ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ВЫБРОСОВ ЧЕРЕЗ АТМОСФЕРУ НА ХИМИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

Гутиева, Надежда Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ВЫБРОСОВ ЧЕРЕЗ АТМОСФЕРУ НА ХИМИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ВЫБРОСОВ ЧЕРЕЗ АТМОСФЕРУ НА ХИМИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ"

ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ни. В. И. ЛЕНИНА

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ _ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. В В. ДОКУЧАЕВА

4 На правах рукописи ГУТНЕВА Надежда Михайловна

УДК 631.1«; 632.15 :в31.095.337

( ■ .' - '

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ВЫБРОСОВ ЧЕРЕЗ АТМОСФЕРУ НА ХИМИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

06.01.03 — почвоведение

Авторефера* Диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

■ і

МОСКВА — 19»

Работа выполнена в Почвенном Институте Им.. В. В. Докучаева, в лаборатории химии почв:

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных на-•ук, профессор И. Г. Важенин.

Официальные оппоненты — доктор биологических наук, профессор А. Д. Фокин, кандидат сельскохозяйственных наук A.A. Ерофеев.

Ведущая организация — Московский ордена Ленина, ордена Трудового Красного Знамени и ордена Октябрьской Революции Государственный университет им. М. В. Ломоносова,

Защита диссертации состоится *

1986 г.

■ в часов на заседании Специализированного совета

Д 020.25.01 при Почвенном институте им. В. В. Докучаева. • Удпес: 109017. г. Москва. Пымг^ский пер., 7.

А*'" ■■■ ; шет;:?- .,

;омнться в библиотеке Почвен-¿ева.

'.'.. Ученый секретарь Специализированного совета — доктор биологических наук . профессор

1986 г.

B. C. Одинцов

' V

, Актуальность проблемы. Стремительный прогресс науки и, техники потребовал значительного увеличения производства и потребления черных и цветных металлов, пластмасс, строительных н других материалов. С ростом промышленного производства, быстро возрастает потребление руд, угля и нефти, сжигание и переработка которых -привели к значительному загрязнению окружающей, среды техногенными выбросами.

Разрешение конфликта между экономическим развитием общества и сохранением природной среды заключается в комплексном подходе к проблеме взаимодействия факторов промышленного развития и охраны окружающей среды.

■ Коммунистическая партия и Советское правительство принимают необходимые меры для охраны природных ресурсов, в том числе почвенного покрова. Об этом свидетельствуют ряд постановлений ЦК. КПСС и Совета Министров СССР от 29 декабря 1972 г., 1 декабря 1978 г., Верховного Совета СССР от 20 сентября 1972 г., Конституция (Основной Закон) СССР..

Большая часть содержащихся в воздухе пыле-газовых промышленных выбросов поступает в почву, В сферу, воздействия выбросов промышленных комплексов попадают значительные площади ■ земель, включая сельскохозяйственные угодья. Ежедневный объем выбросов металлургического предприятия исчисляется сотнями тодн. Накапливаясь в почве, выбросы изменяют ее состав, свойства'и этим самым оказывают влияние на плодородие почвы.

Изучение характера изменений, установление причин снн-•жения урожайности, качественного изменения урожая сельскохозяйственной продукции н поиски путей ликвидации вредного воздействия выбросов являются важнейшей задачей ^ сельскохозяйственной науки и сельскохозяйственного производства.. " •'•'.•'•••.''■'

Цель и задачи исследования. Целью наших исследований являлось изучение влияння техногенных выбросов металлургического комбината через атмосферу на химический состав и агрохимические свойства дерново-<поДзолисть(х почв; ;

Цель работы »пррпря»простановку ц решение следующих задач; 1 | Ц'нч раль.-мя

■ - , ^НАУЧНАЯ СИВУЛОТЕНА

■ им, К. д. Тимирязева

\ Т. Изучить шшяние техногенных выбросов на валовой хи мический состав почвы.

■'':. 2. Изучить влияние техногенных выбросов на химические и агрохимические свойства почвы. ; ; ■ ; 4 ■

3. Установить влияние загрязнения почв техногенными выбросами и тяжелыми-металлами на рост, развитие и уро-. жай растении. \ .'■;■ -- ..

~ . Научная новизна. В; условиях Нечерноземной зоны впер* ' вые дана характеристика валового химического состава почв,. . испытывающих воздействие техногенных выбросов через ^атмосферу металлургического^ комбината. Установлено влияние техногенного загрязнения на основные химические и агрохимические свойства почвы.: Впервые оценен уровень плодородия почв, находящихся на, разном: расстоянии, от источника выбросов. Показана существенная роль-в изменении, состава; и свойств почв таких загрязнителей, как карбонаты кальция и магния. . ... V-'''■'■:■■■'■'.-.'''у - - -V'■' ^ :-■"■.'- '■V-,-. '-..■ ■ Практическая ценность. Полученные результаты позволили установить;зону максимального -воздействия . техногенных ' выбросов на состав и свойства дерново-подзолистых почв. ■ '-'■■ ; СВ вегетационно-полевых опытах определена - токсичность; цннка(1марганца; и никеля для ячменя. Установлено, что сте-.пень.загрязнения почв определяется не только накоплением / тяжелых металлов; но и* снижением^ содержания подвижных форм основных питательных элементов ()ЫРК). Результаты-исследования могут использоватьсждля оценки масштабов загрязнения почв техногенными выбросами, а также для прогнозирования потерь в урожайности с/х культур. " Л ; : г ,- Апробация работы. Результаты, исследования докладывались на конференциях молодых.ученых сельскохозяйственной 1 академии им. К. А. Тимирязева (1079) и Почвенного.института, им. В..В, Докучаева (Москва 1980). Материалы'диссер-, ■ : тации в.виде отчетов обсуждались и были одобрены на науч-. но-производственных совещаниях лаборатории химии, почв' Почвенного института. (1978, 1979). - . '..."'• ; : \ ' ■ > г; Публикации.. По теме диссертации опубликовано 3 рабо-. ты, 1 находится .в печати. - ;■■■.'.>;,■■. ■ ■■'/^■.'у

.:Объем; работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, приложен ■ ния. . Работа содержит .страниц, машинописного текста, имеет таблиц, рисунков. Список литературы. содер«-жит . . • наименований, из ннх иностранных. ;

^ . :';у Объекты и методы исследования ууу / -у'.--

• Объектом ^исследования у являлись дерново-подзолистые почвы,; расположенные в сфере воздействия крупного металлургического предприятия на Северо-Западе нашей страны,'

- Образование игразвитие почв в регионе происходит в условиях бореальиого .(умеренно-холодного) пояса, центральной таежно-лесной области. Характерной особенностью исаде-дуемой территории является наличие карбонатной морены тяжелого, механического состава в . качестве почвообразующей 'породы, V ■. ■■' ■ ~ - '.'-■■ ■.".. ■ .. ■ Л.-: .V- :

* : Для изучения влияния .техногенных выбросов в окрестно-; стях предприятий на состав и свойства почвы, по направлению господствующих ветров (С-СВ) было . выбрано шесть опытных площадок, "на расстояниях 0.5 .(1);_ч2.0 (II); 5.0 , (III); 7.0 (IV); 10.0 (V) н 50.0 (VI) км от завода. .: . ■

> Площадки размером,,! га располагались на залуженных участках, покрытых злаковым разнотравьем. Задернованность площадки позволяет определить глубину проникновения, загрязнителей по почвенному ■ профилю. Для сравнения, рядом с луговыми участками - были заложены опытные. площадки ■ на пашне. ■ -V - / •.' .••' ■ . \у.,;

Изучение влияния -промышленных выбросов через -атмосферу на состав и 0 свойства почвы проводил ось в-полевых и лабораторных условиях,. Почвенныеобразцы отбирали и готовили ;» анализам в; соответствии с .«Методическими , указаниями по зоохимическому обследованию и картографированию почв на -содержание микроэлементов» (Важенин, 1978).

На луговых площадка х из. слоев 0—5, 5—10, 10—20 см гумусового горизонта отбирали смешанные почвенные образцы, составляемые не.менее^чем из 20 проб. В пределах рабо: чей площадки на наиболее характерном месте закладывали' почвенный разрез, из которого: по "генетическим горизонтам отбирали образцы." На пашне отбирали смешанные образцы из 20—25 проб пахотного; (0—20 см) . и "подпахотного (20— 40 см) горизонтов. , ■ ■ - :

В почвенных образцах определяли валовой химический состав — рентген флуоресцентным методом, подвижные формы металлов в" 1н:НС1 вытяжке —конечное определение на атом-но-абсорбционном., анализаторе;основные агрохимические свойства, почв — согласно общепринятым - методикам' (Ари-нушкина, 1969; Агрохимические методы исследования почв, 1975). Содержание серы - 'определяли1 методом Айдвняна (1975). Интенсивность нитрифнкационной и аммоннфикаци-. онной-способности/почв ^определяли методом Крав ков а. Общую микробиологическую активность почв^определяли методом Мишустина и Петровой (1965). ; : ■ ■'■

■ Для сравнительной характеристики . плодородия дерново-подзолистых -почв в зависимости: от степени загрязнения выбросами комбината был проведён вегетациоино-полевой ..опыт ; Ь Типичной зерновой культурой - в • регионе : является ячмень, который и был использован; в опыте., С луговых пло-

щадок,нз верхнего* 0—5 см слоя отбиралась почва, котдрая , использовалась * для набивки і вегетационных сосудов.. Опыт проводился на площадке .VI в 50 км на С-СВ от 'источника ; .выбросов по методике Важеннра (1969). • ; ■ ^

1 ; Тяжелые металлы (2п, Мп и N1) являются, наиболее токсичной частью выбросов предприятий черной металлургии. ■ Для определения степени токсичности -, этих металлов и их влияния на урожайность и качество ячменя был заложен ".Г вегетацнонно-полевой опыт 2. Для на-бнвки сосудов использо-Л вали верхний 5, см; слой гумусового горизонта почвы с пло-щадкн VI.' .. . . г.: і /.

- . ' ' В качестве тяжелых металлов использовали хлориды цин-

ка, марганца и никеля, которые вносили в (почву в виде вод; ных растворов. Совместно . с тяжелыми .металлами вносили ' , : минеральные удобрения. Доза ^РКД соответствовала внесе- , ■ - нию на 1 кг воздушно-сухой почвы 0.15 г N. и по 0.10 г Р^Ов -

'■>.'" В обоих вегетационно-полевых опытах ячмень убирали

в; фазе восковой спелости. Составляли среднюю.пробу расти- ; / тельного образца (корни, солома, зерно), в которой опреде-

- і ляли М,. Р. и К — ускоренным: методом Гинзбург, Ре, Мп/ гп, .,:■. : ; ■ Си н N1 — рентген-флуоресцентным методом (Большаков, Тон; коногова 1980); белки, жиры и углеводы —на ннфралайзере.

. .. Повторность., опыта 4-кратная. Основные данные .полевых и лабораторных исследований обработаны - методом ва-'■:'.": риацнонной статистики (Доспехов, 1979). . .--О"

•'.-.. Химический состав загрязнителей и-его .влияние-на; валовой состав почв и содержание подвижных форм микроэлементов.:.;--;;

^ V--V;; Изучаемые почвы подвергаются интенсивному воздействию выбросов через атмосферу нескольких мощных предприя- ; тий в составе комбината черной металлургии: —доменный ; ; цех,.агломерационная фабрика, коксохимическое производств і; во, - известково-доломитный цех,' сталепрокатный ,цех,- ТЭЦ .; : ~ и др.; Из этого следует чрезвычайно большое разнообразие

техногенных выбросов и по химическому составу и по физиче- V V скому. состоянию. . ■■^■а».^ :';'.■:'■' ■

;Металлургический завод ежедневно выбрасывает.в атмо-: сферу сотни тощі пыли.. В несколько раз больше поступает ;. •загрязнителей в атмосферу в виде газов, жидкостей и аэрозо-

-.у;- А ;-, '^л.у:,:-.--і;-А'.'-1

// - I Тин воздействия на природную среду предприятий чер-ч ^ой металлургии определяется состоянием и составом воздуш-'

м;'

Л-ii';:-

Таблнца!

Валовое содержание макро* н микроэлементов в дерново-подзолнстык ' , --почвах окрестностей ЧМЗ ' ':'■■■ ''

!■■ ■ ) '.

. НсЫер -площад-к» ■ Горизонт'-'," глубина •' 'В см, .;.>','<:'.; на воздушно-судое вещество У'-:'--О-мг/кг ' ■ ■ ■; ^ ■■.

SiOj. AJiO э РегОэ СаО MgO KaO ТЮ2 Мп': г' ^ Сг Zn Rb РЬ Аз Си; Ñi

■■ 2 -'V -'. 3 '■■ 4 6 " v7-: . 8 . 9 10 П 12 13. 14 15 "Пё" 17"'

; i о.5 Л, 0-5' • 5-го 73.9 8.5 10.5 Э.1 аэ 1.9 0.7. 1085 188 178 ; ш"; 50 S3- "32, 25 '

73,3 8.3 *6.5 2.6' 0.8 1.9 "0.8 835 W : 97 71 27.' за 29 С2

.AjB 25-30 74.»' 7.8 4.5 1.7 0.S 1.9 0.7 700 72 '46 70. 23 26 21 19

В, 45-53 72,8 8.1 4.9 1.7 0.5 1.8 О.б' 815 87 49: ; 85, ;34:, 29 ' ■40: 3J

В, 70—60 70.6 ■ 4.8: •1.6 0.6 2.Ü 0.6 820 70 '50 70 :: 26 22 44 31

ц . С 90—100 74.5 9.7 49 1.7. ' ; о.б 2.1 0.6 820, . 72 : 5Г ■ •72 24 23 45 21."

II 2.0 ' А, 0—5 . ■'72,9- 9.3 •12.7 3.5 i.r 2.0 0.8 1400 242 . •195 71 50: 35 '•13.

... ' . . 5-20 72.4 9.4 ■ 6.7 ,2.5 0.7 V 2.0 : aj 855 120. 111 66 . ' 70 41 33 25

A¡B 30—35 • 73.7: 8.5 /4Л 4.5 ' 1.3. 0.5 2.0 .0.6 785 75 65 6й •49; 35 29 21;

. В, 50—60 72.7; 1.6 •0.7 1.9 0.7 830 51 ; 42. 77 49 41 31 21

Ьг 70-80 ' .74.4' * 9.4 3.9 1.4 : о.б 2.1: -0.7 900 49 . 58 63 63; 35Г 41 25 •

■-•¿А /IllÁO • С 100-100 ДО.9 9.9 3.5 1.4 - 0.6. ■;: -Í-' 22 0.5 830 .72. 56 55 33. 38 43 27;

Ai 0-5 \ 74^6 ■ 9.0 6.5 '' í'7 Ч 0.7 2.0 ■o¿ 970 94 98 / ' • • - / 66/ 67 4Э 28 ,29 •' * Г

, ty : ¡,.. .

: "і. ■■ ' 4 -, • L >.:2 ~ • • •> ' _ 4 5 і ' л ;6 7 '

; "А ■ v. '■ І—20 : 75.6' .. 8.7 4.7; 1.5. 0.7

•' - ' • » - } "V AjB 25—30 75.a S.ï 3.6 ЇЙ '0.5

вГ '45—55 74.4: ■9.7 4.4 1.3 0.7;

с. 100-110 74.1. 9.9 4.1 * • • і " 1.6 0.5

IV; 7.0 .лі 0—5Л' П5. 4.6 1,7 . 0.7

1 • '' г • ■ . fc '.5-20 lit ■ 6.9 4-2 0.6

7 ■ ■ ■ . ■■■■..-.•. AÍB 25—35 .75.8 ' і9 3.3 as '0.4

. в, 40—50 715 8.5 3.6 - 0.9 0.4

' ' ■ ' ' ' - ' 60—70 74.5 6.4 3.0 , 1.4 0.6

С ; эЬ-Voo 74.0 95 * 3.5 ; 1(5 03

. V 10.0 - л. 0-5 7W 9.4 ; 3.4 ■1.3 0.б'-

к-- • . • 1 V і 5-20 ; 75.8 .9.4 ; 3.6. 1.3' 0.6

A¡B 25-35 76.9 8.5 2.8 ' 0.7 ,0.4

В, 40^50 75.0 V 9;l ' Э.1 ■ ?-9 0.6

В* '70^-80 75.2' 9,3 3.5 0.9 Ó.7

- .'-■■'■-. .■:■■ . V.' '■' С 110-100 ■74.О1 . 9.0 ' : 3.4 13

продолжение таблицы 1

■Л .- ■■ V ■

У 9 ■ . < І0 И 12 із 14 15 16 17

.2,0; 0.7 770 ; 84 . 70 71; 48 23 28 23

2,1 .oie 690 50 ' 49 . 70 .44" 25; 26 2Г

' 2¿ ■ÖJ m 52 59 77. 67; 'зб: 49 "25

0.7. 830 : 78 56 76 46 23 36 , 23-

ъ 0.6 845 93- 88 65 41 42 26 27',

2.0 <0.7 820 ' ¿2 68 'à' 50 29 ; 26; 21;.

Й.1 0.6 550 48 . 50 40 48 23/ 20 28.

2.0 ' 0.7 820 .55 .68 65 63 32 33 26.

2J3 : 0.6 820 80/ 55 64. 38 23 .43 126,

' 0.? 820 54 '67: .34 .■ .24. 43 . 27-

■ (1.9 ; О.Т 845 91 87- 62 Г. 34 ■30; 28 Й9"

■ 2.0 ■ 0.7 835 87 82 70 22 25 2Г 23:.

.2.0 -0.fi' 520 '80 ч • . 75 61. 20 21 22 ; 19

2.1 ч 0.6 800 96 55 711 ' 14 21 ■ 38 21,

2.2. 0.5 820 ■ 80 55 64 : 21. 20- 26. 20';

¿V 0.6 .'820 ; 80 ; 54 : 75 .-'■. 22' 23 23-

• ' I л'.

- ных выбросов:; газообразных'.: (подкислителей) ■ -'и*'пылевых выбросов (Важенин, 1980, Калуцков, 1982). - Средний.состав выбросов, поступающих в.атмосферу, представлен в основном.соединениями железа, кремния- кальция,: магния и серы, тяжелыми металлами. Особое внимание обращает на себя высокое содержание в составе выбросов взвеет ково-доломит но го производства —окислов ,и ~ карбонатов кальция и магния (до 70%). .

Являясь "слаборастворимыми ' соединениями (сульфиды, карбонаты-й.др.), загрязнители не!мигрируют по почвенному, профилю, а: накапливаются, в верхнем-слое-почвы. Выбросы агломерационного и мартеновского производства на 60—80%' представлены окислами железа.; ■ , ~ л -

С крупнодиспёрсной частью выбросов соединения железа распространяются на расстояние до 5 км от;завода, причем, до 2 км оседает наибольшее количество железа. Валовое содержание железа в верхних 5 см почв I—II;площадок увели: чилось в 2—3 раза по сравнению с фоновым (таблица I). По данным Лычкиной (1980), в 1 см слое этнх почв содержание . железа нижней; части гумусовогб горизонта незначитель-, но.".-.'' :'; - , .. с1.'. ■..' . :;'■ '■ -■■■.■.■■'.■ "' ■ ."■'.■'■'■■.

В верхнем слое почв, расположенных на- расстоянии до 2 км, содержание кальция возросло до.З—3,5%. Содержание магния .здесь увеличилось почтн^в 2 раза. В меньшей степени загрязнены кальцием и магнием почвы площадок III—IV.

Несмотря на невысокое содержание в составе выбросов тяжелых металлов (0,48—2,49% марганца, 0,03—0,07% цинка; 0,06—0,08%-хрома), установлено, что,благодаря длительному воздействию выбросов, поверхностный слой почв окрестностей комбината загрязнен тяжелыми; металлами.; Более ярко; выражено 'загрязнение почвенного покрова на расстоянии 0,5т-2,0'км (площадки I—II) от завода. Прячем, максимальное количество хрома, марганца и цинка обнаружено в верхцем 5 см слое.; Содержание марганца в этом слое 1—III площадок увеличилось до ;1000—1400 мг/кг, а содержание хрома й цинка увеличилось в 2 раза: Загрязнение нижней части гумусового горизонта незначительно.- '..,.:.'■ ■

Наибольшим содержанием/ подвижных форм микроэлементов характеризуются почвы I и II площадок. В пределах почвенного профиля выделяется слой наибольшего (0—5 см) и максимального (0—1 см) ^содержания подвижных форм тяжелых металлов (таблица 2):~ Наиболее подвижным элементом, является марганец. Содержание его растворимых форм увеличивается в два раза. Меньшую подвижность имеет цинк, ; но растворимость техногенных соединений Цинка .значительно выше почвенных,, поскольку содержание его ^подвижных форм: в загрязненных „почвах:, в: 4—5 раз: выше».чем-' в неза-

грязненных/-- Наименьшей -■ подвижность» характеризуются ■_-. ' ^ " соединения меди,, хрома и никеля. В почве I' площадки :;; , содержание подвижной' медн составляет бол ее. 25% от вало-. вого, а подвижность никеля возрасла в б раз. . . ■ :

■ 'у- '7—у V: • '" - : ' Т а б л и ц а 2

" , - Содержааие тяжелых металлов в 1н НС1 вытяжке «и почв

'л.'--- ' ■ (мг/ет) • ; .• •'••.'•' " ' • - •'•

Номер • площадки Глубииа ' В СМ ■ •' Мп' ; , Сг ' гп .С" У ^ N1 ; _

Уо—1-У - 290 ' 3,5 V 45,1 ¿,4 ■■■ 3,0

'■'. 1—5 : 250 . • 3,0- ■■: 31.6 ..

5—£0 ■-' • 1в5 • 2,2 . !; 12.» ■ 3,4 -, .1,6 V.

' ; П у 0—1 - • 580 .. 2Д • ' 52,7 Г ' 1.0 А

' ^ Л Г т. - ' '* " 1—5 • 380 2,0- ; 37,0 . 6,7 • 0;8 .-

г-'',:'' 240 2,о 15,6 5,в " .

. ; Ш - ' : ■- 0—1 280 „ 1,2 И,в ,У 4,2 •. 0,8

- '''.V 1-5 >:; 250 . 1,1 10,5 У ■ 2,9- 0,6

! ■■ , .. ' ■ 5-^-20 : 105 V 010. 6,6 2,3 , 0,2 -V

• IV .; ■■ 0—1 . V \?30 1,1 • V 10.5 : 3,0 : 0,а .

1—5 5)0- . О.в 9,в , 2,9 "-Л 0,4

5—20 ' -160 о,в 7А г . 2,1 о,э. :

: ■ V . -У . . 0—1 ' • :'20о :т. ,1,1 Г 9,8 3,3 ■! ■--.«к*,

"V 1—5 200 ■■■- 1,0 . ' 7,9 "■'2.5 ;

• ч.'/? г:"--* "• • 5—20 - 155 1,1 6,3 0,2:

- .Влияние загрязнения на агрохимические" свойства почв. 1 '. Установлено, что, в почвах I—IV площадок отсутствует , ;; актуальная и обменная кислотность; а в гумусовом горизонте площадки I отсутствует н гидролитическая кислотность (таблица 3).-

Содержание обменных оснований заметно увеличивается -У: приближением -участка к источнику выбросов. Сумма каль-;'.; ция и магния в верхних 5 см гумусового горизонта бозрастает V с 10,5 мг/экв (V площадка) до . 17,4 мг/экв (I площадка). Карбонаты кальция магния и других металлов выпадают на ; "У-У поверхность в таких'количествах, что на наиболее загрязнен* - ; \ ных участках они обнаружены в свободном виде. Максималь-. ное. количество карбонатов -зафиксировано; на первых, двух ;■..: Площадках, В незначительных количествах они присутствуют на III и IV площадках и не обнаружено на V площадке.

Техногенное загрязнение почв .сказалось на" содержании . ' подвижных форм питательных элементов. В верхней - части У; :; гумусового горизонта. загрязненных почв обнаружено 14,7— '

• 15,9 мг Р2О5 по сравнению с 24,8 мг в почве фоновой V пло-; щадки. В нижней части гумусового горизонта различия между почвамнуЛ—.IV .и ;У ',площадок ' незначительны. Снижение VI содержания усвояемых- фосфатов ь загрязненных почвах -свя-

аблица

Влияние техногенных выбросов иа агрохимические свойства почв (гумусовый .горизонт) ■

. Номер плошадкн| расстояние , ■ в км от комбината ■ ^ Горизонт ' ' глубина в см рН Нг Са Щ ■ поглощенные ¡основания ■ РА К*О С02 ,%■ Гумус ,'■ (% ■

водной солевой мг/100 г ,

мг-экв/100 г

; 1 0.5 . . А, 0-5 8.0 , 75 13.9 3.5 ■ 15.9 .. '.9.9 : 23 .

5-10 . 78 ' 7.4 , "— 13.2 3.1 16.7 • 7.3 ' ■ М : 1 4.0

10-20 . Л7 . 72 ; " — '10.1 3.1 17.0 .5.7 0.5 . 2^5 -

II 2.0 А, 0—5 : 7.6 . . 6.9 0.8 : 15.5 ^. : £4 : 1.42 ' ^ 7.0. ■ 1.4 ¿0

5—10 7.2 6.7 0.9. $.6 . 2.6 16.2 6,4 и 5.1

10—20, 7.0 6.4./ 1.4 9.9 2.7 ; 19.0 6.4 ; о.4 ; 2.5

, III 5Л 0-5 72 6.6 ' 0.9 ю.6 ; 3.5 15.5 8.8 ад

5-10 , г 6.7 . . 6 Д 2.3 ' 81.7 2.7 ■ 17 2 •7.0 0.3 . 5.0 -

10-20 I." 6.4 . .6.1 - 2.4 9.0 3.0 20.0 5,1 "

IV г.о • "0—5- ' ■ «.6 5.7 ■'6А 8.4 ' ,■ 2.7 ■14,7; " аг.. ■ 02 ■ .4.3

5-10 .6.0 . 5.4 22 8.0 ■ 2.4 " 14.0 . 9.8 ОД 3.5

10-20 6.0 . 5,1 ' 3.4 ' 7,7 ■ 2:6 18.8 6.4 ;■ 0.1 2.5

V 10.0 ' А» 0-5 . 6Л . 5.» 22 / -3.7 24.8 14,5 - 0.3 5.0

. * 5-10 5.4 ' 4.7 ■ .'■9Л. 2.0 " 22.8 юк 0.1 43

Ч 10—20 ' 4.7 42 4.6 _6.0 ' 19.5 - 10.9 0.1-.' 3.1

зано с щелочным характером выбросов, т.'¡с. в щелочной среде фосфорпереходит в нерастворимые формы. Л

В слое максимального накопления техногенных: выбросов (О—5. см) происходит снижение содержания доступных для растений форм калия за счет необменной'фиксации калия- в 'загрязненных почвах/ Основная причина необменной фиксации калия состоит в нейтрализации ' щелочными выбросами кислых продуктов -жизнедеятельности: микроорганизмов и корневых выделений растений, которые способствуют мобилизации калия. ' " * ,.;. -. /

В4 составе атмосферных выбросов значительное место занимает сера-и ее- соединения; 'В > окрестностях комбината наиболее загрязнены сернистыми соединениями почвы, расположенные на расстоянии до 2 км от источиика выбрособ. Мак-1 симальноё'накопление серы отмечено в верхних 5 см гумусо-: вого горизонта 'площадки II. Максимум; сульфатной серы обнаружен р почве.площадки^ I (0,5,км); и составляет 20%' от валового содержания серы. В почвах И—V площадок сульфатная сера составляет незначительный -процент (не более 7% ) Ьт общего содержания серы. С крупно-дисперсной частью выбросов соединения серы выпадают в радиусе 2;км от завода. Причем," представлены они в . основном сульфидами и в меньшей степени сульфатами. Техногенные соединения серы в максимальных количествах накапливаются в верхней части гумусового горизонта. ■':'-.' : ; : . ■ -г ^ < ^ : "

I-.;-. ■'....■ Л-. ■■ -'■'■■ .'■ • Таблица.4

- Содержание, серы (валовой и- сульфатной) в: почвах окрестностей

г ■*■■■■'. ^ г ' ' :■■''.■■■■■ комбината'-- ; • -'.

Площадка :; Горизонт Валовая сера ¡Сульфатная %сульфатной

глубина в см мг/100 г почвы ■,-'■ ,от валовой

" А[ - 0-^-5 - 49.1- г . ' 9.6 -. ' 15.5 - :

- ■ '• 5—20 ■ ИЗ» 2.8 14.1

п : А| 0—5 ■■--- .....■ 84.9' ■ ■■ 6.0- 7.0 :

■■ '■■■ .'"•■" 5—20 29.4 • й.6 а»

. III,, '.- А, 0—5 л •30.4 ■; ■ 2.5 ;■•■ с.з

■ - -4- - ' - 5—20 А, ¡0^-5 ' :. 29.0 '• ■ ,-2.з ; 7.9

• "IV ,.■;■; ' . 39.7, . : . 7 2.5 4 6.3

' ■ 24.6 ■■■■ 1.2 . ' , 4.» \

'■: V , А, ..0—5 .■ : ' 34.9.. V.'-' 1.7 ° :■ ' : 4.» ' :

•5—20 ' 30.0' ' •1.6 - • ; 53 ' ■

- Закономерности '■■в"."^^измененин агрохимических, свойств, обнаруженные для почв под луговой растительностью,' сохраняются и "в пахотных почйах. В этих почвах, несмотря на перемешивание при-вспашке техногенных-выбросов с , большой массой - незагрязненной вочвы и вынос.загрязнителе^ с уро-- ао .." -.' ■-.' '■..., "г- ■■

.жаём- 'сельскохозяйственных- - растений,'/отмечено смещение рН в щелочную сторону, увеличение суммы Са и Мд, свиже-/ние гидролитической кислотности и.уменьшение содержания

подвижных форм питательных элементов. Л ..'

' Г;, Влияние техногенных выбросов на биохимические свойства ' дерново-подзолистых почв.- : - ■ ."_ .' / .

, Длядерново-подзолнстых почв характерно преобладание "аммиачной формы минерального азота1 (Смирнов, Петербургский,,1975). Наши исследования показали, что в . дерново-подзолистых почвах, загрязненных техногенными выбросами, снижается содержание аммиачного азота, достигая,минимальной, величины; в; непосредственной близости от завода. При ! этом, содержание азота нитратов в загрязненных почвах возрастает. Содержание общего минерального азота; (МН4+МОз) в зоне до 7 км от источника выбросов на 25%' ниже, чем. да фоновой V площадке (рис; І): V ■;-.■■ / -, . ;

: Двухнедельное компостирование почв по методу Кравкова (1975), показало, что в загрязненных почвах-повышается ин* . тенсивность нитрификации. Одной из причин/этого является щелочной характер, выбросов, т/е. устранение кислотности почв. Как известно (Лебедянце^, 1960), процеос 'нитрификации проходит в две фазы. Конечным продуктом последней является азотная кислота; для нейтрализации.которой необходимо присутствие- щелочно-земельных; оснований. Очевидно, обогащениость , загрязненных /почв кальцием и магнием сти^ мулирует этот; процесс, что в конечном; итоге , увеличивает содержание нитратов в почвах., .//'■;■'.-'.

; Для: определения общей микробиологической- активности почв был использован метод Мишустина и Петровой: (1965)!.. Результаты наших исследований в течение. 2 лет (рис,12) позволяют заключить, что в слое максимального/накопления загрязнителей (0—-5) первых двух площадок увеличивается общая, микробиологическая активность> почв. Чем . ближе к ■ источнику выбросов, .тем - выше, микробиологическая; актив? иость-почвы." В работе Красновой (1982), изучавшей; фермен-; татнвную ■ активность почв окрестностей этого завода,указывается .на возрастание активности. Катал азы,, дегйдрогеназы, . сульфидооксидазы. в почвах, подверженных воздействию выбросов. Очевидно,- создание специфических условий-в- загрязненных, почвах , (насыщенность основаниями, : нейтральная • реакция среды,/наличие свободных карбонатов) способствует активизации некоторых микробиологических процессов в дерново-подзолистых почвах. Накопление тяжелых металлов (цинка, марганИа, хрома и меди) в этих почвах в количествах, превышающих фоновое их содержание в* 1—2 раза; недоказало икгибирующего "действия на~ основные микробиологические процессы, ч .:'■'■■'"■ '..'"■■

Влияние техногенного загрязнения на продуктивность л у-.

ТОВ.- . '

Одним из показателей нормального функционирований почвенной системы является обеспечение хорошей продуктивности растений (Илыш, 1982). Общая. фитомасса на участках, ' разноудаленных от источника выбросов, может служить одним из показателей степени загрязненности почв. Результаты определения общей фитомассы на луговых площадках представлены на рисунке 3. На расстоянии до 7 км от завода установлено достоверное снижение фитомассы по сравнению с фоновой площадкой. Наименьшей продуктивностью характеризуются луга первых двух площадок (до 2 км).

Залуженные участки в окрестностях завода используются в качестве сенокосов и пастбищ, поэтому большое значение имеет степень загрязнения луговой растительности. В растения элементы загрязнители могут попасть из воздуха через устьица или из почвы через корневую систему. '

Основным загрязнителем предприятий черной металлургии являются окислы железа, большая часть которых выпадает в непосредственной близости от завода. В луговых растениях с площадок I—II обнаружено содержание железа, которое более чем в 10.раз превышает его содержание в незагрязненных растениях. В растениях с I—IV площадок почти в два раза возросло содержание марганца. В меньшей степени загрязнены растения медью и цинком (таблица 5).

На территорий распространения крупно-дисперсйой части техногенных выбросов даже при отсутствии значительного накопления тяжелых металлов в почвах (площадки III—IV) луговая растительность оказалась загрязненной тяжелыми металлами. Связано это с поступлением загрязнителей через листовую поверхность в растение. Кроме того, следует отметить, что растения перед анализом не мылись, т. е. они содержали тяжелые металлы на ^свсей поверхности вместе с частицами пыли./,.- . .■,...--■„.-.;'

■"V. . * .Таблица 5

Содержание тяжелых металлов в вадземиой массе , луговой растительности (злаковое разнотравье)

- Номер длощадкн расстояние в км1 С-одержэнве в мг/кг с ухого вещества

Fe ■ ■ Мп' Си Zn

' 1 ' (Х5 II ' 2,0 III 5.0 IV 7.0 V 10.0 ' > ' * ' 1 6295 3916 паз 831 859 . 11Э -. 11Э: ■ 1S1-118 64 ел,.; ■ 5.7 -6.2 4.4 . • 3.9 424 . " 41;в, 30.6 30.0 ' 23.7

• - Влияние техногенных выбросов через атмосферу на плодо- .. родие дерново-подзолистых почв. • ^-"Ц'1

Для сравнительной характеристик» плодородия загрязнен- , . иых почв был заложен вегетационно-ікілевой опыт с ячменем . л сорта Московский по следующей схеме: • • І- ; V.:■■:■■'■: '/,

, . ; ; Серия А — вариант 1—почва с площадки I, вариант 2 • почва с площадки II, вариант З^т почва с площадки III, ва-рнант 4 —почва с площадки IV, вариант 5 —почва с площад-. -кн У, вариант 6 — почва с площадки VI. Серия Б —то же, с • /внесением в сосуды минеральных удобрений1 (ИРК) в дозах: ■ ' ^ N — 0,15 г, Р2Оз. и КгО —0,10 гіт .кг почвы. Повторность . . опыта 4-кратнан. • . : \. .. • - ;

' Почвы различались по содержанию макро- н микроэлемен-,тов, по основным. агрохимическим показателям/ Достоверные ; ; различия существуют между вариантами і—4 и 5—6. :• ■; На загрязненных почвах высота растений снизилась на /16—22%, длина колоса на 50% по сравнению,с фоном. Вне- ■■; у--сенне минеральных удобрений, (серия Б) . почти полностью .'.' ликвидировало различия между вариантами! Надземная мае- .

са ячменя, выращенного' на загрязненных "почвах (вариант - ■ | 4—4), в 5—б раз меньше, чем на'контроле-(таблица 6); При- 1 ^

Биометрические промеры ячменя в фазе полной восковой спслостн

.Вариант ■ опыта .у Кустистость '■■■■ Длина стебля (см) ."Длина колоса *

• сер. А - сер. Б - сер: А сер. Б": сер.А сер, Б

52.8 65.5 3.5 . •• 6.9 .

1 -І V.' ■ 48.7 : 64.7 3.0 6.2 .

1 50.2 • : 64.9 : ' 3.3 -'V 6.5 .

• 4 Л1.;,' . 4 V' ■;' 50.3 . - С0.5; ■ • 3.5 . ■ ,б .в : :

5 -■ . 4. р.:-'- ■ V- 5- "Л: . 61.3 69И 6.7 . 6.6

С : -'Лб'г...- .61.6 69 2. . V 6.7/ . 6.9

НСРоі 2 1.8 8.3 V. . 4.2 у.. . 3.1 0.8^..

менение минеральных удобрении привело к . формированию . большей, фнто.чассы. В серии Б сухой вес соломы вариантов д:.:.'-; 1—4 составляет 70% от контроля.

4;'.;„ Снижение интенсивности процессов роста й формирования . надземной массы растений на загрязненных почвах объясня-^ ется плохо развитой корневой системой. Вес-корней 1—4-ва-: у риантов в 5 раз меньше, чем при. нормальных условиях роста. ■ 1 С внесением МРК образуется более мошная корневая систе-

'Сростом загрязненности почв уменьшается вес 1000 зерен, в серин А.на . 16—30%, ц серии Б на И—22%': по сравнению с контролем. Как было отмечено ранее • (таблица 3),. в иоч-;

вах; ближайших от; источника, выбросов снижается содержание доступных для растений форм азота и калия. Это явилось причиной, снижения содержания азота в надземных органах ; ячменя; Минеральные удобрения ... компенсируют недостаток ИРК лишь частично. ,-■.■■:■, ;■■' ;\Л ■ .■..;■■ .■■., ■"■. "о ■

■ " Загрязнение: почв, техногенными, выбросами приводит непоступлению, растворимых соединений элементов-загрязните-, лей в ¡растения. Содержание Ре, 2п, Си в корнях и^надземной части ячменя прямо пропорционально его содержанию в-почве.. Большая часть тяжелых металлов задерживается корнями растений.,Марганец на .загрязненных почвах поступает в ячмень в меньших количествах, чем на "контроле, В корнях варианта Гобнаружено 210 мг/кг'Мп, а в контроле*-400 мг/кг и т.,д. Подобное явление отмечалось-в работах многих иссле-: дователей (Школьник,, Алексеева-Попова,. 1983),, которые объясняют..,это антагонизмом марганца: с Ре, 2п и: другими: тяжелыми-металлами. "У-'- . . / /:'■',■■ \ \

Загрязнение почвы техногенными выбросами, предприятий черной металлургии угнетающе подействовало на ¡продуктивность, ячменя (таблица; 6)Процентное- содержание железа: в соломеЛ—4 вариантов значительно.выше, чем в'--б—6 вариантах, но за счет меньшей массысоломы общий вынос железа VI—IV площадок в 4—5 раз меньше, чем с площадок V—VI (рис. 4). То же самое происходит с другими тяжелыми метал- -лами. Следовательно,, процесс «очищения» почвы за счет выноса загрязнителей с надземной массой растений-замедляется тем сильнее, чем больше степень загрязнения почвы. , .

Внесение минеральных удобрений, привело к улучшению . состояния ^ ячменя и увеличению его вегетативной массы. На площадках I—IV, масса соломы увеличилась в 5—6 раз,; а яа площадках V—VI на 20%. Несмотря на незначительное уменьшение содержания -тяжелых металлов; в различных частях растений, вынос загрязнителей, из почвы этой серии с вегетативной массой растений значительно возрос. ; у

¿.работах многих исследователей (Большаков.» др.,1976; Каплунова; 1983; Зырин, Первунина, 1981) отмечался тот факт,,что -загрязнение почв техногенными выбросами вызывает не только снижение продуктивности сельскохозяйствен-" ных растений; по и ухудшает качество урожая. Качественный состав зерна ячменя, выращенного .на почвах разной степени загрязненности, показал (таблица 7), что в вариантах 1—4 снижается содержание белка и жира на 10—20% по сравнению с контролем. '.'■.;. ^ '

В то же время в растениях с загрязненных почв увеличивается "на, 10%; содержание крахмала. То есть в условиях техногенного загрязнения почв в растениях нарушается обмен , веществ. Внесение^минеральных ; удобрений не вызвало- су-

\ Х&6лкца

Влияние,техногенного загрязнения почв на качественный состав зерна ячменя сорта Московскнй-121,

"" (в на сухое вещество) ■ ."■-■">/

Номер площадки -'.': аарлант' :

1 'Серия А

белок

крахмал | 'жир/

-• . .Серия Б

белок * (крахмал | жир1

і .

. 2

■.: з ■■:

5 О

НСРи

12.4-: 11.7 13.0 14*3 16.9 15.6 ;2,0

. 60ь7 ■ біІ-З

бае

' 54.2 ,55.6 3.8

1.6 4.7

1.5

1.6 1.9 1.9

:0Л

12.4 12.4 12.4 14.3 15.6 ¡15.0' 1.7

60.1 60.&

54.7 "54,8 56.0 , 3.3

•1.5 15

1.5 ■1.6 ■ ■1.6.

0.1

ществеиных изменений в качественном составе зерна, по сравнению с неудобренными вариантами (сер. А).

■■■,.// ■ :■"./.*- ■:■ -/'г// Выводы:./' :./. ./"-■.' /.'.V.'/''' '

- II Изучено влияние выбросов .^предприятий черной .'металлургии на почвенный покров и выделены три зоны/техногенных нагрузок на почвы: в радиусе до 2 км — зона , высоких (I), Ьт 2 до 7,км —зона средних (И),'от 7"до 10 км зона, низких нагрузок (III). ;, ; -■■■.'■ ' ■ '//•■

2, В дерново-подзолистых .почвах;!—II -зоны возрастает ,валовое содержание железа, кальция, магния, серы и тяжелых металлов "(Сг,;Мп, 2п, Си, (N0- Максимальным изменением

.подвержен валовой состав верхних слоев почв; 1 зоны/В слое О—5 см содержание железа возрастает.в!3—4 раза,'кальция, :магния и серы — в 2 раза. В этом, же, слое' содержание подвижных форм тяжелых металлов увеличивается в ;несколь-.ко раз. /■/■/ —/'■'' 'V//7 '■/ ■"■'-"' ■■*'-'.,' . -V-~ В верхнйх\слоях почв 1—11 зоны снижается , обменная и гидролитическая кислотность, повышается сумма обменных .оснований ~ (Са и Мд), появляются свободные /карбонаты, .вследствие высокого содержания в'выбросах карбонатов и окислов'кальция и магния. /"'■'/'■' ".;

3. Техногенные выбросы оказывают - существенное влияете на биохимические свойства - почв.;-Загрязненные почвы

характеризуются' интенсивными ■нитрифиКационными * процессами невысокой общей микробиологической и ферментативной активностью почв. Интенсивность аммонификации в, почвах 1^-Ш зон изменялась незначительно; :; ; ..'.";' /./'; 4. По данным полевых • и ; вегетационных 4 исследований . установлено, /что в I—II зонах снижается продуктивность лугов и урожайность "сельскохозяйственных . растений: масса

кбрней уменьшилась в 5 раз, соломы— на 80%, вес 1000 зе-: рен —на.20,%.. V

; 5. С ростом степени загрязненности почв снижается качс-;у у.;.-: ство сельскохозяйственных культур. В зерне ячменя содержание азота снизилось на 30%,. фосфора — на 10%, со дер- ' '■:'■■ жание белка — на 20%, жира — на. 10%. Одной из причин ' снижения качества растений является уменьшение содержа' ( ния в-загрязненных почвах; доступных форм :' азота" и калия. V Внесение минеральных удобрений повышало не только уро- ;

у. жай, но и его качество. -^^г^уСс^-У/} .Л" .А у

■ ^ 6. Результаты вегетациоино-нолевого'опыта с внесением '

" возрастающих доз тяжелых' металлов Мп и N1/ в почву . ■:■''; показали, что при повышении фонового содержания подвиж- ■ , ных форм марганца в 10 раз, цинка в 200 раз, никеля в 250 раз проростки ячменя погибали. По степни токсичности эле- менты располагаются в ряд:.Мп>2п>1Мь Наиболее сильное ■ - вляние на качество урожая ячменя оказал цинк (содержание белка снизилось на 27.%, жира на 20%). ^: V ;: - •.' ' ' Г

При избыточном содержании тяжелых металлов в почве, V распределение их между органами растения' неравномерное: \; > максимальное количество содержится в корнях, значительно Меньшее — в вегетативных органах, наименьшее — в.генера-! тнвных-органа*. 1 •••*/.• • -'А- - ' ••'."• ' уг^'

. . Научно-практические рекомендации

? ^ V 1. При локальном загрязнении ■ почвенного покрова техно- \-= генными выбросами предприятий черной металлургии реко- - V -мендуется контролировать в верхних слоях почв содержание ' ' •подвижных питательных элементов и тяжелых металлов. •. ,;;;;2. При сильном загрязнении поверхностных : слоев почвы Г техногенными выбросами рекомендуется производить глубокую ■ эспашку, в результате которой уменьшится; концентра- : ■ .ция токсических элементов в корнеобитаемом слое. ; ^ - 3. Внесение минеральных удобрений будет способствовать ' ; повышению урожая сельскохозяйственных растений и нейтра-' ^ лизации токсического действия выбросов на качество растений. ;. С'! Материалы диссертации отражены в следующих опубли- -:>г /;коваиных 1 работах;:' ; ■И-/"'^ ^^ ''

1. Влияние выбросов'промышленных предприятий через - • атмосферу на фракционно-групповой состав гумуса дерново/ подзолистых почв. Доклады ТСХА, М. 1980, вып. 258, с. 83—86.

2. Влияние загрязненности почвы техногенными вйброса- '

• ми на урожай и химический состав ячменя. «Химия в сель- ~ , . ско ¡¿хозяйстве»,-1982,№ 3, с. 26—28. • •" • -.4 -.':•' '• •16 V-Г":' Аг.„Г;'7-':.-Л.

■. 3. Влияние тяжелых металлов (¿п, Мп, .N1) на урожай К - -: качество ; ячменя (вегетационно-полевой ; опыт) — Бюллетень . Почвенного института им, В. В. Докучаева, М., 1985, выи. 37, с. 12—15. . . .ч . ' .;"

■ 1

'ч

. • I ■■■

'-. . I'

Л: ,.

,.' I

г Л. ■

* N >ч ' ' ' I

: .м

- .г

> ■ \ »

.. V-