Введение к работе
Актуальность темы. Плодородная почва является важнейшим ресурсом развития человеческой цивилизации. Сельскохозяйственное использование земель тесно взаимосвязано с активно возрастающим влиянием человека на почву, развитием процессов почвообразования и эволюцией почвенного плодородия. Антропогенное воздействие на естественный почвообразовательный процесс является важной и основной особенностью современного почвообразования.
Человечество заменяет природный биоценоз агроценозом, нарушая исторически сложившееся динамическое равновесие между почвой и растительным покровом, формирует новую, культурную, экологическую систему - агробиогеоценоз, в котором ведущим фактором регулирования взаимосвязи между почвой и растениями становится хозяйственная деятельность. В агробиогеоценозе постоянное активное воздействие на почвообразовательные процессы оказывают сельскохозяйственная деятельность человека и климатические условия. В пахотном горизонте под воздействием интенсивных факторов земледелия происходят глубокие изменения генетического, химического и агрофизического характера.
Воздействуя на почву в процессе окультуривания, обеспечивая оптимальные условия для получения стабильно высоких урожаев современный АПК преобразует элементарные ландшафты в высокопродуктивные регулируемые агропедоценозы, требующие комплексного исследования, т.к. интенсивная антропогенная нагрузка на природные ресурсы вызывает изменение направлений и темпов миграции микроэлементов, входящих в фоновый состав почв и поступающих дополнительно из различных источников загрязнения. Устойчивость агропедоценоза определяется способностью почвы выполнять свои агрохимические функции, определяющиеся степенью буферности все нарастающему техногенному воздействию.
На современном этапе развития культурных агропедоценозов наиболее актуальная стоит проблема изучения загрязнения почв Центрального Черноземья и растениеводческой продукции тяжелыми металлами, а также исследование фитотоксичности почв ЦЧ и реакций зерновых культур на загрязнение почв такими токсикантами некоторых тяжелых металлов.
Связь работы с научными программами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с плановыми научными исследованиями Курской государственной сельскохозяйственной академии в рамках научного направления по теме 10, раздел 10.4 «Гетерогенное распределение ионов тяжёлых металлов в природных средах» на 2000–2005 гг. (Решение научно-технического Совета академии, протокол № 1 от 26.02.2001г.), решением Ученого совета академии (протокол № 11 от 28.10.2003г.) и приказом № 452-Л от 13.09.2004г. на 2004-2008 гг.
Цель и задачи исследований. Целью диссертации является изучение проблем загрязнения почв ЦЧ тяжелыми металлами (ТМ), определение сорбционного распределения тяжелых металлов в пахотном горизонте черноземных и серых лесных почв лесостепи Центрального Черноземья на примере Курской области, разработка практических рекомендаций для учета их трансформации, а также синергетического и антагонистического взаимного влияния двухвалентных форм ТМ на токсические свойства почвенных сред. Исследование фитотоксичности почв агроэкосистем всех типов почв Курской области на некоторые зерновые культуры.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Провести мониторинг содержания подвижных форм тяжелых металлов (Cu, Zn, Mn, Pb, Co, Cd, Ni) в почвах районов Курской области.
-
Осуществить агрохимическую оценку содержания кадмия, свинца, кобальта и никеля в соответствии от основных свойств изучаемых почв.
-
Изучить трансформацию ТМ в почвенных средах и их синергетический и антагонистический характер.
-
Установить степень буферности почвенных сред по сравнению с минералами монтмориллонитовой группы.
-
Определить индекс токсичности ТМ в почвах исследуемых районов.
-
Выявить продуктивность некоторых зерновых культур при естественном повышении доз ТМ до 2,0-2,5 ПДК.
Научная новизна работы. В работе впервые в условиях Центрального Черноземья изучена проблема загрязнения почв Центрального Черноземья тяжелыми металлами (Cu, Zn, Mn, Pb, Co, Cd, Ni), проведено исследование фитотоксичности почв ЦЧ и реакций зерновых культур на загрязнение почв такими токсикантами-металлами, проведен комплексный анализ синергетико-антагонистического взаимовлияния ТМ на многофазные полидисперсные почвенные системы всех типов почв Курской области и произведен расчет влияния сорбционных процессов минеральной части почвы на буферную емкость почв. Разработан новый методический подход к оценке токсичности почв на тест-объектах злаковых культур в зависимости от потенциального плодородия и фитотоксичности ТМ для почв.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Состояние баланса тяжелых металлов в почвах исследуемых районов Курской области.
-
Интенсивность распределения ТМ в почвенных системах в зависимости от агрохимического состава почв и территориального расположения исследуемых сельскохозяйственных земель районов Курской области.
-
Наличие корреляционных зависимостей между совокупностью синергетических и антагонистических переходов и агрохимическими показателями почв исследуемых районов Курской области.
-
Зависимость между содержанием ТМ и минеральной частью исследуемых почв.
-
Уровень геохимической аккумуляции ТМ (кобальта, никеля, кадмия и свинца) минеральной частью почв исследуемых районов.
-
Миграционные параметры элементов ТМ в пределах гумусного горизонта, уровень их доступности и планирования качества растениеводческой продукции.
Практическая значимость. Результаты работы позволяют расширить научную базу в области агропочвоведения и аспектов агрофизического исследования особенностей почвенного плодородия, трансформации ТМ в почвах исследуемых районов Курской области в процессе антропогенного использования агропедоценозов.
Установленные корреляционные зависимости позволяют прогнозировать количество ТМ в почвах, а, следовательно, регулировать доступность их растениям. Разработанные элементы научной базы формируют основу дифференцированной системы агротехнических мероприятий АПК. Материалы диссертационной работы могут быть использованы в педагогической практике по агропочвоведению и других учебных сельскохозяйственных дисциплин агротехнологического профиля.
Личный вклад автора. Диссертантом выполнен больший объем экспериментальных исследований, проведены необходимые расчеты, обработка результатов и их анализ, сформулированы общие положения, выносимые на защиту, выводы и практические рекомендации.
Апробация работы. Полученные результаты научных исследований докладывались на всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы Центрального Черноземья» (Курск, 2004), всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития сельского хозяйства Центрального Черноземья» (Курск, 2005), всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития аграрного сектора региона» (Курск, 2006), всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса» (Курск, 2007), всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (Курск, 2009), Международном Экологическом Форуме «Современные экологические проблемы провинции» (Курск, 1995), Международной научно-практической и учебно-методической конференции «Наука и образование – возрождение сельского хозяйства в России в XXI веке» (Брянск, 2000), Международных научно-практических конференциях: «Актуальные вопросы современного земледелия в ЦЧЗ» (Курск, 2000), «Агроэкологические проблемы современности» (Курск, 2001), «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (Белгород, 2004), «Экология, окружающая среда и здоровье населения Центрального Черноземья» (Курск, 2005), «Теоретические и прикладные проблемы социально правовых, медико-биологических, технико-экономических сфер жизни общества» (Курск, 2007), «Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса» (Курск, 2008), «Актуальные проблемы химической науки, практики и образования» (Курск, 2009), научно-практических конференциях: «Актуальные вопросы современного земледелия в ЦЧЗ» (Курск, 2000, 2001), «Вопросы современного земледелия в Центральном Черноземье» (Курск, 2003), «Плодородие почв и устойчивость земледелия в Центральном Черноземье» (Курск, 2004). Основные положения работы опубликованы в рецензируемых журналах «Проблемы региональной экологии», «Аграрная наука», «Известия ТСХА» и монографиях. Предложения производству внедрены в АПК Курской области.
Структура и объем работы. Работа изложена на 402 страницах основного текста и 78 страницах приложения, состоит из 5 глав, содержит 34 рисунков, 39 таблицы, список литературы включает 328 источников, в том числе 74 зарубежных наименования.
