МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 631.4:631.452:631.1.111

О загрязнении пойменных земель и его предотвращении

 

А.Е. Михалева – к.. т. н., вед. науч. сотр.

ГНУ ВНИИГиМ  Россельхозакадемии, г. Москва, Россия

 

Проблема загрязнения почвенного покрова периодически затопляемых речных пойм стоит в ряду наиболее актуальных экологических проблем современности. Эта актуальность обусловлена необходимостью предотвращения прогрессирующего техногенного загрязнения речных пойм с целью сохранения их как уникальных природно-хозяйственных объектов.

Для разработки рациональной стратегии природоохранной деятельности и формирования системы мероприятий по предотвращению техногенного загрязнения речных пойм исключительно важным является не только контроль уровня загрязненности пойменных почв, но и изучение процессов миграции и трансформации загрязняющих веществ в пределах пойменных агроландшафтов.

Исходные требования к комплексу природоохранных мероприятий на речных поймах разработаны на основе системного анализа и обобщения материалов наблюдений за состоянием пойменных агроландшафтов, результатов теоретических и натурных исследований вопросов миграции и трансформации веществ в системе «русло-пойма». При составлении требований были учтены результаты разработок в области почвоведения, биохимии, токсикологии, ландшафтоведения и экологии.

Проведенное обследование  поймы р. Оки в Рязанском районе показало, что в пойменных почвах обнаружено превышение кларка по 14 элементам: титан, марганец, хром, ванадий, кобальт, медь, серебро, цинк, свинец, олово, галий, итербий, цирконий, бор. Источниками поступления в почвы титана, ванадия и серебра могут служить в основном металлургические предприятия и ТЭЦ. В обследованных почвах содержание этих металлов превышает кларк в 1,5-3 раза. Эти элементы, как известно, относятся к малотоксичным и поэтому не представляют большой опасности для потребителей сельскохозяйственной продукции. К наиболее опасным металлам относятся свинец и хром, содержание которых в обследованных почвах превысило кларк в 3,5-4 раза.

Установлено, что одним из основных источников загрязнения пойменных агроландшафтов являются удобрения и ядохимикаты. Например, внесение суперфосфата представляет большую опасность и способствует загрязнению почв фтором и кадмием [1]; с пестицидами в почву поступают наиболее мобильные формы токсических элементов. Реакция почв на внесение удобрений может быть различной и иметь следующие последствия:

- вызывать подкисление или подщелачивание среды;

- улучшать, ухудшать агрохимические и физические свойства почвы;

- способствовать обменному поглощению ионов или вытеснять их в почвенный раствор;

- способствовать, препятствовать химическому поглощению катионов (биогенных и токсичных элементов);

- способствовать минерализации или синтезу гумуса почвы;

- усиливать, ослаблять действие других питательных элементов почвы и удобрений;

- мобилизовать, иммобилизовать питательные элементы почвы;

- вызывать антагонизм или синергизм питательных элементов и, следовательно, существенно влиять на их поглощение и способствовать метаболизму в растениях.

Применение удобрений может не только мобилизовать отдельные питательные элементы почвы, но и связать их, превращая в недоступные для растений формы. Например, одностороннее использование высоких доз фосфорных удобрений зачастую значительно снижает содержание подвижного цинка в почве, вызывая цинковое голодание растений, отрицательно влияющее на величину и качество урожая. Поэтому использование повышенных доз фосфорных удобрений вызывает необходимость внесения цинкового удобрения. Отметим, что раздельное внесение фосфорного, либо цинкового удобрения может не дать необходимого эффекта, в то же время совместное применение этих удобрений приведет к их значительному положительному взаимодействию.

Фосфорные удобрения, как известно, способствуют значительному увеличению содержания подвижных элементов (в 1,5-2 раза возрастает подвижность марганца, мышьяка, свинца и ванадия, в 4 раза – стронция), что может привести к усиленному их потреблению растениями, особенно кормовыми травами.

Известкование (в необходимых объемах) кислых почв также влияет на подвижность макро- и микроэлементов, что положительно отражается на продуктивности и качестве сельскохозяйственной продукции, а также на здоровье потребителей этой продукции (человек и животные). В случае «переизвесткования» почв эффект от этого мероприятия может быть отрицательным.

Пестициды, содержащие большое количество тяжелых металлов, вносимые на поля бессистемно и возвышенных дозах, также являются значительным источником загрязнения пойменных почв.

Техногенное загрязнение почв приводит к потере четкой структуры, способствует уменьшению общей порозности, снижению водопроницаемости и электропроводности, изменению кислотности среды, разрушению почвенного поглощающего комплекса (ППК). На загрязненных почвах наблюдается угнетение растительности вплоть до полного ее исчезновения, в результате чего происходит активизация процессов делювиального сноса и почвенной эрозии /Большаков В.А., Гальпер Н.Я., Клименко и др. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами. – М., 1978/.

При увеличении содержания тяжелых металлов в почве происходит снижение ее нитрифицирующей активности и микробиологической  деятельности, уменьшается содержание минерального азота, снижается ферментативная активность почв, падает численность насекомых, в том числе гибнут дождевые черви. Развитие перечисленных процессов приводит к снижению урожайности на 20-50% и значительному ухудшению качества сельскохозяйственной продукции.

Отметим, что содержание в почве тяжелых металлов в малых дозах полезно, поскольку они способствуют питанию и росту растений; избыток – вызывает у растений токсикозы, которые по мере роста концентрации сначала лишь задерживает рост растений, а затем – происходит хлороз листьев, их отмирание и, наконец, повреждение корневой системы.

По величине токсического воздействия на растения металлы могут  быть проранжированы  в следующем порядке:  Hg >Pb>Cu>Co>Cr>Ni>Zn.

Мероприятия по повышению устойчивости пойменных агроландшафтов должны обеспечить устранение причин и последствий негативных процессов таких, как уплотнение пахотного горизонта и снижение его водопроницаемости; подкисление и подщелачивание почвы, ухудшение ее агрохимических свойств, чрезмерная минерализация гумуса; мобилизация повышенного количества загрязняющих элементов, приводящая к токсическому воздействию на растения. Мероприятия должны направлять антагонизм и синергизм ионов на улучшение роста растений; создавать условия для формирования высокого урожая и получения качественной продукции при сохранении оптимальных параметров агрохимических показателей плодородия и свойств почв.

Основные показатели экологической устойчивости пойменных почв центра России представлены в таблице.

Рациональные и критические показатели, характеризующие экологическую

устойчивость почв пойменных агроландшафтов

Показатель

Оптимальная величина

Критическая

величина

1

2

3

Мощность пахотного  слоя, см

26-30

 

Плотность пахотного слоя, г/см3

1,1-1,3

> 1,35-1,40

Водопрочные агрегаты размером 1-10 см, %

25

-

Продолжение табл.

1

2

3

Водопроницаемость подпахотного слоя, м/сут

0,1-0,3

< 0,06

рН солевое, м/сут

6,5-7,0

< 6 и  >8, 5

Поглощенные Са и Мg, м/сут

30-50

-

Гумус, %

             для суглинистых почв

             для супесчаных почв

 

3,5-4,5

-

 

2,5-3,5

1,5-2,0

Азот общий, %

0,22-0,26

-

Баланс азота в почве, кг/га/год

+31

-

Фосфор общий,  мг/100 г почвы

18-20

< 37-38

Калий,  мг/100 г почвы

             для супесчаных почв

             для суглинистых почв

 

15

20

 

-

-

Содержание тяжелых металлов в почве,

мг/100 г почвы

-

ПДК

 

Основные направления деятельности по предотвращению загрязнения пойменных агроландшафтов должны включать:

- создание условий, ограничивающих поступление загрязняющих веществ на пойменные земли;

- благоустройство русла реки и строительство гидротехнических сооружений;

- удаление или погребение загрязненного слоя почв;

- разбавление поступающих в почву загрязнений их химическими аналогами (кальций, калий и др.);

- создание условий для изменения реакции почвенной среды путем внесения минеральных и органических удобрений, известкования, способствующих переходу загрязняющих веществ в соединения, недоступные или труднодоступные для растений;

- инактивация почвенных загрязнителей путем внесения специальных веществ;

- использование загрязненных площадей для выращивания культур, устойчивых к токсичным веществам;

- выведение культур, устойчивых к воздействию загрязнения.

При разработке мероприятий, направленных на повышение устойчивости пойменных ландшафтов, следует учитывать специфику пойменных почв, отличающую их от почв внепойменных территорий, а также основные факторы, определяющие особенности процесса техногенного загрязнения пойменных земель:

- метеорологические: гидротермический режим, направление и скорость ветра;

- гидрологические и гидрохимические: высота и продолжительность стояния паводковых вод на пойме, химический состав речных вод;

- геоморфологические: макро- и мезорельеф;

- величина и химический состав наилков;

- гидротермический режим почв: режим увлажнения почв по периодам вегетации, температурные изменения;

- геохимические: кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия;

- гидрогеологические: глубина и динамика грунтовых вод, содержание в них химических элементов;

- ботанические: устойчивость растений к воздействию токсических веществ.

Учитывая сложность процессов загрязнения пойменных почв и неявный характер их проявления (по сравнению с другими процессами деградации почв), разработка и научное обоснование мероприятий по предотвращению негативных  последствий антропогенного воздействия должны базироваться на результатах специальных мониторинговых исследований с использованием современной аналитической и вычислительной техники.

Для выявления пространственных закономерностей загрязнения пойменных агроландшафтов целесообразно использовать сравнительно-географический метод, в том числе картирование. Карты позволяют регистрировать уровень загрязнения почв, соответствующие изменения в надпочвенном покрове и обеспечивают информационную базу для прогнозирования состояния природной среды.

На первом этапе работы предполагается ограничиться информацией, полученной на репрезентативных сравнительных площадях, поскольку затраты, необходимые для выполнения мониторинговых исследований в полном объеме, чрезвычайно высоки.

Комплекс мероприятий по предотвращению загрязнения пойменных агроландшафтов  должен быть ориентирован на  использование в проектах мелиоративного обустройства пойменных земель Нечерноземного центра Российской Федерации.

Экономический эффект от использования комплекса мероприятий по повышению устойчивости пойменных агроландшафтов может быть получен  за счет повышения урожайности сельскохозяйственных культур и качества производимой продукции при экономии удобрений; экологический эффект определяется улучшением состояния пойменных агроландшафтов, предотвращения процесса деградации пойм и в конечном итоге – улучшением условий жизни людей.