Увеличение общей антропогенной нагрузки на природную среду, сопровождающееся интенсификацией сельскохозяйственного производства, привело в последние десятилетия к значительному ухудшению качественного состояния земельных ресурсов. В результате низкой культуры земледелия, использования мощной техники с большим удельным давлением на грунт, недостаточного либо избыточного внесения минеральных и органических удобрений в пашню происходят процессы деградации сельскохозяйственных земель, выражающиеся в низкой биологической активности почв, обеднении их плодородного слоя, проявлении процессов эрозии, переувлажнения и заболачивания земель [6].
Интенсификация земледелия, основанная на широком применении удобрений, внедрении современных технологий обработки почвы, научно-обоснованных севооборотов, высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных культур, современных высокоэффективных пестицидов обеспечила доведение среднегодовой продуктивности полевых севооборотов до 5–7 т/га и более в пересчете на зерновые единицы. В то же время обострилась проблема загрязнения тяжелыми металлами почвы и продукции растениеводства. Стало проблематичным получение чистой от тяжелых металлов продукции растениеводства [5].
Решение этого вопроса осложнилось в связи с тем, что прогресс человечества значительно усилил техногенную нагрузку на биосферу.
В районах орошаемого земледелия требуется более обстоятельный учет влияния орошения, средств химизации и других факторов на плодородие почв, урожайность и качество получаемой продукции, минерализацию и загрязнение поверхностных и грунтовых вод.
Задача мониторинга заключается в контролировании, оценке, прогнозировании и управлении состоянием основных показателей плодородия почвы и гидрогеологической среды с целью получения высоких и устойчивых урожаев хорошего качества при минимальных расходах воды и удобрений на единицу продукции, а также предотвращения загрязнения окружающей природной среды.
Мониторинг, осуществляемый на базе длительных стационарных опытов и специальных полигонов, целесообразно сопровождать лизиметрическими и микрополевыми опытами с меченым азотом [8].
Основными блок-компонентами агроэкосистем являются атмосфера, вода, почва, растения. Проведение мониторинга по каждому из этих объектов имеет определенные особенности [10].
Основной целью эколого-агрохимического мониторинга является создание высокоэффективных, экологически сбалансированных агроценозов на основе расширенного воспроизводства почвенного плодородия, поддержания важнейших функций почвенного покрова, максимального использования природно-климатических ресурсов, рационального использования средств химизации [4].
Задачи мониторинга:
-
организация широких наблюдений за изменением состояния агроэкосистем;
-
получение объективной, систематической и оперативной информации по регламентированному набору обязательных показателей, характеризующих функционирование всех основных блок-компонентов;
-
оценка получаемой информации;
-
прогноз изменения состояния агроценоза на ближайшую и отдаленную перспективу;
-
выдача решений, рекомендаций, консультаций на всех уровнях; предупреждение экстремальных ситуаций, выход из них, управление направленностью и эффективностью агроэкосистем [3].
Соблюдение основных принципов агроэкологического мониторинга, отражающих наиболее существенные черты изменения агроэкосистемы по каждому показателю под единым научно-методическим руководством, а также одновременное исследование основных блок-компонентов агроэкосистемы: почва – растение – вода. – это залог достоверности различий наблюдений по системе объектов, расположенных в различных природных зонах [2].
Локальный агроэкологический мониторинг осуществлялся в производственных условиях на испытуемых участках по 3 направлениям:
-
Мониторинг почвенного плодородия;
-
Контроль за химическим загрязнением почв тяжелыми металлами;
-
Контроль за качеством продукции [9].
Методикой выполнения работ выступили закономерности распределения элементов по почвенному профилю. Почвы для исследования были выбраны с естественным распределением элементов, характеризующимся увеличением их от поверхности к почвообразующей породе [7].
То есть загрязненные почвы обладают более высоким содержанием тяжелых металлов в самом верхнем горизонте, чем в нижележащих. Поэтому для расчета фонового содержания использовались образцы почв, для которых такое распределение не характерно [10].
К загрязнителям почвы и растений, кроме прочих общеизвестных факторов, относят в том числе и агрохимикаты – минеральные, органические удобрения, мелиоранты. Удобрения в качестве источника питания растений, повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и плодородия почв изучаются сравнительно давно. Их роль как источника поступления в почву и растения тяжелых металлов и других загрязнителей изучается сравнительно недавно [4]. При эколого-агрохимическом мониторинге Центрального Предкавказья выявлены следующие показатели внесения минеральных удобрений (табл. 1).
Таблица 1. Объём внесения всех видов минеральных удобрений во всех категориях хозяйств
|
Год |
Агроклиматический район |
Всего по краю |
||||||
|
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
||
|
2001 |
0,2 |
2,6 |
17,8 |
17,2 |
8,7 |
1,1 |
0,3 |
47,9 |
|
2002 |
0,2 |
3,1 |
29,4 |
23,5 |
10,5 |
1,5 |
0,5 |
68,7 |
|
2003 |
0,4 |
4,0 |
36,1 |
21,9 |
11,0 |
1,8 |
0,7 |
75,9 |
|
2004 |
0,2 |
4,1 |
38,4 |
22,7 |
14,9 |
2,4 |
0,6 |
83,3 |
|
2005 |
0,3 |
4,7 |
45,4 |
30,5 |
15,7 |
2,4 |
0,8 |
99,8 |
|
2006 |
0,3 |
4,9 |
50,6 |
31,2 |
14,3 |
2,1 |
1,2 |
104,6 |
|
2007 |
0,4 |
6,2 |
58,3 |
40,9 |
16,4 |
2,4 |
1,1 |
125,7 |
|
2008 |
0,6 |
11,7 |
61,3 |
45,4 |
18,3 |
2,6 |
1,0 |
140,9 |
При статистической обработке данных использовались уравнения регрессии и построение линий тренда, которые однозначно показали устойчивую тенденцию роста использования удобрений и повышение интенсивности сельскохозяйственного производства по всем агроклиматическим районам.
I агроклиматический район
II агроклиматический район
III агроклиматический район
IV агроклиматический район
V агроклиматический район
VI агроклиматический район
VII агроклиматический район
Проводимый нами анализ по содержанию тяжелых металлов в используемых минеральных удобрениях показал, что наименьшее их количество содержит карбамид [6]. Такие токсичные металлы, как кадмий и свинец – в этом удобрении они не обнаружены вообще. Таким образом, можно утверждать, что карбамид по сравнению с прочими азотными удобрениями относительно безопасен (табл. 2).
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в азотных удобрениях
|
Удобрение |
Содержание, мг/кг |
||||||||
|
Cu |
Zn |
Cd |
Mn |
Pb |
Cr |
Co |
As |
Ni |
|
|
Производитель – Невинномысский Азот |
|||||||||
|
Карбамид |
14,0 |
12,0 |
– |
24,5 |
– |
16,5 |
0,3 |
0,1 |
10,0 |
|
Аммиачная селитра |
8,2 |
13,0 |
0,1 |
33,5 |
0,1 |
10,5 |
0,3 |
– |
6,5 |
|
КАС |
42,0 |
38,5 |
– |
126 |
0,5 |
55 |
0,8 |
– |
18,0 |
|
Производитель –Новомосковский завод |
|||||||||
|
Карбамид |
14,6 |
14,0 |
– |
27,0 |
– |
16,0 |
0,44 |
0,2 |
11,2 |
|
Аммиачная селитра |
9,0 |
14,0 |
0,1 |
35,0 |
0,1 |
12,0 |
0,5 |
– |
8,0 |
|
КАС |
40,0 |
42 |
– |
135 |
8,0 |
62 |
8,0 |
– |
22 |
|
Сульфат аммония |
24,0 |
44,0 |
0,5 |
130 |
8,0 |
60 |
8,0 |
7,0 |
26,0 |
В общем анализ показал, что фосфорные удобрения содержат в себе наибольшее число тяжелых металлов, азотные и калийные – наименьшее. Среднее положение между фосфорными и калийными удобрениями по содержанию тяжелых металлов занимают сложные. По степени негативного влияния на агроэкосистемы Центрального Предкавказья тяжелые элементы расположились в следующем порядке: кадмий < медь < свинец < никель < цинк [1].
Также выявлено, что применение умеренных норм удобрений под сельскохозяйственные культуры в различных агроклиматических районах региона не оказывало существенного влияния на содержание тяжелых металлов как в основной, так и в побочной части растительной продукции (табл. 3).
Таблица 3. Влияние удобрений на содержание валовых форм тяжелых металлов в почвах Центрального Предкавказья, 2001–2008 гг.
|
Вариант |
Содержание тяжелых металлов, мг/кг почвы |
|||
|
Cu |
Zn |
Mn |
Co |
|
|
Каштановая почва |
||||
|
– N30 P20 |
19,0 19,0 |
25,0 25,5 |
455 460 |
18,5 18,5 |
|
Темно-каштановая почва |
||||
|
– N30 P20 |
18,5 18,7 |
23,0 23,8 |
460 460 |
12,0 12,0 |
|
Южный чернозем |
||||
|
– N60 P40 |
18,3 18,4 |
25,0 25,5 |
445,0 440,0 |
12,0 12,1 |
|
Обыкновенный чернозем |
||||
|
– N60 P40 |
18,6 18,5 |
26,5 27,0 |
435,0 435,0 |
12,0 12,0 |
В целом результаты исследований показывают, что при использовании удобрений основными источниками поступления в растения являются: цинка – навоз, свинца – фосфорные удобрения, меди – органические и фосфорные удобрения, кадмия – фосфорные и калийные удобрения.
Таким образом, применение оптимальных научно обоснованных норм удобрений под сельскохозяйственные культуры не вызывает избыточного накопления в продукции растениеводства тяжелых металлов и радионуклидов.
Хотя результаты анализов и позволяют утверждать, что химизация земледелия не ведет к интенсификации загрязнения почв и продукции тяжелыми металлами и радионуклидами, тем не менее контроль за их содержанием в объектах окружающей среды региона необходим.
Среднее содержание тяжелых металлов в почвах исследованных агроэкосистем Центрального Предкавказья значительно ниже ОДК. Верхний предел их содержания в долях ОДК составляет: для свинца – 0,1; цинка, марганца и никеля – 0,3–0,4; кадмия – 0,5. Содержание меди в аллювиально-луговой почве выше и составляет 0,7 ОДК, в большинстве других почв оно не превышает 0,2 ОДК.
Площадь сельскохозяйственных угодий, загрязненных тяжелыми металлами, в исследованном формате не превысила 0,5 % от всей обследованной площади.
Усовершенствовать проводимые исследования элементов агроэкологического мониторинга предлагаем, учитывая привязку вида загрязнителя к его территориальному расположению. Ведь факторы, характерные для одной территории, могут не оказывать такого же влияния на другую. Использовать при этом необходимо ту же математическую модель с уравнением регрессии и исследованием тренда, что и при изучении влияния удобрений. Но как значение основного влияющего фактора взять, к примеру, загрязнение почвы нефтепродуктами, так как это актуально для восточных районов Предкавказья, где в настоящее время разработаны несколько десятков газонефтяных месторождений.
Рецензенты:
Подколзин А.И., д.б.н., профессор кафедры агрохимии и физиологии растений, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», г. Ставрополь.
Есаулко А.Н., д.с.-х.н., профессор, кафедра агрономической химии и физиологии растений, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», г. Ставрополь.