Экологическое обоснование комплексных приемов реабилитации черноземов, загрязненных тяжелыми металлами (на примере рязанской области)

На правах рукописи

Черникова Ольга Владимировна ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ПРИЕМОВ РЕАБИЛИТАЦИИ ЧЕРНОЗЕМОВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ (НА ПРИМЕРЕ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ) Специальность 03.02.08 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Рязань – 2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Рязанском государственном агротехнологиче ском университете имени П.А. Костычева

Научный консультант: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Евтюхин Владимир Федорович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Яшин Иван Михайлович кандидат биологических наук Матюхин Роман Игоревич

Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова (ГНУ ВНИИА Россельхозакадемии)

Защита диссертации состоится « 30 » июня 2010 г. в 14 час 30 мин на за седании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государствен ном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А.

Тимирязева

Автореферат разослан «28» мая 2010 г.

и размещен на сайте университета www.timacad.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук О.В. Селицкая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Загрязнение почвенного покрова – инте гральный показатель техногенеза. Почва как важнейший биогеохимический барьер и основная жизнеобеспечивающая сфера в наибольшей степени испы тывает негативные воздействия. Среди загрязняющих веществ по масштабам загрязнения и воздействию на почвы особое место занимают тяжелые металлы (ТМ). Результаты мониторинга почвенного покрова Рязанской области показа ли, что высокая техногенная нагрузка на агроландшафт, которая в настоящее время охватывает все большие территории, способствует загрязнению почвы ТМ, что в конечном итоге приводит к снижению продуктивности агроценозов, падению урожайности и ухудшению качества продукции растениеводства. За грязнение окружающей среды ТМ обнаруживается и в зоне распространения оподзоленных и выщелоченных черноземов Рязанской области, которая харак теризуется развитым сельским хозяйством и интенсивным техногенным воз действием. По данным Управления Росприроднадзора по Рязанской области в почвах, подвергающихся воздействию промышленных выбросов, транспорта, ТЭС, количество ТМ (Pb, Cd, Zn, Cu и др.) значительно превышает фоновый уровень, и насыщение этими элементами на отдельных площадях уже сегодня достигло критического значения (Государственный доклад..., 2000). Высокие концентрации ТМ вызывают существенные изменения функционирования эко систем и их компонентов.

В этой связи важное практическое значение имеет, с одной стороны, вне дрение экологически безопасных технологий в производство, с другой, разра ботка технологий выращивания сельскохозяйственных культур, способствую щих снижению поступления токсикантов в продукцию.

Цель данной работы заключается в разработке экологически безопасных способов детоксикации черноземов, загрязненных ТМ, при их сельскохозяйст венном использовании.

Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

охарактеризовать источники и пути поступления тяжелых металлов в почву;

проанализировать современные методы снижения фитотоксичности тя желых металлов в почве;

изучить влияние разных систем применения удобрений на продуктив ность в севообороте и возможность использования их как приема деток сикации загрязненного чернозема;

выявить действие загрязнителей и приемов их детоксикации в системе:

почва – растение – внутрипочвенные воды;

провести анализ баланса тяжелых металлов и условия снижения выноса их из биологического круговорота;

исследовать биологические методы оценки агрохимической реабилита ции загрязненного тяжелыми металлами оподзоленного чернозема на по вышение экологической безопасности агроэкосистемы;

выполнить эколого-экономическую оценку комплекса мероприятий по санации черноземов, загрязненных ТМ.

Научная новизна выполненных автором исследований заключается в том, что впервые проведено агроэкологическое, биологическое и экономиче ское обоснование различных систем применения удобрений, как приемов реа билитации оподзоленных черноземов, загрязненных ТМ. На основании выяв ленных закономерностей накопления, миграции и аккумуляции в системе «ис точник загрязнения – почва – растение – вода» проведен их балансовый анализ.

В процессе исследований получены следующие результаты, которые вы носятся на защиту:

• влияние различных систем применения удобрений на продуктивные свойства сельскохозяйственных культур, выращиваемых на черноземах, загрязненных тяжелыми металлами;

• оценка закономерностей поглощения ТМ сельскохозяйственными куль турами на оподзоленном черноземе;

• влияние применяемых систем удобрений на агрохимические показатели загрязненного ТМ оподзоленного чернозема и миграцию экотоксикантов во внутрипочвенные воды;

• балансовый анализ загрязнения ТМ оподзоленного чернозема;

• оценка устойчивости микробного сообщества загрязненного ТМ черно зема при рекультивации его агрохимическими методами;

• эколого-экономическая целесообразность реабилитации загрязненных ТМ черноземов для их эффективного использования в практике сельско хозяйственного производства.

Практическая ценность. Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по снижению поступления ТМ из почвы в сельскохо зяйственные растения за счет детоксикации и очистки почв, которые могут быть использованы конкретными хозяйствами по производству сельскохозяй ственной продукции, а также экологическими организациями при проведении экологической экспертизы. Основы оптимизации загрязненных ТМ черноземов могут также использоваться для обоснования параметров и технологий улуч шения эффективного плодородия малопродуктивных почв.

Результаты исследований включены в ежегодные научные отчеты МФ ГНУ ВНИИГиМ по программе РАСХН по подзаданию: 03.01.03.05 «Разрабо тать агробиологические мелиорации техногенно загрязненных почв южной час ти Нечерноземной зоны РФ» (2006-2008), этап: «Разработать технологический регламент к применению агрохимической мелиорации почв, подверженных техногенному загрязнению, в условиях южной части Нечерноземной зоны РФ» (2008).

На основании результатов исследований для ООО «Агрофирма МТС Ни ва-Рязани» «Скопинский» Скопинского района Рязанской области были подго товлены и переданы рекомендации по ликвидации техногенного загрязнения деградированных почв, что позволило обеспечить благоприятные экологиче ские условия для выращивания сельскохозяйственной продукции и повысить урожайность зерна на 30%.

Апробация работы. Материалы исследований обсуждались на заседаниях кафедры «Экономики сельского хозяйства» Экономического факультета РГАТУ (2006 – 2008). Основные результаты работы доложены на Международной науч ной конференции «Приемы повышения плодородия почв и эффективности удоб рений в современных условиях» (Горки, 2007), Международной научной конфе ренции «Физико-химические механизмы адаптации растений к антропогенному загрязнению в условиях крайнего севера» (Апатиты, 2009).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опублико ваны в 9 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, выводов и предложений производству, изложена на 172 страницах машино писного текста, иллюстрирована 5 рисунками, содержит 33 таблицы и 5 прило жений. Библиографический список включает 275 наименований.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Решение намеченных задач осуществлялось на стационарных участках хозяйства ООО «Агрофирма МТС Нива-Рязани» «Скопинский» Скопинского района Рязанской области и экополигоне «Мещера» (Полково, Рязанского рай она). Многолетние стационарные опыты проводили: в лизиметрах конструкции ВНИИГиМ с ненарушенным почвенным профилем. Площадь стационарных полевых лизиметров составляет 0,78 и 1,17 м2. Моделирование повышенного комплексного уровня загрязнения было выполнено с помощью довнесения в почву. При этом использовались химически чистые соли: Zn(CH3COO)2 2H2O;

CuSO45H2O;

Pb(CH3COO)2;

CdSO4.

Согласно программы исследований заложен опыт по изучению систем удобрений: органическая (навоз КРС), органо-минеральная и минеральная, со гласно которой суперфосфат двойной использовался периодически и ежегодно повышенными дозами в севообороте. Для чернозема оподзоленного тяжелосуг линистого принята норма навоза 100 т/га (табл. 1). Исследования автора прово дились с 2006 по 2008 годы: ячмень сорт невский, свекла кормовая – эккен дорфская желтая, овес – горизонт.

Для изучения морфологических, агрохимических и некоторых агрофизи ческих свойств пользовались общепринятыми методиками (Методические ре комендации…, 1987;

РД-АПК 3.00.01.003-03;

Практикум по агрохимии, 1987).

Содержание органического вещества определяли ГОСТ 26213 – 91, а групповой и фракционный состав по методу И. В. Тюрина в модификации В. В. Понома ревой и Т. А. Плотниковой (Практикум по агрохимии, 1987). Изучение агрохи мических показателей проводили по общепринятым методикам: нитратный азот – фотометрически (Методические указания…, 1982), подвижный фосфор и калий – по А. Г. Кирсанову по модификации ЦИНАО, рН солевой вытяжки электрометрически, гидролитической кислотности по Каппену рН-метрическим методом в модификации ЦИНАО, суммы поглощенных оснований по Каппену Гильковицу (Практикум по агрохимии, 1987).

Таблица Схема закладки и проведения полевого лизиметрического опыта.

Стационар на оподзоленном черноземе тяжелосуглинистом № № Сокращения ва- Названия вариантов, системы применения удобрений в в таблицах ри- звене севооборота названия ва ан- риантов тов 1 Без удобрений 2 Навоз КРС 100 т/га – периодическое внесение H Навоз КРС 100 т/га – периодическое внесение, N 60 – 90 P H 60 K 60 – 120 – ежегодно в зависимости от культуры N1P1K P2 – периодическое внесение фосфора, 1 раз в 2 года в дозе 4 P2N1K 120 кг/га, ежегодное использование N 60 – 90 K 60 – P4 – периодическое внесение фосфора, 1 раз в 4 года 5 P4N1K кг/га, ежегодное использование N 60 – 90 K 60 – P2(е) – ежегодное внесение повышенной дозы фосфора 6 P2(е)N1K (120 кг/га) и оптимальных доз N 60 – 90 K 60 – Валовое определение Cu, Zn, Pb и Cd в навозе и минеральных удобрениях выполнен атомно-адсорбционным методом (РД 52.18 – 191 – 89). Аналитиче ские исследования при определении валовых и подвижных форм ТМ в почве проведен в АСИЦ ВИМС. При определении валового содержания элементов пробу почвы разлагали смесью кислот: HCl, HNO3, HF, HСlO4 с нагреванием.

Подвижные формы извлекали при помощи ацетатно-аммонийного буфера рН 4,8. Определение содержания ТМ выполнено с применением масс спектрометра с индуктивно связанной плазмой Elan – 6100, атомно эмиссионного спектрометра Optima – 4300. Статистическая обработка получен ных результатов выполнена по рекомендациям (Практикум по агрохимии, 2001) с помощью программ Microsoft Excel. Образцы растительной продукции анали зировались в ФГУ станция агрохимической службы «Подвязье». Изучение кор мовой ценности выполнены по ГОСТ 30692 – 200 «Корма, комбикорма, кормо вое сырье».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Влияние систем удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур в условиях смоделированного загрязнения оподзоленного чернозема тяжелыми металлами Изучая продуктивность загрязненного оподзоленного чернозема возмож но отметить, что урожай на варианте Б/у, формировался сравнительно низкий.

Сбор зерновой продукции составил 15,7 ц/га – 22,2 ц/га. Урожай корнеплодов составил 293 ц/га. Наиболее эффективными приемами оказались на ячмене, где увеличение урожайности составило 54 до 135 %. Кормовая свекла относитель но повысила выход основной продукции (корнеплоды) на 14 – 130 %. Овес, наиболее толерантная культура к загрязнению почвы тяжелыми металлами, увеличил сбор зерна на 23 – 56 % (табл. 2).

Изучая эффективность различных систем удобрений во времени и про странстве, следует подчеркнуть, что максимальная продуктивность получена от периодического применения органики в дозе 100 т/га при условии ежегодного применения минеральных удобрений. Несколько хуже создаются условия про израстания в случае применения одного органического удобрения. При анализе полученных данных этих вариантов видно, что от применения органической системы в севообороте получены прибавки урожаев следующие: ячменя 16, ц/га (104 %), свеклы кормовой – 280 ц/га (96 %), овса 5,5 ц/га (25 %). Используя органо-минеральную систему в севообороте, увеличение урожаев соответст венно составили: 21,2 ц/га (135 %), 382 ц/га (130 %) и 12,4 ц/га (56 %). Мине ральные системы удобрений оказались несколько ниже по эффективности.

Прибавки составили на ячмене 8,5 – 15,1 ц/га (54 – 96 %), на овсе 11,8 – 5,0 ц/га (53 – 26 %). При рассмотрении суммарной продуктивности за три года, воз можно, отличить, что все агрохимические приемы имеют положительную зако номерность. Вместе с тем высокая эффективность 109 % получена от примене ния органо-минеральной системы удобрений.

Второе место по эффективности занимают органическая система удобре ний, далее минеральная с систематически повышенной дозы фосфатов (Р120).

Периодическое внесение фосфора на два и четыре года имеют одинаковую эф фективность.

Таблица Эффективность агрохимических приемов санации загрязненного тяжелыми металлами чернозема оподзоленного № Урожай основной продукции, ц/га ва Кормовая свекла, Кормовые единицы, Ячмень, 2006 Овес, Варианты р 2007 ц/га опыта иа изменение изменение изменение изменение Сред Сред Сред нт Всего нее нее нее ц/га % ц/га % ц/га % ц/га % а 1 Б/у 15,7 - - 293 - - 22,2 - - 73,1 - 2 Н100 32,1 16,4 104 573 280 96 27,7 5,5 25 128,6 55,5 Н 3 36,9 21,2 135 675 382 130 34,6 12,4 56 152,5 79,4 N1P1K 4 P2N1K1 24,2 8,5 54 375 83 28 34,0 11,8 53 103,2 30,1 5 P4N1K1 30,8 15,1 96 333 40 14 27,2 5,0 23 98,0 27,9 6 P2(е)N1K1 26,5 10,8 69 452 159 54 34,7 12,5 56 115,4 42,3 Показатели точ m=5% m=3% m=3,6% ности исследо- - - HCP0,95=4,8ц/га HCP0,95=39,6ц/га HCP0,95=3,6ц/га ваний Таким образом, рациональная система удобрений усиливает экологиче ские функции почвы за счет оптимизации питания биологически необходимы ми элементами – одним из наиболее доступных факторов для регулирования жизнедеятельности растений. Питание растений, с учетом их биологических особенностей можно регулировать по периодам роста, по фазам развития, а в севообороте – по последействию удобрительных средств. На оподзоленном черноземе, где моделировался повышенный уровень загрязнения, наблюдалась определенная динамика урожайности сельскохозяйственных культур. Приме нение сбалансированных органо-минеральных удобрений способствует увели чению урожайности сельскохозяйственных культур основной продукции и их продуктивность в севообороте. По биологической устойчивости к повышенно му содержанию в почве тяжелых металлов изучаемые культуры можно распо ложить в следующий ряд: овес, свекла кормовая, ячмень. При этом отзывчи вость этих культур на применение агрохимических удобрительных средств имеют обратный порядок: ячмень, свекла кормовая, овес.

Оценка влияния санации чернозема агрохимическими приемами на плодородие почвы, транслокацию тяжелых металлов в системе «почва – растение – лизиметрические воды» При закладки лизиметрического опыта в чернозем оподзоленный был внесен СаСО3 для фонового известкования почвы. Взятые почвенные пробы с глубины 0 – 25 см в начале опыта характеризуют агрохимическое состояние оподзоленного чернозема до изучения систем удобрений по предложенным ва риантам лизиметрического опыта (табл. 3). Оподзоленный чернозем в момент закладки опыта характеризуется невысоким содержанием гумуса от 3,8 % до 4,3 % (в среднем 4,1 %±0,2). Кислотно-щелочная реакция почвы относится к слабокислой, рН от 5,1 до 6,2 (в среднем 5,5±0,4). Емкость поглощения почвен ного поглощающего комплекса (ППК) оподзоленного чернозема по всем лизи метрам около 16 мг-экв/100г. В тоже время Нг колеблется от 1,6 до 5,0 мг/100г (в среднем 3,5±1,2 мг/100г). Насыщенность основаниями ППК составила 69 – 90 %. Гидролитическая кислотность и насыщенность ППК основаниями указы вает на то, что имеется достаточно много водорода, обеспечивающего потенци альную кислотность чернозема.

Обеспеченность исследуемого чернозема подвижными питательными элементами была неравнозначной. Содержание калия от 4,7 до 7,1 мг/100г (в среднем 5,9±0,9 мг/100г) и азота в нитратной форме от 4,1 до 5,7 мг/кг (в сред нем 5±0,6 мг/кг) характеризует данную почву как низко обеспеченную этими макроэлементами. Подвижного фосфора определено от 10,8 до 19,5 мг/100г (в среднем 15,1±2,8 мг/100г), что характеризует эту почву как средне обеспечен ную данным элементом.

После проведения исследований по продуктивности систем удобрений в 2008 году были отобраны почвенные образцы на глубине 0 – 25 см. Результаты аналитических исследований представлены в таблице 4. Из анализа исследова ний видно, что внесенные удобрения положительно изменили многие агрохи мические показатели. Так физико-химические свойства чернозема показывают, что реакция почвенного раствора стала близкой к нейтральной, гидролитиче ская кислотность (Нг) резко уменьшилась и повысилась сумма обменных осно ваний (S). Степень насыщенности основаниями ППК приблизилась к 100 %.

Наблюдаются особенности влияния изучаемых систем удобрений. Навоз, его органическое вещество обладает большой емкостью поглощения, на втором варианте произошло увеличение емкости поглощения ППК (Нг+ S=22,5 мг-экв на 100 г почвы) по сравнению с другими вариантами. Минеральные удобрения на фоне органики понизили ее, приблизив к показателям контроля (Б/у). Об менная и гидролитическая кислотности на вариантах с внесением фосфора на года, ежегодной дозы Р120 на фоне N1K1 сдерживали нейтрализацию почвен ного раствора. При этом рН на этих вариантах составил 6,5 и 6,4, соответствен но Нг – 1,19 мг-экв/100г и 1,52 мг-экв/100г. Вероятно, свободная кислота и фи зиологическая кислотность повышенных норм удобрений оказались сдержи вающим фактором нейтрализации чернозема.

Таблица Результаты агрохимических исследований в начале лизиметрического опыта (2004 год) мг-экв мг-экв № вари- Варианты N(NO3) на 100 г почвы Гумус, % рНKCl на 100 г почвы V% анта опыта мг/кг по Кирсанову Hг S P2O5 K2O 1 Б/у 3,8 5,4 3,9 12,4 76 10,8 5,1 5, 2 Н100 4,3 5,3 4,2 12,0 74 15,1 7,1 5, 3 Н100N1P1K1 4,0 6,2 1,6 15,3 91 19,5 6,8 4, 4 P2N1K1 4,3 6,0 2,1 13,7 82 13,6 6,2 4, 5 P4N1K1 4,0 5,1 5,0 11,1 69 16,2 5,7 5, 6 P2(е)N1K1 4,2 5,2 3,9 12,2 76 15,2 4,7 4, Средние показатели 4,1±0,2 5,5±0,4 3,5±1,2 12,8±1,5 78±7 15,1±2,8 5,9±0,9 5±0, Примечание для таблиц 3 и 4: Hг – гидролитическая кислотность;

S – сумма обменных оснований;

V % – степень насыщенности основаниями.

Таблица Результаты агрохимических исследований на оподзоленном черноземе (2008 год) мг-экв мг-экв № вари- Варианты N(NO3) на 100 г почвы Гумус, % рНKCl V% на 100 г почвы анта опыта мг/кг по Кирсанову Hг S P2O5 K2O 1 Б/у 3,9 6,7 0,75 19,7 95 12,7 6,0 6, 2 Н100 4,5 6,7 0,96 22,5 96 18,6 10,1 7, 3 Н100N1P1K1 4,2 6,7 0,73 19,7 96 28,6 11,1 11, 4 P2N1K1 4,2 6,8 0,79 20,2 96 17,9 11,3 9, 5 P4N1K1 4,1 6,5 1,19 19,1 94 19,5 7,5 8, 6 P2(е)N1K1 4,1 6,4 1,52 19,5 93 26,1 9,5 8, Удобрения, как органические, так и минеральные, повысили содержание подвижных форм фосфатов. Выявлено увеличение содержания P2O5 в 100 г почвы на 3,3 – 10,9 мг. Сравнительно хорошо протекали процессы аммонифи кации и нитрификации в почве. Максимальное количество подвижного азота определено в варианте Н100N1P1K1.

Изучение фракционно-группового состава гумусовых кислот оподзолен ного чернозема (табл. 5) позволило выявить максимальное влияние на образо вание Сорг от навоза, периодически вносимого в севообороте. Содержание орга нического углерода увеличилось во втором варианте на 25 %. От органо минеральной системы этот показатель повысился на 14 %.

Гуминовые кислоты чернозема на контроле (Б/у) составили 30,50 % от Сорг. Отмечается их рост от применения органики до 35,54 % и от P2N1K1 до 37,74 %. Наиболее ценная фракция 2 (гуматы кальция) гуминовых кислот мак симально образовалась в этих же вариантах.

Одни органические удобрения, а также органо-минеральная система по низили накопление первой и третьей фракций (растворимой и труднораствори мой). Вариант с внесением фосфора 1 раз в два года (Р120) оказал примерно та кое же влияние на распределение фракций.

Фульвокислот из чернозема выделено значительно меньше, чем гумино вых. Наиболее активная фракция (1+1а) в составе фульвокислот занимает на варианте Б/у 2,89 % от Сорг. Внесенные удобрения повысили эту фракцию. Об ратная зависимость наблюдалась в накоплении второй фракции (табл. 5). Из со отношения СГК : СФК следует, что гумус оподзоленного чернозема по всем ва риантам относится к гуматному типу (1,74 – 1,85). Значительное содержание гумина от 39,4 % до 51,6 % является положительным фактом. Это проявление наивысшей прочности связи органического вещества почвы с ее минеральной частью.

В наших исследованиях, по изучению реабилитационных мероприятий загрязненных почв тяжелыми металлами, проведено определение подвижных форм, их мобильной части. Для экстракции подвижных форм тяжелых метал лов использовали ААБ рН 4,8 (табл. 6).

Средние показатели содержания металлов в ацетатно-аммонийном буфе ре указывают на то, что их экстрагируется значительно больше на варианте без удобрений. Максимальная степень подвижности отмечена у Cd (73,3 %). Все системы удобрений, применяемые для санации загрязненного ТМ чернозема, в среднем снижали накопление подвижных соединений Zn, Cu, Pb, Cd. Тем са мым снижалась и степень их подвижности.

Таблица Действие разных систем удобрений на групповой и фракционный состав гумуса оподзоленного чернозема, загрязненного тяжелыми металлами № Гуминовые кислоты Фульвокислоты Сумма ва Варианты СГК:СФК Сумма Гумин фракций Сорг ри- Сумма опыта 1 2 3 1 2 гумуса ан- фракций фракций тов 0,15 0,24 0,28 0,67 0,06 0,20 0,11 0,37 1,13 2,17 2,19 1, 1 Б/у 6,75 10,96 12,79 30,50 2,89 9,07 5,02 16,99 51,60 99,09 - 0,08 0,60 0,29 0,97 0,18 0,18 0,20 0,56 1,16 2,70 2,74 1, 2 Н 3,08 21,88 10,58 35,54 6,76 6,57 7,15 20,48 42,31 98,33 - Н100 0,11 0,39 0,28 0,78 0,06 0,17 0,21 0,43 1,26 2,47 2,49 1, N1P1K1 4,25 15,86 11,26 31,37 3,54 6,66 8,28 17,49 50,50 99,37 - 0,10 0,49 0,29 0,88 0,05 0,25 0,20 0,50 0,92 2,29 2,33 1, 4 P2N1K 4,29 21,01 12,44 37,74 2,06 10.81 8,40 21,27 39,40 98,41 - 0,16 0,30 0,28 0,74 0,13 0,21 0,06 0,40 1,24 2,38 2,41 1, 5 P4N1K 6,64 12,45 11,62 30,71 5,15 8,83 2,41 16,63 51,30 98,64 - 0,16 0,30 0,28 0,74 0,09 0,16 0,14 0,40 1,15 2,29 2,31 1, 6 P2(е)N1K 6,92 12,97 12,11 32,00 4,04 7,13 6,16 17,34 49,73 99,07 - Примечание: в числителе содержание групп и фракций в почве (Сфракций почвы, %) в знаменателе – доля групп и фракций в составе гумуса (Сфракций к Сорг, %) Органо-минеральная система удобрений уменьшала степень подвижности цинка с 42,8 % до 21,2 %, меди с 15,7 % до 8,3 %, свинца с 53,5 % до 25,5 % и кадмия с 73,3 % до 51,6 %. Практически близки изменения этого показателя было на варианте ежегодного внесения P2(е)N1K1.

Таблица Влияние систем удобрений по изучению реабилитации загрязненного тяжелыми металлами оподзоленного чернозема № Количество элемента, извлекаемого из почвы вари Варианты ААБрН=4,8, мг/кг Элемент анта опыта Среднее, %* 2006 2007 мг/кг Zn 26,3 45,3 69,7 47,1 42, Cu 32,3 10,1 19,5 14,1 15, 1 Б/у Pb 31,2 10,7 22,2 21,4 53, Cd 0,47 0,29 0,57 0,44 73, Zn 17,3 36,2 26,1 26,5 24, Cu 11,1 11,4 4,1 8,9 9, 2 Н Pb 20,4 12,9 9,8 14,4 36, Cd 0,49 0,25 0,30 0,35 58, Zn 4,2 26,2 39,4 23,3 21, Н100 Cu 13,2 3,6 5,7 7,5 8, N1P1K1 Pb 10,0 11,0 9,7 10,2 25, Cd 0,50 0,17 0,27 0,31 51, Zn 60,0 37,9 36,8 44,9 40, Cu 31,1 6,7 7,8 15,2 16, 4 P2N1K Pb 12,5 7,1 11,2 10,3 25, Cd 0,41 0,26 0,32 0,33 55, Zn 67,0 63,5 47,4 59,3 53, Cu 14,0 7,5 3,8 8,4 9, 5 P4N1K Pb 7,2 10,2 8,5 8,6 21, Cd 0,39 0,32 0,30 0,34 56, Zn 7,8 64,0 44,1 38,6 35, Cu 0,7 13,0 6,4 6,7 7, 6 P2(е)N1K Pb 2,5 20,7 12,2 11,8 29, Cd 0,13 0,25 0,25 0,21 35, Примечание: * приводятся данные по степени подвижности ТМ (отношение мг/кг в ААБ к валовому содержанию в почве, выраженное в %) Особенно на этом варианте снизилось накопление подвижного Cd. Дру гой экотоксикант Pb максимально уменьшил степень подвижности от периоди ческого использования фосфорных удобрений (P4) на фоне N1K1. Она понизи лась с 53,5 % (вариант Б/у) до 21,5 % на варианте P4N1K1. Результаты данных исследований указывают на то, что органическое вещество навоза связывает растворимые соли металлов в металлоорганические комплексы, а фосфаты удобрений переводят их в труднорастворимые соединения. Тем самым не сколько улучшают (оздоравливают) загрязненную ТМ почву. Поэтому токсиче ские соединения значительно меньше могут мигрировать во внутрипочвенные воды и поступать в сельскохозяйственную продукцию.

Изучаемые системы удобрений в накоплении ТМ растениями имели свои особенности. Так, в зерне ячменя и овса отмечается повышение аккумуляции цинка. Содержание этого элемента на варианте без удобрений соответственно составило 18,2 мг/кг, 21,6 мг/кг. Все системы удобрений повысили накопление цинка в ячмене на 56 – 168 %, в овсе – 17 % - 55 %.

При этом следует подчеркнуть, аккумуляция цинка в объектах исследо ваний зависела от применяемых систем удобрений. Максимальное влияние на ячмень оказало последействие органики с ежегодным внесением оптимальной нормы N1P1K1. А одно органическое удобрение значительно меньше способ ствовало поглощению этого биомикроэлементы. В свою очередь минеральные удобрения, используемые ежегодно в повышенной дозе фосфора (Р120) на фоне N1K1, при выращивании овса увеличили в его зерне цинка на 55 % по сравне нию с вариантом без использования удобрительных средств. Кадмий в зерне овса под влиянием минеральных систем P4N1K1 и P2(е)N1K1 меньше накапли вался. Органическая и органо-минеральная системы уменьшали концентриро вание его в зерне ячменя, а вышеуказанные минеральные системы, наоборот, увеличивали его аккумуляцию в основной продукции. Медь, как микроэлемент, улучшает многие биохимические процессы в растениях. В зерне ячменя ее со держание значительно больше, чем в овсе. Исследуемые системы удобрений не оказали существенного влияния на накопление меди в зерне, за исключением P2(е)N1K1, которая существенно повысила накопление меди в овсе и уменьши ла в ячмене. Органика + N1P1K1 снизила концентрацию этого элемента на 27, %. Несколько меньшая разница в накоплении зерном свинца наблюдалась на варианте P2(е)N1K1. Другие системы удобрений не изменили содержание этого металла в зерне ячменя по сравнению с вариантом без удобрений.

Концентрация Zn, Pb, Cu, Cd в корнеплодах кормовой свеклы, при расче те на сухое вещество, была значительно больше, чем в зерне злаковых культур.

На первом варианте обнаружено Zn – 75,2 мг/кг, Pb – 1,50 мг/кг, Cu – 9,9 мг/кг, Cd – 0,2 мг/кг. Максимальное содержание Zn (103 мг/кг) определено на вариан те, где суперфосфат применялся в повышенной дозе на фоне азотных и калий ных туков. Другие системы имели тенденцию снижения накопления металлов или не изменяли его количества в корнеплодах.

Таблица Влияние систем удобрений на содержание тяжелых металлов в основной продукции № Zn Pb Cu Cd ва Варианты ри- Свекла* Свекла* Свекла* Свекла* опыта Ячмень Овес Ячмень Овес Ячмень Овес Ячмень Овес ан- кормовая кормовая кормовая кормовая та 1 Б/у 18,2 14,6/75,2 21,6 0,98 0,30/1,50 1,17 4,85 1,92/9,9 2,36 0,08 0,033/0,2 0, 2 Н100 28,4 10,4/81,3 26,1 1,16 0,18/1,4 1,18 4,93 1,30/10,1 2,49 0,07 0,024/0,2 0, Н 3 48,7 9,9/71,3 27,0 0,71 0,21/1,6 1,18 5,00 1,15/8,9 2,67 0,10 0,018/0,2 0, N1P1K 4 P2N1K1 30,0 7,8/65,1 26,4 0,98 0,17/1,4 1,24 4,97 1,17/9,7 2,51 0,14 0,020/0,2 0, 5 P4N1K1 31,3 10,1/74,5 25,2 1,07 0,14/1,1 1,34 5,38 0,96/7,1 2,38 0,12 0,022/0,2 0, 6 P2(е)N1K1 29,3 13,2/103,0 33,5 0,80 0,17/1,4 1,19 3,86 1,32/10,3 2,96 0,12 0,022/0,2 0, ПДК 50 - 50 0,5 - 0,5 10 - 10 0,1 - 0, МДУ 50 100 50 5,0 5,0 5,0 30 30 30 0,3 0,3 0, Примечание:* над чертой содержание металлов в пересчете на натуральную влагу;

под чертой – на сухое вещество Таблица Влияние приемов агрохимической реабилитации на миграцию ТМ во внутрипочвенные воды (мл/л·10-3) № ва- Zn Cu Pb Cd Варианты риан опыта 2006 2007 Среднее 2006 2007 Среднее 2006 2007 Среднее 2006 2007 Среднее та 1 Б/у 0,48 1,28 0,89 0,12 0,36 0,24 0,70 0,58 0,64 0,15 0,14 0, 2 Н100 0,51 2,37 1,44 0,21 0,19 0,20 0,62 0,99 0,85 0,06 0,08 0, Н 3 2,08 0,37 1,23 0,23 0,25 0,24 1,62 0,80 1,21 0,07 0,13 0, N1P1K 4 P2N1K1 0,40 1,32 0,86 0,12 0,11 0,12 0,88 0,80 0,84 0,05 0,19 0, 5 P4N1K1 0,41 0,11 0,26 0,17 0,10 0,14 0,74 0,56 0,65 0,03 0,20 0, 6 P2(е)N1K1 0,51 0,96 0,78 1,6 0,11 0,86 0,82 1,19 1,01 0,08 0,29 0, Итак, агрохимические средства повышения продуктивности звена сево оборота оказывали определенные изменения в химическом составе сельскохо зяйственных культур, но продукция, полученная на всех вариантах, была эко логически безопасной (табл. 7).

Изучаемые системы удобрений в разной степени повысили выход Pb и уменьшили миграцию Cd в инфильтрационные воды. Загрязненность их Pb по высилась на 1,6 % – 89 %, а концентрация Cd стала меньше на 20 % – 53 %, за исключением варианта, где использовали P2(е)N1K1. В данном случае увели чился вынос Cd во внутрипочвенные воды на 20 %. Органическая и органо минеральная системы удобрений увеличивали концентрацию Zn на 62 %, 38 % соответственно, в водах, просочившихся через профиль чернозема. Содержание данного элемента в них уменьшалось на 3,4 % – 40,8 % под влиянием мине ральных систем. Медь, как свинец и кадмий, под действием ежегодной дозы фосфора (Р120) существенно мигрировала в инфильтрационные воды. Другие минеральные системы удобрений (варианты 4 и 5) примерно в два раза снизили концентрацию меди во внутрипочвенных водах. От применения органической системы снижение меди в водах было меньше (17 %), а от Н100N1P1K1 кон центрация не изменилась по сравнению с вариантом Б/у (табл. 8).

Резюмируя полученные результаты аналитических исследований, отме тим, что при применении различных систем удобрений складываются весьма благоприятные условия улучшения плодородия оподзоленного чернозема. По вышается емкость поглощения ППК, увеличивается обеспеченность растений биомакроэлементами, улучшается экологическое качество гумуса, в основном снижается подвижность тяжелых металлов. Органическая и органо минеральная системы, снижали поступление кадмия во внутрипочвенные воды.

Минеральные системы также сдерживали миграцию цинка и меди в грунтовые воды. Высокие дозы суперфосфата в системе удобрений наоборот повышали вынос Cd, Pb, Cu в инфильтрационные воды.

Балансовый анализ загрязнения Zn, Cu, Pb, Cd оподзоленного чернозема в лизиметрическом опыте Балансовый анализ тяжелых металлов в агроценозе – это количественное выражение процессов, учитывающих наиболее полно источники их поступле ния и расхода в течение определенного промежутка времени.

В данной работе представлены результаты расчетов балансов Zn Cu, Pb, Cd в оподзоленном черноземе лизиметрического опыта с искусственным за грязнением этим комплексом поллютантов (табл. 9).

Таблица Баланс тяжелых металлов в оподзоленном черноземе в лизиметрическом опыте (в среднем за год г/га) Поступление Потери Баланс Со- агропроизводственная держа- Варианты Вынос геохимическая эрозия мин. орг. посевной атмосф.

ние ТМ опыта Сумма уро- Сумма ± г/га % тех уд. уд. материал осадки внутри в г/га жаями ноло- смыв почв.

гич.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Б/у - - 3,44 94,23 97,67 230,5 171,9 0,532 220 622,93 -525,26 -0, Н100 - 535,5 4,32 94,23 634,05 325,7 336,2 0,841 220 882,74 -248,69 -0, Н 7,30 535,5 2,65 95,23 639,68 461,8 396,0 0,767 220 1078,57 -447,89 -0, Zn N1P1K P2N1K1 7,30 - 4,35 94,23 105,88 217,9 220,0 0,506 220 658,41 -552,53 -0, P4N1K1 7,30 - 4,45 94,23 105,98 246,0 195,4 0,165 220 661,57 -555,59 -0, P2(е)N1K1 14,05 - 5,03 94,23 113,31 360,2 265,2 0,449 220 845,85 -732,54 -0, Б/у - - 0,59 95,38 95,97 32,5 140,6 0,142 180 353,24 -257,27 -0, Н100 - 192,0 0,58 95,38 287,96 40,8 275,0 0,122 180 495,92 -207,96 -0, Н 2,51 192,0 0,60 95,38 290,49 54,2 324,0 0,146 180 558,35 -267,86 -0, N1P1K Cu 270000 P2N1K1 2,51 - 0,58 95,38 98,47 30,0 180,0 0,071 180 390,07 -291,60 -0, P4N1K1 2,51 - 0,59 95,38 98,48 27,1 159,8 0,085 180 366,99 -268,51 -0, P2(е)N1K1 4,24 - 0,54 95,38 100,16 36,3 217,0 0,552 180 433,85 -333,69 -0, Продолжение таблицы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Б/у - - 0,17 119,59 119,78 6,68 62,51 0,393 80 149,58 -29,80 -0, Н100 - 132,0 0,18 119,59 251,77 11,43 122,24 0,494 80 214,16 +37,61 +0, Н Pb 3,95 132,0 0,14 119,59 255,68 12,71 144,00 0,755 80 237,47 +18,21 +0, N1P1K P2N1K1 3,95 - 0,17 119,59 123,71 8,46 80,00 0,523 80 168,98 -45,27 -0, P4N1K1 3,95 - 0,18 119,59 123,72 9,26 71,04 0,400 80 160,70 -36,98 -0, P2(е)N1K1 6,26 - 0,15 119,59 126,00 9,54 96,43 0,607 80 186,58 -60,58 -0, Б/у - - 0,015 2,298 2,313 0,713 0,938 0,060 1,2 2,911 -0,598 -0, Н100 - 8,25 0,013 2,298 10,561 0,955 1,834 0,042 1,2 4,031 +6,530 +0, Н Cd 0,24 8,25 0,016 2,298 10,804 1,090 2,160 0,060 1,2 4,510 +6,294 +0, N1P1K P2N1K1 0,24 - 0,018 2,298 2,556 0,899 1,200 0,070 1,2 3,369 -0,813 -0, P4N1K1 0,24 - 0,014 2,298 2,552 0,896 1,066 0,068 1,2 3,230 -0,932 -0, P2(е)N1K1 0,31 - 0,013 2,298 2,621 1,055 1,447 0,108 1,2 3,810 -1,512 -0, Результаты расчетов баланса Zn и Cu в агроценозе опыта был отрица тельный по всем вариантам. Однако где не вносили удобрения (вариант 1) и где вносилась ежегодно повышенная доза фосфатов (вариант 6) при оптимальной норме азотных и калийных удобрений (N1K1) баланс биомикроэлементов был максимально отрицательным. Другие системы применения удобрений способ ствовали удержанию Zn и Cu в педосфере.

Результаты расчета баланса токсикантов Pb и Cd в лизиметрическом опы те выявил, что в системах применения удобрений, с использованием навоза, на блюдалось положительное влияние в накоплении этих металлов.

Следовательно, под влиянием органической и органо-минеральной сис тем удобрений биоэлементы значительно больше задерживаются в педосфере.

Оценка агрохимической мелиорации техногенно загрязненной почвы биологическими методами Жизнедеятельность микроорганизмов в почве связана с окислением свя занного углерода до CO2. Количество продуцированного при этом CO2 зависит от количества организмов и интенсивности их обмена веществ.

Проведенные нами исследования показали, что в условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами при показателях близкой к нейтральной реакции среды ее почвенного раствора применение разработанных систем удобрений математически достоверные различия в значениях актуальной эмиссии СО существуют между всеми вариантами опыта (табл. 10).

Таблица Влияние систем удобрений на активность эмиссии углекислого газа № Вариант опыта Средний показатель Увеличение варианта 1 Контроль 9,94 2 Н100 10,33 0, 3 Н100N1P1K1 11,41 1, 4 P2N1K1 10,11 0, 5 P4N1K1 11,44 1, 6 P2(е)N1K1 10,47 0, Точность исследований m=0,59 % НСР0,95=0,19 мкмоль/г час Органо-минеральная и минеральная системы при периодическом способе внесения высоких доз фосфатов создают лучшие условия жизнедеятельности почвенным микроорганизмам. В результате этого эмиссия диоксида углерода на этих вариантах оказалась максимальной.

Для исследования биологической активности почв предложены методы:

определение интенсивности разложения целлюлозы и определение токсичности почвы биотестированием (Практикум по агрохимии, 2001).

Определение интенсивности разложения целлюлозы выполнялось мето дом аппликации. Очень сильные разрушения льняной ткани наблюдались в почве варианта с использованием только органических удобрений (табл. 11).

Существенно ниже была активность микроорганизмов в варианте, где исполь зовалась органо-минеральная система удобрений. Все изучаемые системы удобрений (варианты 4, 5, 6) способствовали увеличению интенсивности раз рушения аппликаций по сравнению с вариантом без удобрений, но различия укладывались в наименьшую существенную разность.

Метод определения токсичности почвы основан на высокой отзывчиво сти семян редиса на токсические вещества. Загрязнение оподзоленного черно зема ТМ привело к значительному торможению роста корней. На варианте Б/у самый высокий показатель токсичности – 57 % (табл. 12).

Таблица Целлюлозоразрушающая активность загрязненного чернозема при санации его удобрениями № Масса льняного полотна, г % раз- Оценка интен ва- изменения рушен- сивности раз Варианты опыта ри- До за ности рушения клет Убыль ан- кладки г % полотна чатки та 1 Б/у 5,35 2,15 - - 40 Средняя 2 Н100 5,30 4,83 2,68 125 91 Очень сильная 3 Н100N1P1K1 5,40 4,23 2,08 97 78 Сильная 4 P2N1K1 5,55 3,40 1,25 58 61 Сильная 5 P4N1K1 5,15 3,68 1,54 72 72 Сильная 6 P2(е)N1K1 5,25 3,88 1,73 81 74 Сильная Точность опыта m=3,3 %;

НСР0,95=0,36 г - Наиболее благоприятные (14 %) условия для роста и развития корешков редиса созданы на варианте периодического использования фосфатов 1 раз в четыре года совместно с ежегодным применением N1K1 (вариант 5). При при менении органоминеральной системы удобрений в севообороте создаются уме ренно токсичные условия (29 %). Применение других систем удобрений для де токсикации загрязненной почвы привело к увеличению роста корешков редиса, за исключением варианта, где использовалась только органика. В данном вари анте увеличение длины корешков меньше НСР0,95.

Таким образом, загрязнение чернозема оподзоленного тяжелыми метал лами до повышенного уровня привело к стрессовым реакциям микрофлоры на варианте без удобрений. Все фоны созданные разными системами удобрений, оказали защитное влияние на устойчивость микробоценоза.

Таблица Результаты изучения токсичности загрязненной почвы после санации различными системами удобрений. Тест культура – семена редиса № Длина корешка редиса, мм Всхо- Показатель Эффект тор ва- Изменения Варианты жесть, токсично- можения ри опыта Средняя % сти, % роста корней ан- мм % та Высоко ток 1 Б/у 30 0,63 - - сичные Высоко ток 2 Н100 35 0,72 0,09 14 сичные Умеренно 3 Н100N1P1K1 39 1,04 0,41 65 токсичные Умеренно 4 P2N1K1 40 0,91 0,28 44 токсичные Мало ток 5 P4N1K1 61 1,21 0,58 92 сичные Умеренно 6 P2(е)N1K1 39 0,87 0,24 38 токсичные m=6 % Точность опыта НСР0,95=0,18 мм Для сопоставления микробиологических показателей и систематизации обширного фактического материала был привлечен математический анализ. По совокупности полученных параметров сгруппированы почвенные образцы в два кластера соответственно системам удобрений и без дезактивационных ме роприятий. Уровень различий между ними существенен (рис. 1).

Результаты размещения в пространстве протестированных образцов в ви де коэффициентов ранговых распределений представлены графически на рис. 2.

В контрольном образце сформировалась система микробных сообществ необ ратимо нарушенных, потерявших исходную функциональную целостность.

Хорошо видны различия между образцами по степени нарушенности биоразнообразия в микробных системах. Выделяются группы относительно благополучных с точки зрения микробного сообщества местообитаний и зона нарушенных местообитаний. Применяемые системы удобрений в черноземе оподзоленном, загрязненном тяжелыми металлами, в разной мере способству ют восстановлению микробных сообществ.

Исследования показали, наилучшие условия для стабильности микробных сообществ созданы в вариантах 5 и 6, где коэффициент ранговых распределе ний d имеет значения от 0,1 до 0,4, а Cd 0,972, что характеризует микробоце нозы данных почв как устойчивые стабильные. Несколько хуже условия созда лись в почвах вариантов 3 и 4, в которых представленные коэффициенты: d – 0,4 – 0,8, Cd 0,976. Данные показатели отражают информацию о системах микробных сообществ, находящихся под обратимым воздействием загрязнения.

Вариант 2 имеет коэффициент ранговых распределений d – 0,4 – 0,8, при этом Cd 0,966. В почве этого варианта сформировалась система микробного сооб щества с истощенными ресурсами, но имеющая возможность восстановления равновесия.

Рис. 1.Результаты кластерного анализа микробных сообществ в черноземе Рис. 2. Разделение образцов в пространстве коэффициентов ранговых распределений по моделям Ципфа Cd и Горленко d Ранжирование систем удобрений по степени благополучия (интегральный индекс витальности G) – критерий плодородия в рисунке 3 – на первое место по устойчивости микробных сообществ к условиям местообитания выдвигается минеральная система применения удобрений, где фосфаты удобрений исполь зуются периодически высокой дозой Р240 (1 раз в четыре года), что помогает ей достичь максимального биоразнообразия. При использовании систем удоб рений Н100 и P2N1K1 (варианты 2 и 4, соответственно) произошло меньшее улучшение качества оподзоленного чернозема, загрязненного тяжелыми метал лами, как среды обитания микробного сообщества.

Рис. 3. Профили исследуемых почв по параметру G (интегральный индекс бла гополучия - критерий плодородия) Итак, при загрязнении чернозема оподзоленного Zn, Cu, Pb, Cd наиболь шая устойчивость микробного сообщества наблюдалась на фоне, сформирован ном минеральной системой удобрений, где высокую дозу фосфатов (Р240) вно сили один раз в четыре года. Другие сформированные фоны для функциониро вания почвенной микрофлоры были близки между собой по эффективности.

Эколого-экономическая эффективность комплекса мероприятий по санации черноземов, загрязненных тяжелыми металлами Расчеты показали, что величина экономической эффективности при при менении органо-минеральной системы удобрений для повышения урожайности растениеводческой продукции (без учета величины предотвращенного ущерба от загрязнения почвы химическими веществами) составила: в варианте Н100N1P1K1 – 156,175 руб./га.

Величина предотвращенного экологического ущерба от загрязнения зе мель химическими веществами в результате применения органо-минеральной системы удобрений Н100N1P1K1 для детоксикации техногенно загрязненного оподзоленного чернозема, составила 345,6 тыс. руб./га. При учете величины предотвращенного ущерба от загрязнения почвы химическими веществами разница ДПЧД на контроле и на варианте с использованием рекомендуемых мелиорантов (Н100N1P1K1) составляет 191,203 тыс. руб./га, т.е. применение рекомендуемых агрохимических мероприятий позволяет снизить затраты на освоение новых земель, взамен деградированных, на данную сумму.

Таким образом, охрана природных (почвенных) ресурсов, в частности оподзоленного чернозема, связана с дополнительными затратами на восстанов ление экосистемы вследствие отрицательного техногенного воздействия. Науч но обоснованные системы применения удобрений улучшают экологическую обстановку агроландшафта, и способствует снижению экологического ущерба.

ВЫВОДЫ 1. Изученные системы удобрений повышают продуктивность загрязненной ТМ почвы на 34 – 109 %. Наиболее эффективной системой удобрений (79,4 ц/га корм. ед.) оказалась органо-минеральная. При применении только органики или минеральных удобрений эффективность снижалась (27,9 – 55,5 ц/га корм. ед.) по отношению к контрольному варианту.

2. Применение различных систем удобрений, способствовало улучшению плодородия чернозема оподзоленного. К концу исследований повысилось содер жание гумуса на 0,1 – 0,2 % и его качество, улучшилась емкость поглощения ППК, значительно повысилась обеспеченность подвижными питательными элементами. Подвижность экотоксикантов снизилась.

3. Накопление Pb и Cd в основной продукции стабильно уменьшалось при применении органо-минеральной системы. Минеральные системы удобре ний способствовали уменьшению поступления Cd и Zn в кормовую свеклу.

4. Применение систем удобрений сдерживало вынос Zn и Cu в грунтовые воды, но высокие дозы фосфатов (Р120 – ежегодно) наоборот повышали мигра цию Cd, Pb, Cu во внутрипочвенные воды. Органическая и органо-минеральная системы удобрений снижали вынос кадмия в инфильтрационные воды.

5. Балансовый анализ Zn, Cu, Pb, Cd в лизиметрическом опыте выявил положительный баланс Pb и Cd под влиянием органической и органо минеральной систем удобрений. Минеральные системы удобрений способство вали проявлению отрицательного баланса.

6. Применение органо-минеральной системы, а также других вариантов удобрений улучшали почвенные условия жизнедеятельности микробных сооб ществ. Контрольный вариант (загрязненная почва) показал себя как кризисный, дестабилизированный. Однако интегральный индекс благополучия, который является микробиологическим критерием плодородия, показывает, что наибо лее благоприятные условия с точки зрения местообитаний микробоценозов бы ли созданы при применении азотных и калийных удобрений с периодическим внесением фосфорных (в дозе 240 кг/га действующего вещества на 4 года).

7. Оценка эколого-экономической эффективности органо-минеральной системы применения удобрений показала, что стоимость растениеводческой продукции покрывает расходы на применение агрохимической мелиорации.

При этом прирост чистого дохода составил 156,175 тыс. руб./га. В тоже время величина предотвращенного экологического ущерба от загрязнения почвы хи мическими веществами составила 345,6 тыс. руб./га.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ На основании результатов исследований составлены технологический регламент и рекомендации к применению агрохимической мелиорации почв, подверженных техногенному загрязнению в условиях южной части Нечерно земной зоны РФ (по программе РАСХН, подзадание 03.01.03.05 «Разработать агробиологические мелиорации техногенно загрязненных почв южной части Нечерноземной зоны РФ» (2006-2008)).

Необходимо: вывести загрязненные участки в отдельный севооборот;

оп ределить гидролитическую кислотность почвы каждого участка;

провести из весткование из расчета 2хНг=т/га. Известковую муку внести так, чтобы распре делить нейтрализующий материал по всему пахотному слою. Для этого поло вину дозы заделать плугом на всю глубину вспашки. Другую часть культивато ром. Наиболее эффективной системой удобрений является органо-минеральная.

Поэтому органические удобрения внести после уборки парозанимающей куль туры или яровой зерновой под основную вспашку. Желательно, чтобы первой культурой была пропашная (свекла, картофель, кукуруза). Но для улучшения питания следует использовать N60 – 90 P60 – 120 K 60 – 120 кг/га в виде мине ральных удобрений.

Производственные испытания рекомендуемых приемов для повышения продуктивности техногенного загрязнения чернозема проведены в ООО «Аг рофирма МТС Нива-Рязани» «Скопинский» Скопинского района Рязанской об ласти. Урожайность зерна ячменя выросла на 30%, а продукция была экологи чески безопасной.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Черникова О.В., Мажайский Ю.А., Давыдова И.Ю. Эмиссия СО2 и микро боценоз чернозема, загрязненного тяжелыми металлами при агрохимической мелиорации. // Плодородие. 2009. №4. С.48 – 49.

Статьи, опубликованные в других научных изданиях:

2. Лупанов Е.А., Гальченко С.В., Черникова О.В., Иванов А.Е. Влияние со лей тяжелых металлов на морфофизиологическую структуру растений. // Во просы региональной географии и геоэкологии. Всероссийская научно практическая конференция. Вып. 5.- Рязань, 2005 С. 74-75.

3. Мажайский Ю.А., Лупанов Е.А., Гальченко С.В., Ильинский А.В., Черни кова О.В. Влияние приемов детоксикации чернозема оподзоленного, загрязнен ного свинцом, на урожайность многолетних трав. // Социально-гигиенический мониторинг здоровья населения. Вып. 10.- Рязань, 2006. С. 294-296.

4. Лупанов Е.А., Иванов А.Е., Черникова О.В. Основные источники техно генного загрязнения окружающей среды на территории г. Рязани. // Материалы и исследования по рязанскому краеведению. Том 14.-Рязань,2007. С.357-360.

5. Мажайский Ю.А., Ильинский А.В., Черникова О.В. Агрохимические приемы санации техногенно загрязненного оподзоленного чернозема. // Прие мы повышения плодородия почв и эффективности удобрений в современных условиях. Материалы международной научно – практической конференции.

Минск, 2007. С.125-128.

6. Ильинский А. В., Черникова О.В. Влияние приемов агрохимической ме лиорации на микробиологическую активность оподзоленного чернозема, за грязненного тяжелыми металлами. // Экологическое состояние природной сре ды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий:

Сб. науч. тр. Вып. 3/ под общ. Ред. Ю. А. Мажайского. – Рязань:, 2008. С. 201 – 204.

7. Черникова О.В., Ильинский А. В. Влияние агрохимической мелиорации оподзоленного чернозема, подверженного техногенному загрязнению, на про дуктивность и динамику роста кормовой свеклы. // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: Сб. науч. тр. Вып. 3/ под общ. Ред. Ю. А. Мажайского. – Рязань:, 2008. С.272 – 274.

8. Лупанов Е. А., Иванов А. Е., Черникова О. В., Ларикова Ю. С., Кондрать ев М. Н. Реакция сортов яровой пшеницы (Triticum durum L.) на содержание Pb2+ в среде корнеобитания. // Физико-химические механизмы адаптации рас тений к антропогенному загрязнению в условиях крайнего севера. Тезисы док ладов. Международная конференция. Апатиты, 2009. С.206 – 207.

9. Мажайский Ю.А., Черникова О.В., Давыдова И.Ю. Влияние систем удоб рений на эмиссию СО2 в черноземе, загрязненном тяжелыми металлами, в ус ловиях лизиметрического опыта. // Состояние среды обитания и фауна охот ничьих животных России. Материалы 3-й Всероссийской научно-практической конференции. М, 2009.С. 94 – 98.