Введение к работе
Актуальность проблемы Антропогенная деятельность является главным фактором изменения равновесия в экосистеме, загрязнении её тяжёлыми металлами (далее - ТМ) и другими токсикантами. Особенно негативно это выражено в крупных мегаполисах, вблизи крупных автотрасс, предприятий черной и цветной металлургии, строительного комплекса, химических комбинатов, и других потенциально опасных объектов. Все они в той или иной мере присутствуют в Среднем Поволжье, включая Ульяновскую область, и относятся к активным загрязнителям почвенной среды, приземного слоя воздуха, растительной и животноводческой продукции. По эколого-агрохимической оценке только в Ульяновской области выделено 60 тыс. га сельхозугодий, транспортного и промышленного загрязнения. Первое из них обнаружено вдоль дорог федерального и областного значения, второе вдоль глиссады аэродрома "Восточный" и других объектов. Выявлена существенная доля пахотных почв с уровнем загрязнения Pb, Cd, Zn, превышающим ПДК.
В связи с этим комплексное изучение эколого-агрохимического состояния почв Среднего Поволжья, рациональное использование пахотных земель, снижение подвижности ТМ, их техногенной нагрузки на агроландшафты является актуальной проблемой.
Цель и задачи исследований. Цель настоящих исследований заключалась в научном обосновании изменений, эколого-агрохимического состояния почв лесостепи Среднего Поволжья по результатам многолетнего агрохимического мониторинга, изучении аккумуляция ТМ сельскохозяйственными культурами и дикорастущими растениями в зависимости от биологических свойств и сортовых особенностей, оценке научно обоснованных приемов снижения подвижности ТМ в системе почва- растение.
В задачи исследований входило:
- изучить динамику эколого-агрохимических показателей почвы по материалам
агрохимического обследования и результатам почвенного мониторинга;
-выявить уровни содержания и профильное распределение ТМ в почвах, поверхностных и грунтовых водах, атмосферных осадках;
изучить транслокацию ТМ различными видами и сортами культурных растений при существующих технологиях их возделывания;
установить величину накопления ТМ растениями в зависимости от содержания их валовых и подвижных форм, агрохимических свойств почвы и удаленности от источника эмиссии;
изучить характер поведения ТМ в системе почва - растение, разработать приемы их инактивации и предложить подбор культур и сортов, наиболее пригодных для возделывания в агроландшафтах с различным уровнем техногенной нагрузки.
Научная новизна. Впервые в условиях Среднего Поволжья на основе системного анализа плодородия пашни по расширенному количеству показателей изучена динамика эколого-агрохимических показателей, лимитирующих продуктивность пашни и определяющих основные деградационные процессы в агроландшафтах региона. Научно обоснованны приемы инактивации ТМ в системе почва - растение. Впервые на выщелоченных черноземах Среднего Поволжья в полевых и вегетационных опытах проведено сравнительное изучение влияния цеолитов и извести местных месторождений на инактивацию ТМ в почве и транслокацию их в растениеводческую и овощную продукцию, определены уровни накопления ТМ в различных видах культурных рас-
тений при существующих технологиях их возделывания. Исследовано накопление ТМ в растениях в зависимости от их валовых и подвижных форм в почве, других агрохимических показателей и удаленности от источника эмиссии. Разработаны научно обоснованные приёмы по ликвидации негативных последствий антропогенного воздействия на агроландшафты, загрязненные ТМ. Установлена целесообразность подбора культур и сортов, наиболее пригодных для возделывания на загрязненных ТМ почвах.
Практическая значимость работы. Установлены количественные показатели поступления в растения и выноса ТМ из почвы для оценки конкретной экологической обстановки в агроэкосистемах, позволяющие прогнозировать изменение подвижности ТМ в почве и содержание их в растениях. Результаты могут быть использованы для разработки мероприятий по ведению сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроландшшафтов. Корреляционные зависимости между величиной рН, дозами извести, цеолитов, минеральных удобрений, навоза и концентрацией ТМ в растительной продукции можно использовать при решении экологических вопросов, связанных с долгосрочными прогнозами оценки поведения ТМ в системе почва - растения при ведении растениеводства и овощеводства в условиях техногенного загрязнения агроценозов. Выявленная видовая и сортовая специфика уровня накопления ТМ сельскохозяйственными культурами может служить основой для подбора культур и сортов, устойчивых к накоплению ТМ в конкретных почвенно-экологических условиях. Полученные данные по содержанию ТМ в различных компонентах (почва, растения, поверхностные и фунтовые воды, атмосферные осадки) являются основанием для принятия конкретных мер и технических решений, направленных на снижение техногенного воздействия на окружающую среду.
Материалы и результаты исследований использованы с участием автора при составлении ряда экологических Законов этого региона. Концепции "Обеспечения устойчивого развития агропромышленного производства в условиях техногенеза" М.: Россельхозакадемия, 2003 г. Методических указаний по проведению агроэкологиче-ского мониторинга в зонах воздействия промышленных объектов (проект), Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2004 г. Результаты исследований рекомендованы к внедрению Государственным комитетом по экологии и природопользованию Ульяновской области в хозяйствующих субъектах, а так же АПК "Свияга" в системе хозяйств агропромышленного комбината.
Основные положения, выносимые на защиту:
анализ данных по изменению эколого-агрохимического состояния почв с использованием различных видов мониторинга (сплошного, локального);
состав и уровень содержания ТМ в пахотном горизонте почв их распределение по профилю как показатель экологического состояния;
особенности аккумуляции ТМ дикорастущими и культурными растениями в условиях различной техногенной нагрузки, видовая и сортовая специфика накопления ТМ полевыми культурами;
агрохимические приёмы, снижающие подвижность ТМ в почвах и аккумуляцию их в растительной продукции.
Апробация работы. Материалы исследований доложены на Международных, Всесоюзных, Всероссийских, Межрегиональных, Региональных и областных конференциях, (в т.Ч.Ульяновск, 1992; Казань, 1995; Москва, Ульяновск, 1996; Кітель, Ульяновск, Уфа, Москва, 1997; Нижний Новгород, Москва, Ульяновск, 1998; Ульяновск,
1999; Саратов, Ульяновск, 2000; Москва, Ульяновск, Пенза, Казань, 2001; Воронеж, Каменная Степь, Ульяновск, Донецк, Москва 2002; Кшиенёв, Курск,
Тула, 2003; Пенза, 2005; Белгород, 2006), на Всеросийском совещани (Москва,1993), Международном симпозиуме по Мониторингу окружающей среды {Москва - Селигер, 1996 г.), IV Всероссийском форуме "Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование, Бизнес" (Москва, 1997), и втором Всероссийском съезде по охране природы (Саратов, 1999).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 54 научных работах, в том числе в соавторстве в концепции и монографии.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 459 страницах машинописного текста, состоит из введения 9-й глав и выводов. Содержит 94 таблицы, 16 рисунков. Список основной использованной литературы включает 681 наименований, в том числе 87 публикаций иностранных авторов. Приложения в виде отдельного тома изложены на 81 странице.
