С.И. Лукинова
Эколого-агрономическая характеристика почв сельскохозяйственных угодий Вологодской области

В последние десятилетия значительно усилилось антропогенное воздействие на природные объекты, включая почвенный покров агроландшафтов. Деградация земель в отдельных регионах достигла критического уровня, когда восстановление свойств почв и, в первую очередь, их плодородия практически стало невозможным без целенаправленной природоохранной деятельности. Планы природоохранных мероприятий и их реализация могут быть осуществлены только на основе полной информации о состоянии окружающей среды и, в том числе, почвенного покрова. Важная роль в этом отводится систематическому контролю за состоянием почв сельскохозяйственных угодий. Оптимальной формой организации и осуществления такого контроля является комплексный эколого-агрохимический мониторинг, объединяющий различные направления работ по обследованию почв сельскохозяйственных угодий:
– мониторинг плодородия почв;
– сплошной мониторинг загрязнений почв;
– локальный мониторинг загрязнения почв.

Агроистощение земель (один из видов деградации) представляет собой снижение плодородия почвы в результате обеднения ее элементами питания, неблагоприятных изменений почвенно-поглощающего комплекса, потери гумуса и закисления почв. В области на 01.01.1997 года имеется 1269,5 тыс. га продуктивных сельскохозяйственных угодий, из них пашня составляет 792 тыс.га.

Пахотные земли области по агрохимическим показателям относятся к почвам с низким естественным плодородием, на которых получение устойчивых, гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур невозможно без проведения целенаправленного их окультуривания. С целью контроля и оценки изменения плодородия почв ГЦАС «Вологодский» с 1964 года периодически проводит агрохимическое обследование почв. Проведено пять полных циклов обследования (периодичность – 5 лет) и два года шестого цикла (1995 и 1996 гг.). Координатная сетка отбора проб – 4 га, глубина 0-20 см.

В пробах определялись агрохимические показатели: кислотность, подвижный фосфор и калий, обменные кальций и магний, подвижная сера, подвижное железо, гумус, а с 1992 года – микроэлементы: бор, медь, кобальт, цинк, марганец. Обобщение большого количества данных позволило сделать вывод, что наиболее благоприятное состояние почв по агрохимическим свойствам достигнуто в почвах четвертого цикла обследования (1985-1989 гг.). Из комплекса агрохимических показателей, отражающих состояние плодородия почв и определяющих урожайность сельскохозяйственных культур, наибольший практический интерес представляет содержание органического вещества почв, кислотность и содержание подвижных форм фосфора и калия. Данные таблицы 1 показывают, что в сельскохозяйственном производстве за 25 лет площади очень кислых и кислых почв сократились на 35% (в 1964 году их было 80%, в 1989 – 45%). Площади почв с низким содержанием подвижного фосфора (до 50 мг/кг почвы) сократились в 2 раза (с 57% в 1964 году до 23% в 1989 году). Соответственно площадь почв с низким содержанием подвижного калия (содержание до 80 мг/кг почвы) уменьшилась с 34% до 23%.

В почве повысилось средневзвешенное содержание подвижного фосфора (с 58 до 105 мг/кг почвы), подвижного калия (с 112 до 135 мг/кг), гумуса (с 2,42 до 2,56 %). Снизилась кислотность почв (с 4,9 до 5,5).

В 4 цикле обследования впервые рассчитан положительный баланс питательных веществ в почве, а это означает, что поступление элементов питания выше их выноса с урожаем, что способствует повышению плодородия почв. В результате достигнутого окультуривания почв возросла их продуктивность. Урожай зерновых культур в среднем по области составил 21 ц/га. Такие результаты состояния плодородия почв стали возможны благодаря тому, что в области поэтапно проводились комплексные программы химизации сельского хозяйства, направленные на повышение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.

Многие годы государство выделяло дотации земледельцам на проведение работ по известкованию сильнокислых почв, фосфоритованию пашни с низким содержанием фосфора и по комплексному агрохимическому окультуриванию полей. Однако с 1992 года финансирование практически прекращено, и с этого времени, и особенно в последние годы, пахотные угодья области эксплуатируются экстенсивными методами. Уровень химизации полей значительно снизился (таблица 2). Если в 1986 году на поля области было внесено 142 тыс. т д.в. удобрений, то в 1995 и 1996 годы соответственно 21 и 22 тыс. т д.в. Объемы внесения органических удобрений снизились с 9,9 т в 1986 году до 3,2 т на 1 га пашни в 1996 году, а для бездефицитного баланса гумуса в дерново-подзолистой почве необходимо ежегодно вносить по 12 – 15 т высококачественных органических удобрений на гектар.

Известкование в 1989 году проведено на площади 110 тыс. га, в 1996 году только на 2 тыс. га. Фосфоритование ежегодно проводилось на площади 30 тыс. га, а в 1996 году вообще прекращено.

Анализ состояния плодородия пашни области за последние годы – 5-й и особенно начало 6-го цикла обследования (1995-1996 годы) – показал, что оно постепенно снижается. Отмечено прекращение роста содержания гумуса в почве. В четвертом и пятом циклах обследования среднее содержание гумуса составило 2,56%. За счет начинающейся частичной минерализации гумуса его содержание в 1996 году немного снижено.

В ряде районов наблюдается закисление ранее произвесткованных почв:
– в Вожегодском районе площадь кислых почв увеличилась на 4%;
– в Нюксенском – на 5%;
– в Череповецком – на 10%;
– в Вытегорском – на 15%.

Таблица 1

Распределение площадей пахотных угодий Вологодской области

 

Площадь пашни с низким содержанием микроэлементов и серы
1. Марганец – 1,6%
2. Медь – 27,6 %
3. Цинк – 73,9 %
4. Бор – 44,6 %
5. Подвижная сера – 70,2 %

Таблица 2

Применение минеральных и органических удобрений в Вологодской области по годам

Научные исследования, проведенные на различных типах почв с различной степенью кислотности доказали, что последействие извести проявляется в течение нескольких лет. В результате этого средневзвешенный показатель кислотности в 1996 году остается на уровне 1994 года. Однако процессы закисления почвы явно прослеживаются, что подтверждается балансом кальция и магния в почве. Дефицит этих элементов в пахотном горизонте почвы в 1996 году составил 365 кг/га. Площади с низким содержанием фосфора увеличиваются в среднем на 45% ежегодно. В 1994 году 16,9% почв области имели низкую обеспеченность фосфором, в 1996 их насчитывается 17%. Отмечено увеличение площадей почв, плохо обеспеченных калием. В 1994 году низкое содержание калия в почве имели 22,8% площадей, в 1996 – 26,7%. Наблюдается снижение концентрации элементов питания в почве, в частности, одной из причин которого является отрицательный баланс питательных веществ. Повсеместно уже с 1993 года (таблица 3) дефицит NPK на пашне составил 8 кг/га. В 1994-1995 годах дефицит увеличился до 37 кг NPK на га, а в 1996 году – до 58 кг/га. Это означает, что 40 – 50% урожая сельскохозяйственных культур было получено за счет потенциального плодородия почвы (т.е. в результате минерализации почвенного гумуса). Пахотные почвы области бедны по содержанию как валового азота, так и легкодоступных для растений минеральных форм азота. По результатам ежегодно проводимой агрохимцентром «Вологодский» диагностики азотного питания зерновых культур отмечается снижение запаса аммонийного и нитратного азота в 0-60 см слое почвы. В 1994 году запас составил 120-150 кг/га, в 1996 году – только 70-80 кг/га. Доза азота для подкормок зерновых культур, рассчитанная по результатам диагностики, возросла с 30 до 60 кг/га д.в. Доза 60 кг/га д.в. азота для подкормки зерновых культур на легких почвах области является экологически опасной вследствие возможного загрязнения грунтовой воды и повышенного содержания нитратов в продукции.

Таблица 3

Баланс питательных веществ в земледелии Вологодской области

Почвы области бедны по содержанию многих микроэлементов и серы. По результатам обследования выявлено, что площадь почв с низким содержанием меди составляет 28%, бора – 45%, цинка – 74%, подвижной серы – 70%. Повышенная кислотность, обеднение почв макро и микроэлементами и резкое сокращение применения средств химизации привело к существенному снижению продуктивности почвы. Урожай культур в 1996 году составил 15 ц/га.

Из всего сказанного следует отметить, что 45-50% почв области имеют кислую реакцию почвенной среды и, как правило, в пахотном горизонте этих почв недостает значительных количеств элементов питания для роста и развития сельскохозяйственных культур и если ко всему этому присовокупить потери питательных веществ за счет вымывания в нижележащие слои, то по эколого-агрохимической оценке верхний слой почвы можно охарактеризовать как деградированный. Необходимо безотлагательно проводить мероприятия по окультуриванию почв, в противном случае 1,5-2 года бездействия могут обернуться экологическим бедствием земледелия области, и на восстановление утраченного плодородия потребуются десятки лет планомерных работ.

По всей видимости, положение дел в земледелии области не улучшится и в 1997 году, так как многие сельскохозяйственные предприятия и в целом районы отказываются от проведения полевого агрохимического обследования почв на этот год ввиду отсутствия финансирования. Средств с налога на землю явно недостаточно. Секвестирование финансирования областной программы повышения плодородия почв на 1997 год еще в большей степени усугубит это положение. Сокращение финансирования влечет за собой усечение того минимума работ по плодородию, за предел которого переступать уже нельзя, так как такая программа не является научно обоснованной.

В последние годы в связи с урбанизацией городов, ростом численности и мощности промышленных предприятий возникла опасность атмосферного поступления загрязняющих веществ на поверхность почвы. Многие токсичные вещества (тяжелые металлы, пестициды, радиоактивные элементы и др.) переносятся на большие расстояния. Негативные антропогенные нагрузки в сельском хозяйстве (интенсивное и порой неграмотное применение средств химизации: применение пестицидов; органических и минеральных удобрений; мелиорантов) создают угрозу повсеместного или локального загрязнения земель. С целью определения фактического уровня загрязнения почв сельхозугодий области с 1993 года агрохимцентром проводится сплошной экологический мониторинг. Основу мониторинга составляет сплошное картографирование пахотных земель области по фактическому содержанию токсичных веществ в пахотном горизонте почв. Отбор проб проводится с глубины 0-20 см одновременно при проведении полевого агрохимического обследования. Сетка отбора – случайный растр (одна проба характеризует площадь 100 га). Контролируются тяжелые металлы (9 элементов), которые определяются в валовой форме, и пестициды (стойкие кумулятивные дусты ГХЦГ и ДДТ). Выборочно контролируются радиоактивные вещества стронций-90, цезий-137. Наблюдения проводились в течение 5-ти лет. Окончание работ в 1997 году. Обследованы сельскохозяйственные угодья в 21 районе области. Уровни загрязнения почв оцениваются по санитарно-гигиеническому показателю (в долях ПДК) и геохимическому – в долях фона. Обработка аналитических данных показала, что средняя концентрация тяжелых металлов в почвах сельхозугодий во всех обследованных районах не превышала предельно допустимую концентрацию, а уровень загрязнения почвы не превышал отметку 0,5 долей ПДК. На общем фоне загрязнения почв обследованных районов выделяются почвы Череповецкого района, где единичные значения некоторых элементов имеют более высокие величины загрязнения (по цинку максимальная концентрация составила 4,8 долей ПДК, по свинцу более 0,5 долей ПДК). По результатам научно-исследовательской работы, выполненной агрохимцентром в 1991-1992 годах, в этом районе загрязнение почвы верхнего 0-5 см слоя отмечено в ближней пятикилометровой зоне от г. Череповца и от заводов-загрязнителей. Приоритетными загрязнителями определены свинец, цинк, железо. Содержание свинца составило 1,4 долей ПДК, цинка – 0,9 ПДК, железа – 2 единицы фона. В связи с частым перемешиванием почвы (вспашка, культивация) уровень загрязнения на пашне значительно меньше. Содержание свинца, цинка, железа не превышают 0,5 ПДК и фоновую концентрацию.

Раньше в сельском хозяйстве в борьбе с вредителями овощные культур, льна, хлопчатника широко применялись хлорорганические инсектициды. По гигиенической классификации они являются стойкими и кумулятивными ядами и могут сохраняться в окружающей среде, в том числе в воздушной, многие годы. Основными представителями являются дуст ДДТ и ГХЦГ. Хотя оба дуста сняты с производства, проблема изучения детоксикации их в почве и в настоящее время не теряет актуальности. В небольших количествах (значительно ниже ПДК) остатки ГХЦГ были обнаружены в почвах сельхозпредприятий, имеющих в структуре посевных площадей посевы льна и посадки овощных культур.

Радиационный контроль почв области проводится с 1975 года. На территории области выделены 20 ключевых участков на разных типах почв области. Оценка радиоактивного загрязнения почв и растений дается по гамма- и бета-излучению. В течение всех лет содержание радионуклидов в почве и растениях находится в пределах фоновых концентраций. Содержание стронция-90 в почвах на пашне колеблется от 1,04 до 3,3 Бк/кг, цезия-137 от 2,1 до 7,7 Бк/кг почвы.

Обработка аналитических данных сплошного мониторинга позволила определить фоновые концентрации солей тяжелых металлов для дерново-подзолистой почвы области. Для правильной и более полной оценки уровня загрязнения тяжелыми металлами почв определенного региона необходимо использовать не только санитарно-гигиенические нормативы (ПДК и ОДК) элементов, но и фоновые данные содержания их в почве определенного типа (т.е. местный фон). Приводимые разными исследователями результаты по фоновому содержанию тяжелых металлов для почв России различаются в 5-10 раз, а различия с Кларком еще больше. Для определения фоновых концентраций тяжелых металлов в почве из общего массива обследованных площадей сплошного мониторинга были выделены площади почв, значительно удаленные от крупных промышленных предприятий, оживленных авто- и железных дорог и с минимальной сельскохозяйственной нагрузкой – это территории Кич-Городецкого, Никольского, Тотемского районов. Фоновые концентрации тяжелых металлов определены в дерново-подзолистой почве (основного типа почв в области). Для статистической обработки аналитические данныe по содержанию тяжелых металлов в почве сгруппированы в 3 выборки (в зависимости от механического состава почвы):
– супесчаная и песчаная – 317 проб;
– легкосуглинистая – 311 проб;
– среднесуглинистая – 60 проб.

Различия в содержании тяжелых металлов в почве разного механического состава несущественны. Среднее содержание тяжелых металлов, полученное при статистической обработке 688 аналитических данных, можно принять за фоновое содержание элементов в дерново-подзолистой почве области (таблица 4).

Таблица 4

Фоновое содержание солей тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве Вологодской области (валовая форма)

С целью изучения процессов, идущих в почвах, выявления изменения свойств почв при воздействии положительных или отрицательных факторов на ограниченной территории, для своевременного выявления изменений плодородия почв, предупреждения и устранения негативных процессов, происходящих в окружающей среде, с 1993 года агрохимцентром на территории области проводится локальный мониторинг почв пахотных угодий на реперных и опытных участках. Реперный участок – это поле или отдельно обрабатываемый участок площадью 20-30 га (на территории области заложено 30 реперных участков), на 10 участках ведутся наблюдения влияния локального химического загрязнения на почву, на 20 – влияния на почву и ее плодородие различных систем земледелия и систем химизации.

Локальные источники химического загрязнения составляют:
– техногенные выбросы промышленных предприятий г. Череповца;
– выбросы «Аммофоса»;
– техногенные выбросы Череповецкой ГРЭС;
– выбросы автотранспорта (реперные площадки заложены вдоль оживленных автомагистралей (Вологда – Москва, Вологда – Санкт-Петербург));
– выбросы Сокольского промузла;
– доменный шлак Череповецкого металлургического комбината (применяемый в качестве известкового материала);
– жидкий бесподстилочный навоз (свиней и крупного рогатого скота);
– большие дозы фосфоритной муки на полях фосфоритования (дозы фосфоритной муки составляли до 1,5 т/га).

Объектами наблюдений на реперных участках являлись почва (до глубины 1м), сельхозкультуры с чередованием согласно севообороту, воды – поверхностная и грунтовая и снег. Контролировались агро-химические показатели почв, содержание биогенных веществ, тяжелых металлов и радионуклидов.

В результате наблюдений, проведенных на реперных участках, сделаны следующие выводы:

1. Валовое содержание тяжелых металлов в почве всех реперных участков не превышает ОДК И ПДК.

2. Отмечено слабое загрязнение почвы на реперных участках с источниками загрязнения:
– техногенные выбросы «Аммофоса»;
– выбросы Череповецкого промузла;
– выбросы автомагистралей Вологда – Москва и Вологда – Санкт-Петербург.

Работа по локальному мониторингу дополняется проведением исследований на опытных участках по разработке и освоению технологий и методов, исключающих попадание токсикантов из загрязненной почвы в окружающую среду.

В 1993 и 1994 годах заложены два микрополевых опыта по изучению влияния высоких концентраций тяжелых металлов (специально внесенных в почву) на их поведение в почве, свойства почв, транслокацию элементов в растениеводческую продукцию и миграционные процессы при проведении различных агрохимических приемов. Экспериментальным путем установлено, что среди факторов, влияющих на доступность тяжелых металлов, наиболее действенным является кислотность почв (pH). Увеличение кислотности почвы приводит к повышению подвижности почти всех металлов. Исследования проведены с различными концентрациями металлов в почве: цинка – 2 ПДК и 6 ПДК; свинца – 2 и 3 ПДК; кадмия – 2 и 3 ПДК; никеля – 2 ПДК; меди – 4 ПДК.

При этом использовались различные агрохимические приемы:
– внесение разных доз минеральных и органических удобрений;
– внесение извести;
– внесение извести и органических удобрений;
– внесение извести и минеральных удобрений.

В результате этих исследований в опытах с внесением извести и двойной дозы органических удобрений отмечено наибольшее закрепление металлов в почвенно-поглощающем комплексе и, как следствие, наименьшее накопление их в растениеводческой продукции.

Источник: Лукинова С.И. Эколого-агрономическая характеристика почв сельскохозяйственных угодий Вологодской области / С.И. Лукинова // Научное обеспечение охраны окружающей среды и рационального использования : материалы науч.-практ. конф. – Вологда, 1997. – С. 33-43.