до п*105мг/кг.

2. В Северной лесостепной зоне темно-серые лесные и торфянисто-перегнойные остаггочно-карбонатные почвы Уфимского плато характеризуются укороченностью почвенного профиля, высокой гумусированностью и поглотительной способностью, наличием карбонатов. В связи с отдаленностью региона от промышленных центров, высокой залесенностью (более 75 %) и геохимической устойчивостью почв в них не выявлено накопление токсичных элементов.

3. В Северо-восточной лесостепной зоне (Юрюзано-Айская депрессия) обнаружено повышенное содержание многих элементов, обусловленное как природными, так и техногенными факторами. Естественное загрязнение обусловлено в основном поступлением токсичных элементов из почвообразующих и коренных пород (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, селен, цинк, никель, бор, медь, вольфрам, ванадий, барий, титан, стронций, рубидий, гафний, цирконий и др.), биогенным накоплением (особенно серы, мышьяка), наличием природных аномалий (редкоземельные элементы, особенно празеодим, неодим и гадолиний в серой лесной почве стационара Аркаулово). С техногенными факторами связана аккумуляция свинца, ртути, селена, цинка, ванадия, стронция и др.

4. Содержание и распределение многих элементов в профиле почв определяется процессом оподзоливания, который приводит обеднению ими гумусово-акк кумулятивных горизонтов, миграции и накоплению в иллювиальных слоях почвенного профиля. Наряду. с щелочными и щелочноземельными элементами, это проявляется для кобальта, меди, марганца, никеля, ванадия.

5. Аккумуляция многих элементов в почвах.,, обусловлена.... их гумусированностью, но наличие достоверной (при Р=0,95%) корреляционной зависимости с содержанием гумуса выявлено только для бора, кадмия, цезия, висмута, никеля и золота, , ....;..■■

6. Накопление токсичных элементов в почвах в значительной степени определяется также их принадлежностью к различным .экосистемам. Так, лес способствует выносу из почвообразующих пород стронция, мышьяка, титана, скандия и др., но задерживает поступление в почву элементов из атмосферы. Луговая растительность аккумулирует бор, кадмий, селен, литий, ванадий, цезий, железо. В почвах пашни высокие концентрации ряда элементов обусловлены их привносом с удобрениями, мелиорантами, пестицидами (ртуть, селен, литий, стронций, алюминий и др.). .

7. В почвах, залегающих в зоне техногенного воздействия Учалинского горно-обогатительного комбината наблюдается самое высокое среди изученных почв содержание многих токсичных элементов (ванадия, марганца, железа, меди, сурьмы, теллура, цезия, бария, вольфрама, свинца^ висмута). Почвы вблизи карьера по добыче золота открытым способом характеризуются также повышенным содержанием золота, серы, мышьяка, хрома и никеля, а вблизи марганцевого рудника - марганца.

8.Агроэкологические условия в исследованном регионе Южного Урала ухудшается с запада на восток: Уфимское плато - Юрюзано-Айская депрессия -Зауральский горнорудный регион. Среди элементов первого класса токсичности основная нагрузка приходится на цинк, селен и мышьяк; второго класса - на молибден, хром и медь; третьего класса - на барий, вольфрам и марганец.

Предложения производству

Для предотвращения дальнейшего загрязнения окружающей среды высоко токсичными элементами при выветривании вскрышных и выведенных на поверхность рудных пород необходимо своевременное, проведение рекультивации отвалов и карьеров, образованных при добыче полезных, ископаемых. . . . . .....

В Дуванском районе необходимо провести рекультивацию карьера по. добыче известняка на горе Малиновая. Карьер в настоящее время не разрабатывается, но является источником поступления в окружающую среду ряда токсичных элементов, прежде всего селена.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. Асылбаев И.Г., Хабиров И.К. Экология и геохимия почв под сосновыми лесами Северо-восточной лесостепной зоны РБ.// Лесное образование, наука и хозяйство: сборник докладов научно — практической конференции, 30 мая 2003 г. - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ. С.126-127.

2. Хабиров И.К.^ Асылбаев И.Г. Распределение ртути в горных породах, почвах и растениях.// Всероссийская научно-практическая конференция. «Рать средств химизации в повышении продуктивности агроэкосистем» Уфа: Изд-во БГАУ,2003;С. 186-189.

3. Хабиров И.КАсылбаев И.Г. Распределение свинца в горных породах, почвах и растениях. // Всероссийская научно-практическая конференция. Роль средств химизации в повышении продуктивности агроэкосистем. Уфа: Изд-во БГАУ,2003; С. 189-192.

4.' Хабиров И.К.; Асылбаев И.Г. Особенности химического состава почв Уфимского1 плато. // Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО (Международная конференция Агро-2003.), Уфа. 2003. С. 200-201."

5. Хабиров И.К:, Асылбаев И.Г. Содержание высокотоксичных элементов в почвах Зауралья РБ. Труды Международной конференции « Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» Изд-во ФЭН. 9-12 июня 2003 г., Казань. С. 221-222.

6. Хабиров И.К., Старова Н.В., Абдрахманов Р.Ф., Давлетшнна М.Р., Асылбаев И.Г. Геохимия и экология почв Северо-восточной лесостепной зоны РБ: вопросы устойчивости и математического моделирования.// Сборник-докладов научно-практической конференции «Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы природопользования». Уфа:изд-во БГАУ,2001;С. 16-22.

7. Хабиров И.К., Якупов И.Ж., Асылбаев И.Г., Абдуллин Т.Н. Влияние содержания токсичных химических элементов в почве на их концентрацию в Продукции растениеводства. // Проблемы и переспеет ивы обеспечения продовольственной безопасности регионов России. Материалы всероссийской научно-пракгической конференции. Уфа: БГАУ, 2002. С.461-464,

8. Хабиров:И.К:, Асылбаев И.Г., Абдуллин Т.Н. Э колого-геох и м и ч ее кое обоснование необходимости рекультивации отвалов и карьеров, образованных при добыче полезных ископаемых на Южном Урале. // Республиканская научно-практическая конференция посвященная 90-летию мелиорации земель в Республике Башкортостан. г.Уфа: БГАУ, 2004. С.99-102.

Лицензия РБ на издательскую деятельность №0261 от 10 апреля 1998 г. Подписано в печать с оригинал-макета 01* 2004 г.

Формат ¿¡^/ЦБумага типографская. Гарнитура Тайме. Усл.печ.л/, Я? Тираж 100 экз. Заказ № 2 26 Издательство Башкирского аграрного университета. Адрес издательства и типографии: 450001, г.Уфа, ул.50 лет Октября 34,