Агроэкологическое состояние антропогенно измененных орошаемых почв и пути повышения их плодородия

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день 11% или 14,5 млн. км2 от общей площади поверхности земли считаются пригодными для производства1. В результате антропогенной деятельности в окружающую среду попадает до 500 млн. тонн различных веществ, среди которых немалую долю занимают ядохимикаты. Увеличение объема производства приводит к загрязнению их остатками и выбросами окружающей природной среды, аккумуляции в больших количествах различных химических соединений в почве, и оказывает отрицательное влияние на экологическое состояние почвенного покрова. Приоритетными задачами для обеспечения населения экологически чистой продукцией являются очищение почв, а также увеличение урожайности и качества сельхозкультур. В республике проводятся широкомасштабные агротехнические, экологические и мелиоративные мероприятия, направленные на обеспечение потребности населения на экологически чистую продукцию, эффективное использование орошаемых земель, улучшение мелиоративноагрохимического состояния почв, а также сохранение и увеличение их плодородия. За счет снижения количества остаточных ядохимикатов аккумулирующихся в почве улучшается качество производимой сельскохозяйственной продукции. Определение количества тяжелых металлов и пестицидов с учетом наличия тяжелых металлов в материнской породе почв, их влияния на процесс протекающий в почвах, аккумуляции токсикантов по профилю почв, влияния токсикантов на агрохимическое состояние почв и круговорот остаточных количеств хлорорганических пестицидов через грунтовые воды, изучение динамики миграции токсичных веществ по трофической цепи почва-вода-растения считается актуальной задачей. При определении влияния токсичного прессинга на почвенные процессы, в частности на формирование гумуса через зоофауну и микроорганизмы, а также влияния токсичности на агрохимические и биологические свойства почв, усовершенствование биологической технологии восстановления плодородия загрязненных и ослабленных почв и экологического равновесия среды на основе точного расчета применяемых компонентов имеет важное значение. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в постановлениях Кабинета Министров Республики Узбекистан за №292 от 31 октября 2011 года «Об утверждении Программы Государственного мониторинга окружающей природной среды в Республике Узбекистан на 2011-2015 годы» и за №142 от 27 мая 2013 года «О Программе действий по охране окружающей среды Республики Узбекистан на 2013-2017 годы» а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Цель исследования является определение количества токсикантов в орошаемых почвах, их воздействие на почвенную среду, на экологическое и агрохимическое состояние почв, а также разработка путей повышения способности почв к самовосстановлению. Научная новизна исследования заключается в следующем: впервые определено изменение количества подвижных форм токсичных веществ в составе почв в вегетационный период и их вхождение в биологический круговорот; доказана связь аккумуляции токсичных элементов в профиле почв с механическим составом почв; определено превышение предельно-допустимых концентраций (ПДК) остаточными количествами хлорорганических пестицидов в почвенных горизонтах, граничащих с зеркалом грунтовых вод, в грунтовых, артезианских, питьевых водах, в сельхоз культурах - хлопчатнике и в культурах входящих в комплекс хлопчатника; определена зависимость токсично высоких количеств тяжелых металлов и пестицидов от гумусного состояния почв; разработаны методы повышения самозащитных и самоочищающих функций почв при помощи микроорганизмов, зоофауны и органических веществ с целью снижения воздействия токсично-высоких количеств тяжелых металлов. выводы 1. Исследованные почвы характеризуются невысоким количеством гумуса - 1,02%. Соотношение углерода к азоту C:N в сероземных почвах изменялось до 4,8-5,6, в сероземно-луговых почвах до 5,3-6,4, а в луговоаллювиальных почвах до 5,1-5,9. 2. Содержание подвижного азота в староорошаемых типичных сероземы достигало 40,7 мг/кг; светлые сероземы - 50,1 мг/кг; сероземнолуговые почвы высокообеспечены азотом (52,1-61,7 мг/кг); а луговоаллювиальные почвы низкообеспечены (12,6 мг/кг). Сероземные почвы очень низко обеспечены подвижным фосфором. Количество подвижного калия в пахотном и подпахотных слоях староорошаемых типичных сероземов составило 80-108 мг/кг. 3. В Самаркандском и Сурхандаринском областях никель обнаружен во всех исследованных почвах, где его количество выше предельнодопустимых концентраций в 4-5 раза. В летний период, в результате орошения почв, наблюдается передвижение мобильных форм никеля вместе с оросительными водами в нижние горизонты, поэтому в верхнем, пахотном горизонте он встречается в малых количествах. Осенью наблюдается резкое снижение количества никеля и хрома в почве 4. Наблюдается аккумуляция общего количества металлов по следующему убывающему ряду: Pb>Cr>Ni>Cd. Установлено загрязнение изученных почв тяжелыми металлами (свинец, никель, хром) и доказано вовлечение тяжелых металлов в малый биологический круговорот, что оказывает отрицательное воздействие на состояние почв. 5. Имеет место миграция ХОП по профилю почв и аккумуляция их в нижних горизонтах до 1-3 ПДК. В поверхностных и грунтовых водах в летние месяцы ядохимикаты не обнаружены, в весенний период их концентрация превышает ПДК в 4 раза. Во всех исследованных растениях обнаружены изомеры у изомер ГХЦГ. Присутствие и аккумуляция пестицидов в нижних горизонтах почвенного профиля в поверхностных и грунтовых водах способствует постоянному пополнению запасов ХОП в поверхностных, корнеобитаемых слоях почвенного профиля и загрязняет продукцию растениеводства. 6. На основе точного учета размеров и форм токсичной нагрузки на почвы, агрохимических и биологических свойств, качественной оценки используемых компонентов разработана биологическая технология восстановления плодородия и экологической стабильности среды загрязненных и «ослабленных» почв. 7. Проявление токсичного воздействия на почвы тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов в значительной степени корректируется содержанием гумуса. Однако, на почвах, подверженных токсичному воздействию выбросов Таджикской алюминиевой компании (ТАЛКО) это продвижение носит интенсивный характер из-за суммарного негативного влияния большого количества поллютантов. Почвы же, еще не терпящие высокого прессинга негативных выбросов, способны удерживать пестициды в различных соединениях и не загрязнять растения. Следует помнить, что древесная растительность (орех, шелковица) способна извлекать пестициды из очень глубоких слоев почвенного профиля и переносить их в поверхностные слои почвы с опадом. 8. Корреляционная зависимость между гумусом и урожаем, полученная с орошаемых типичных сероземов с содержанием гумуса 0,85% в первый срок загрязненных ГХЦГ составляла г=0,72; на фоне хрома г =0,78; никелевом фоне г=0,88; в почвах с 1,70% гумусом эти показатели соответственно, были равны 0,65; 0,74; 0,76. В растениях, посеянных в третый срок в почвах 0,85% с гумусом загрязненных ГХЦГ, корреляционная зависимость была равна г=0,78, в хромовом фоне г=0,70, на фоне никеля г=0,79, во всех токсичных сферах наблюдается уменьшение корреляционной зависимости между гумусом и урожаем. 9. Действие разработанной на примере староорошаемых типичных сероземов «технологии» испытано в полевых условиях на загрязненных почвах Сариасийского и Узунского районов Сурхандарьинской области. Полевые испытания показали достаточно высокую эффективность предлагаемой нами «технологии». 10. Данная технология разработана на убеждении: нельзя оставлять почву в состоянии потери ее исконной экологической функции - обеспечить урожай растений и стабилизовать экологическое состояние окружающей среды. Необходимо «лечить» потерявшие плодородие почвы хорошим уходом и восстановлением ее зоофауны и микрофлоры, которые способны вернуть почвам их способность к самосохранению и самоочищению. 11. Для восстановления бросовых, выведенных из сельхозоборота земель с низким плодородием и напряженной экологической обстановкой, необходимо применение методов биологической ремедиации. Для восстановления экологического состояния таких заброшенных земель, повышения их плодородия необходимо в течение 2-х вегетаций содержать эти земли в состоянии пара, а также постоянно поддерживать в них влажность и рыхлость. 12. Применение микроорганизмов-деструкторов в высокоплодородных почвах даёт возможность создания саморегулирующей и самоочищающейся системы, способствующей получению высокого и качественного урожая сельскохозяйственных культур. При помощи выделения штаммов микроорганизмов-деструкторов, токсичных химических веществ, использования сбалансированной системы применения органических удобрений, повышения биомассы всех видов микроорганизмов, находящихся в составе почвенной системы, можно очистить почвы от загрязнения. Хороший очищающий эффект имеют штаммы почвенных беспозвоночных, способные обогатить почвы активными ферментами, балансировать питательный режим почв, купируя токсикатны в капсулах.