Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Удобрительная ценность птичьего помета 12
1.2. Влияние длительного применения птичьего помета на компоненты агроэкосистемы 25
1.3. Современное состояние методологии оценки агроэкосистем и воздействия сельскохозяйственного производства на педосферу 47
Глава 2. Условия и методы проведения исследований
2.1. Методика и условия постановки экспериментов 63
2.1.1. Полевые, вегетационные и лабораторные опыты 64
2.1.2. Методы лабораторных и мониторинговых исследований 75
2.2. Природно-хозяйственная характеристика базового предприятия 79
2.2.1. Общие сведения о предприятии 79
2.2.2. Почвенно-климатические условия 81
Глава 3. Трансформация агрохимических свойств почвы под влиянием антропогенной деятельности
3.1. Научно-методические подходы к оценке глубины изменения почвенных свойств 87
3.2. Динамика агрохимических показателей почвенного покрова в зоне влияния предприятия промышленного птицеводства 112
Глава 4. Химическое загрязнение почв как показатель воздействия сельскохозяйственного предприятия на окружающую среду
4.1. Научно-методические подходы к оценке степени загрязнения почв 132
4.2. Анализ загрязненности земель сельскохозяйственного назначения базового предприятия 147
4.3. Комплексная оценка воздействия предприятия на почвенный покров 176
Глава 5. Оценка влияния предприятия промышленного птицеводства на воздушную и гидрологическую составляющие экосистемы
5.1. Характеристика загрязнения воздуха в зоне влияния птицефабрики 181
5.2. Качество природных вод 196
5.2.1. Динамика химического состава подземных вод 196
5.2.2. Влияние сброса сточных вод птицефабрики на поверхностные водные источники 210
Глава 6. Обоснование возможности применения высоких доз птичьего помета и его влияние на агрофитоценоз
6.1. Влияние птичьего помета на урожайность культур 224
6.2. Влияние птичьего помета на качество растительной продукции 241
6.3. Продуктивность культур на фоне различных уровней зафосфаченности почв 251
Глава 7. Баланс питательных веществ как элемент нормирования внесения органических отходов (удобрений) в почву 262
7.1. Изучение коэффициентов использования элементов питания из птичьего помета на фоне высоких доз его применения 264
7.2. Особенности поглощения фосфора на почвах с очень высоким содержанием подвижных фосфатов 275
7.3. Влияние применения птичьего помета и степени обеспеченности почв фосфором на интенсивность баланса питательных веществ 290
Глава 8. Основные направления реабилитации почвенно-биотического комплекса в зоне влияния предприятия промышленного птицеводства
8.1. Возможности интенсификации растениеводства в оптимизации состояния почв с очень высоким содержанием подвижных фосфатов 300
8.2. Залужение как способ восстановления зафосфаченных земель
8.2.1. Регулирование круговорота биогенных элементов в агроэкосистеме при выращивании многолетних трав 308
8.2.2. Выбор оптимального состава травосмеси при выращивании многолетних трав 314
Глава 9. Эколого-экономический эффект утилизации органических удобрений промышленного птицеводства в агроэкосистеме
9.1. Агрономическая эффективность применения высоких доз птичьего помета 326
9.2. Базовая методология лимитирования применения органических отходов 335
9.3. Расчет лимитов на утилизацию органических отходов ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» 343
Выводы 351
Предложения производству 355
Список использованной литературы 357
Приложения 398
- Влияние длительного применения птичьего помета на компоненты агроэкосистемы
- Природно-хозяйственная характеристика базового предприятия
- Динамика агрохимических показателей почвенного покрова в зоне влияния предприятия промышленного птицеводства
- Анализ загрязненности земель сельскохозяйственного назначения базового предприятия
Введение к работе
Актуальность исследований
Основное антропогенное воздействие на компоненты окружающей среды принято связывать с промышленностью, однако в ряде случаев не менее глубокое и масштабное влияние на агроэкосистему оказывают предприятия сельскохозяйственного профиля. Прежде всего, это относится к отрасли индустриального птицеводства (животноводства). В настоящее время от одной средней птицефабрики (400 тыс. кур-несушек) в год поступает до 40 тыс. т птичьего помета и свыше 500 тыс. м3 сточных вод, а в целом по России в птицеводческих хозяйствах ежегодно накапливается более 50 млн. т органических отходов (Лысенко В.П., 1998). При этом, как правило, отходы сконцентрированы на небольших площадях, что усугубляет их негативное воздействие. В результате компоненты экосистем, находящиеся в зоне влияния крупных птицефабрик, оказываются заметно трансформированными.
Снижение или предотвращение негативного воздействия на окружающую среду в подобной ситуации возможно в случае применения системы экологического регулирования природопользования с включением элементов экологического менеджмента. Использование подобной процедуры на предприятиях промышленного птицеводства позволит сформировать соответствующую природоохранную политику, направленную на решение ряда проблем экологического плана, в том числе связанных с использованием большого количества органических отходов в агроэкосистеме.
Первым этапом такой системы является оценка уровня воздействия хозяйственного объекта на компоненты окружающей среды и выявление негативных последствий, связанных с этим. Многочисленными исследованиями установлено, что основное влияние отходы предприятий промышленного птицеводства оказывают на почвенный покров прилегающей территории (Карпухин А.И. и др., 1983; Бачило Н.Г., 1990; Титова В.И., 1998; Мерзлая
Г.Е., Лысенко В.П., 2002). Однако исторически сложилось, что при разработке аспектов, касающихся нормирования воздействия, почва как компонент окружающей среды достаточно долгое время исключалась из рассмотрения. Вероятно, следствием именно этого является слабая разработанность методологии, позволяющей оценить состояние почв, а также определить уровень негативного воздействия предприятия на нее (Булгаков Д.С., 2002). В связи с этим актуальным является разработка научно-методических подходов, позволяющих решить указанную задачу, и апробация их в производственных условиях.
Следующим этапом системы регулирования природопользования на предприятии промышленного птицеводства является непосредственное управление воздействием, для чего, безусловно, необходима соответствующая научно-информационная база, которая в настоящий момент времени яв- -ляется недостаточной. Особое значение для формирования такой базы имеют сведения, касающиеся воздействия очень высоких доз птичьего помета на аг-рофитоценоз, состояние почвенно-биотического комплекса, круговорот и ба- ; ланс элементов в агроэкосистеме и т.д. Наличие вышеназванной информации, в совокупности с соответствующей научно-обоснованной методикой, і позволит нормировать антропогенное воздействие, связанное с утилизацией птичьего помета.
Кроме этого, значительное количество территорий, прилегающих к крупным птицеводческим хозяйствам, в настоящий момент времени, вследствие длительной неконтролируемой утилизации высоких доз птичьего помета, характеризуется нарушением экологического равновесия в почвенной системе по ряду признаков (аномально высокое содержание подвижных фосфатов, резкий дисбаланс между элементами питания, повышенное содержание тяжелых металлов и др.), что требует разработки системы мероприятий по их реабилитации.
Цель и задачи исследования
Основной целью исследований являлась разработка методов оценки агроэкологической информации, которые позволят идентифицировать антропогенное воздействие на почву и определить его глубину; формирование подхода к экологическому нормированию утилизации органических отходов (помета) предприятий индустриального птицеводства в агроэкосистеме; изучение основных возможностей реабилитации почв, выведенных из состояния экологического равновесия (антропогенно трансформированных) вследствие длительного внесения очень высоких доз птичьего помета.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка научно-методических подходов к оценке экологического состояния почв как компонента окружающей среды;
выявление основных изменений почвенных свойств, обусловленных длительным применением высоких доз птичьего помета, на основе вышеназванных авторских разработок;
изучение влияния высоких доз птичьего помета на урожайность и качество сельскохозяйственных культур;
определение влияния уровня зафосфаченности почвы на состояние агрофитоценоза;
выявление особенностей поглощения фосфора из почв с аномально высоким его содержанием;
создание базовой методологии утилизации птичьего помета в агроэкосистеме;
оценка возможностей интенсификации растениеводства и залуження земель при реабилитации антропогенно трансформированных почв.
Научная новизна
Предложены новые показатели для оценки степени загрязнения почв -приведенный коэффициент концентрации (D) и интегральный оценочный
балл загрязнения почвы (Б), которые, в отличие от общепринятых характеристик (ПДК, Zc), отражают совокупное действие загрязнителей с учетом степени их токсичности.
Разработана градация, позволяющая оценить степень антропогенной трансформации почвы по уровню ее зафосфаченности.
Сформирована минимально необходимая научно-информационная база, позволяющая осуществить нормирование утилизации птичьего помета в агроэкосистеме: определены максимально возможные дозы данного удобрения, не оказывающие отрицательного влияния на агрофитоценоз; выявлено влияние уровня зафосфаченности почв на урожайность и качество сельскохозяйственных культур; определены коэффициенты использования фосфора растениями из почвы и птичьего помета на фоне применения его высоких доз.
В целях снижения негативных последствий длительного внесения высоких доз птичьего помета в условиях дерново-подзолистых и светло-серых лесных почв легкого гранулометрического состава впервые предложено использовать фитомелиорацию: для уменьшения темпов аккумуляции фосфатов в почве насыщать севооборот высокоурожайными кормовыми и промежуточными культурами; для реабилитации почв с гипервысоким содержанием подвижных фосфатов проводить залужение земель.
Практическая значимость
Предлагаемые методические подходы к оценке антропогенного воздействия на состояние почвы могут быть широко использованы при внедрении системы экологического менеджмента, а также при проведении экологического аудита и экологической экспертизы на предприятиях сельскохозяйственного профиля, так как имеют простые алгоритмы реализации, базируются на доступной пользователю информации (в основном, на результатах агрохимических обследований), т.е. требуют минимальных материальных затрат
и достаточно объективно отражают экологическую ситуацию в агроэкоси-стеме.
Использование базовой методологии лимитирования утилизации органических отходов в сельскохозяйственном производстве, по мере необходимости адаптированной к условиям конкретного хозяйства, позволит сохранить равновесие в агроэкосистеме, соблюдая при этом требования природоохранного законодательства РФ и оптимизируя экологические платежи предприятия.
Информационная база, сформированная на основе анализа данных мониторинга состояния почвы, длительное время находящейся в зоне влияния крупнейшего в России предприятия индустриального птицеводства (ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская»), а также на основе экспериментальных исследований автора, может быть использована для разработки раздела «Экологическое обоснование» в проектной документации планируемых к реализации крупных птицефабрик для прогнозирования воздействия будущих предприятий на окружающую среду после периода длительной их эксплуатации.
Основные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин: агрохимия, система применения удобрений, методы агрохимических и экологических исследований, охрана окружающей среды и рациональное природопользование, экологическая экспертиза, экономика природопользования, системный анализ и основы моделирования экосистем.
Защищаемые положения
основными проблемами, возникающими при длительной утилизации высоких доз птичьего помета в агроэкосистеме, является увеличение содержания подвижных фосфатов в почве до высоких значений (на порядок и более превышающих фоновые), возникновение резкого дисба-
ланса между содержанием подвижных форм фосфора и калия в сторону относительного уменьшения последнего и увеличение степени подвижности тяжелых металлов;
для оценки воздействия длительной утилизации птичьего помета на состояние почвенно-биотического комплекса следует использовать показатель техногенной фосфатизации и интегральный оценочный балл загрязнения, которые при необходимости могут быть сведены в комплексный оценочный балл;
высокие дозы птичьего помета (свыше 50 т/га помета 70 % влажности или 200 т/га помета 95 % влажности), могут оказывать фитотоксиче-ский эффект, снижая урожайность культур. На их фоне возможно ухудшение качества растительной продукции: избыточное нитратона-копление и аккумуляция калия в грубых кормах свыше допустимой нормы;
урожайность сельскохозяйственных культур на фоне высокого содержания подвижных форм фосфора в почве в значительной степени определяется уровнем азотно-калийного питания;
коэффициенты использования фосфора из почвы уменьшаются по мере увеличения его запасов: на фоне содержания подвижных фосфатов от 300 до 1000 мг/кг коэффициент использования в среднем составляет 3,3 %, а при содержании фосфора более 1000 мг/кг - 2,2 %. Коэффициенты использования элементов питания из птичьего помета зависят от дозы его внесения и культуры, на фоне высоких доз в среднем составляя: по азоту - 12 %, фосфору - 6 %, калию - 52 %;
при регулярном применении высоких доз птичьего помета целесообразным является выращивание высокоурожайных кормовых культур и насыщение севооборота промежуточными культурами;
основной способ реабилитации зафосфаченных почв - их залужение
многолетними бобово-злаковыми смесями;
при утилизации высоких доз птичьего помета в агроэкосистеме для предотвращения нарушения экологического равновесия необходимо разрабатывать лимиты на его внесение. Основными параметрами лимитирования являются состояние почвенного покрова, качественная характеристика утилизируемого продукта (птичьего помета) и структура севооборота, с учетом которых формируется прогноз воздействия, являющийся основой расчета предельно допустимой дозы.
Апробация работы
Результаты исследований докладывались на международных съездах, симпозиумах и конференциях (Санкт-Петербург, 2000; Суздаль, 2000; Пенза, 2002; Новосибирск, 2004), всероссийских (всесоюзных) научно-практических конференциях в высших учебных и научно-исследовательских заведениях городов Казани (1995), Ульяновска (1997), Барнаула (1999), Кирова (2000), Москвы (2002), а также на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Нижегородской ГСХА (1994-2004).
Общее количество опубликованных работ представлено 52 наименованиями (личное участие обозначено в 42,3 усл. печ. листа). Основные результаты диссертационной работы изложены в монографии «Индустриальное птицеводство и экология: опыт сосуществования» (в соавторстве).
Предлагаемый в работе подход к лимитированию утилизации органических отходов промышленного птицеводства (животноводства) в агроэкосистеме, согласованный с региональными природоохранными органами, апробирован и внедрен на крупнейших предприятиях данного профиля Нижегородской области (ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская», ОАО «Птицефабрика Ворсменская», ОАО «Ильиногорское» и др.).
Влияние длительного применения птичьего помета на компоненты агроэкосистемы
Применение удобрительных средств, в том числе птичьего помета, представляет собой достаточно мощное антропогенное воздействие на агро-экосистему, приводящее к изменению ряда ее характеристик, причем данные изменения могут быть как положительными, так и отрицательными. Степень влияния пометных удобрений на агрохимические свойства почвы зависит в основном от дозы внесения и длительности применения. В литературе встречается много данных, свидетельствующих о положительном влиянии умеренных доз птичьего помета на почву (Цуркан М.А., 1985; Ази-зов Т.Б. и др., 1988; Андреева Н.Н., 1996; Тарасов СИ., 1998; Титова В.И. и др., 1997; Ефремов В.А., 1999; Якупов Р.Н., Сафонов А.П., 2000; Бокарев В.Г., 2004; Благовещенская Г.Г., Духанина Т.М., 2004 и др.). Прежде всего, применение органического удобрения, каковым является птичий помет, позволяет поддерживать положительный баланс гумуса в почве. Согласно ряду исследований, при внесении помета происходит увеличение содержания гумуса. Так, Н.Г. Бачило с соавторами (1986) установили, что применение жидкого помета в дозе 25-75 т/га на дерново-подзолистых почвах увеличило содержание гумуса с 2,1 до 2,14-2,23 %. В другом случае десятилетнее орошение жидкими сточными водами птицефабрик выщелоченных черноземов и темно-серых лесных почв различного гранулометрического состава привело к повышению содержания гумуса на 0,5 % (Мазуров В.Е., Караченцев А.Н., 1988).
Однако существует и другое мнение, согласно которому птичий помет следует рассматривать и оценивать как удобрительное средство, не имеющее существенной экологической значимости для стабилизации гумусового комплекса. Причина этого заключается в том, что органическое вещество с узким соотношением C:N не свойственно природному гумусообразовательному процессу, оно быстро минерализуется и воспроизводит, прежде всего, запасы подвижных элементов минерального питания, что стабилизирует или повышает продуктивность агроценозов, в том числе за счет мобилизации энергетических ресурсов почвы, но не увеличивает содержание гумуса (Бокарев В.Г., 2004). Подтверждением этого является то, что в некоторых случаях при длительном применении птичьего помета, на фоне увеличения содержания доступных форм элементов питания, наблюдается даже некоторое снижение содержания гумусовых веществ в почве. Так, в условиях Новосибирской области изучалось влияние длительного (более 30 лет) внесения жидкого птичьего помета на свойства выщелоченного чернозема. Систематическое внесение жидкого куриного помета в дозе до 140 т/га привело к уменьшению содержания гумуса с 6,5 до 5,2 %. Содержание же нитратного азота в пахотном слое увеличилось в 8-Ю раз по сравнению с контролем, причем повышенный уровень обеспеченности этим элементом сохранялся на протяжении всей вегетации (Сиухина М.С., Мармулев А.Н., 2000). Повышение содержания доступных форм элементов питания и, соответственно, улучшение питательного режима почвы при внесении птичьего помета было зафиксировано многочисленными исследователями (Чуркин Н.А., 1984; Бачило Н.Г. и др., 1986; Цуркан М.А. и др., 1988; Белоус Н.М., 1996; Титова В.И., Варламова Л.Д., 2002 и др.), причем накопление остаточного количества питательных веществ данного удобрения в почве зависело в основном от доз внесения. Так, например, в опытах Н.Г. Бачило с соавт. (1986) применение 25 т/га жидкого помета на дерново-подзолистой почве увеличивало урожайность сельскохозяйственных культур, но не способствовало накоплению питательных элементов в почве. Внесение помета в дозе 50 и 75 т/га сопровождалось увеличением содержания подвижных фосфатов в почве с 90 до 105-183 мг/кг, а калия - со ПО до 112-143 мг/кг. Кроме этого, содержание доступного азота на протяжении всей вегетации было достаточ ным и не снижалось по мере роста культуры. При уборке сумма нитратного и аммиачного азота составила 42-52 мг/кг почвы. Применение бесподстилочного помета на черноземе обыкновенном среднемощном тяжелосуглинистом в дозе 100 т/га способствовало увеличению весенних запасов нитратного азота в слое 0-60 см с 66 до 200 кг/га, подвижного фосфора - с 271 до 504, обменного калия - с 2416 до 2865 кг/га (Цуркан М.А. и др., 1988). В опыте, проведенном на дерново-подзолистой песчаной почве Центрального района Нечерноземной зоны, применение сухого и сырого помета в дозах по азоту 150, 300 и 450 кг/га повысило содержание подвижных фосфатов на 20-100 мг/кг почвы по отношению к контролю (313 мг/кг), а обменного калия - на 14-57 мг/кг (содержание на контроле 144 мг/кг). Кроме этого, содержание нитратного азота на фоне внесения удобрений было в 2-3 раза выше, чем на контрольном варианте (Чуркин Н.А., 1984). Ряд исследователей отмечают положительное влияние органических удобрений на физико-химические свойства почв. В частности длительное применение помета снижает обменную и гидролитическую кислотность, увеличивает сумму поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями, заметно снижает содержание подвижных форм алюминия, марганца и железа (Бачило Н.Г., 1990; Белоус Н.М., 1996; Титова В.И. и др., 1997;
Скрыльник Е.В. и др., 2002). Так, например, в опытах Н.Г. Бачило внесение 16-24 т/га сырого и 6-9 т/га сухого помета увеличило рНКсі дерново-подзолистой почвы с 5,8 до 6,3 единиц, уменьшило гидролитическую кислотность с 2,4 до 1,8 мг-экв./ЮО г почвы и снизило содержание подвижного алюминия практически до нулевых значений (Бачило Н.Г., 1990). Внесение помета способствует оструктуриванию почвы (Васильев В.А., 1984; Серженту Е.П., Барага В.М., 1988; Малофеев В.И. и др., 1989; Андреева Н.Н., 1996; Ковалев Н.Г., Барановский И.Н., 2000). Так, например, в исследованиях Н.Н. Андреевой (1996) при внесении удобрений, произве денных на основе птичьего помета, в почве вдвое увеличилось количество мелкокомковатых элементов, улучшилась водо- и воздухопроницаемость, снизилась пыльность и возросло количество дождевых червей. Однако следует отметить, что при использовании жидких пометсодер-жащих стоков возможны обратные процессы. Так, при орошении выщелоченных тяжелосуглинистых черноземов стоками было отмечено ухудшение водно-физических свойств почвы: объемная масса повысилась на 28 % (с 1,16 до 1,48 г/см3), средняя скорость впитывания за первый час уменьшилась в 1,4 раза и составила 0,8 мм/мин, коэффициент фильтрации уменьшился в 3,5 раза (Мазуров В.Е., Караченцев А.Н., 1988). Однако данное негативное воздействие, очевидно, связано не столько с поступлением в почву органических
Природно-хозяйственная характеристика базового предприятия
Территория землепользования ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сей-мовская» расположена в центральной части Володарского района Нижегородской области. Строительство птицефабрики началось в феврале 1961 года на базе совхоза «Ильинский» в соответствии с Постановлением Правительства «О развертывании вблизи крупных городов птицеводческих комплексов на промышленной основе». 28 декабря 1964 года Государственной комиссией был подписан акт о приемке в эксплуатацию первой очереди фабрики, рассчитанной на 100 тысяч кур-несушек. 1 января 1965 года фабрика перешла на самостоятельный баланс, отделившись от совхоза «Ильинский». Изначально содержание птицы было напольным, а сбор яиц и удаление помета производилось вручную. К концу 60-х годов цеха были оборудованы клетками, а удаление помета - механизировано. 24 января 1974 года Государственная комиссия приняла в эксплуатацию комплекс сооружений второй очереди птицефабрики. В настоящее время ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» специализируется на выращивании кур яичных пород и является крупнейшим предприятием в Нижегородской области, занимающим восьмое место в Федеральном рейтинге 300 крупнейших и наиболее эффективно работающих сельскохозяйственных предприятий России. Основные объемы производства продукции и поголовье птицы за последние годы приведены в таблице 2.12. Производство птицефабрики расположено на двух промышленных площадках.
Первая площадка (Мичуринская) имеет пометохранилище объе мом 16000 т, вторая (Первомайская) - объемом 6000 т. Таким образом, общее количество органических удобрений, которое может храниться в пометохра-нилищах единовременно, составляет 22000 т. В настоящее время основным побочным продуктом (отходом) производства является твердый куриный помет. Внедрение ленточного пометоуда-ления, перевод на ниппельное поение, внедрение в технологию подготовки цеха сухой чистки оборудования от помета позволили полностью избавиться от жидкого помета и значительно сократить выход пометосодержащих стоков (с 17900 т до 3000 т в год). Поголовье кур в хозяйстве разделяется на четыре возрастные группы, характеризующиеся различной нормой суточного выхода помета от одной головы: молодняк (1-44 дня) - 13,7 г; молодняк (44-110 дней) - 78,6 г; молодняк (110-150 Дней) - 96,8 г и взрослое поголовье - 103,5 г. Общее накопление органических удобрений в хозяйстве представлено в таблице 2.13. Таким образом, общее накопление органических удобрений в хозяйстве составляет 48000 т, однако с учетом реализации населению и безвозмездной передачи его соседнему хозяйству, на пахотных угодьях хозяйства необходимо использовать (утилизировать) 33000 тонн.
Утилизация накопленных удобрений осуществляется на 1600 га пашни хозяйства. Исходя из этого, возможная средняя насыщенность органическими удобрениями составляет 20,6 т/га. ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» использует перевалочную систему внесения птичьего помета, которая широко распространена на крупных птицеводческих комплексах, где выход органических удобрений составляет не менее 150 т твердого помета в сутки. При такой технологии удобрения вывозят на поля в течение всего года, укладывают в бурты и распределяют по полю в оптимальные для внесения сроки (Лукьянинков И.И., 1982). Учитывая, что объем пометохранилищ в хозяйстве составляет 22 000 т, такая технология не только возможна, но и необходима для наиболее рационального применения удобрений. В условиях большого напряжения в использовании транспортных средств в весенне-летний период, хозяйство использует и зимнюю вывозку птичьего помета на поля. При этом можно вывозить как помет, складированный в пометохранилище, так и свежий помет непосредственно с производственных площадок. Приоритет отдают помету из пометохранилища, поскольку он характеризуется меньшей влажностью, что делает более удобным процесс его буртования. В ряде случаев для улучшения свойств помета в хозяйстве используют компостирование с инертными материалами (соломой, почвой). Показатели годовой суммы радиации и годового радиационного баланса, дающие представление о количестве поглощенных солнечных лучей и, косвенно, о тепловом режиме почвы, являются средними для суббореального термического пояса исследуемой территории. Показатель континентальности климата и средние температуры января и июля характеризуют район проведения исследований по климату как умеренно континентальный. Сумма биологически активных температур, относя этот район к боре-альному термическому поясу, позволяет успешно возделывать все районированные культуры. Годовая сумма осадков и годовая испаряемость позволяют оценить указанный район как территорию с промывным типом водного режима, а коэффициент увлажнения, равный 1,24 - это подтверждает.
Гидротермический коэффициент почти в 2 раза выше, чем на южной границе лесостепи, что свидетельствует о хорошей влагообеспеченности растений в данной местности. Однако при коэффициенте стока, равном 0,26, расчетная ве личина ГТК может оказаться значительно меньшей, что и подтверждается довольно часто погодными условиями отдельных лет исследования. В целом район прохладный и умеренно-влажный. Среднегодовая температура воздуха составляет 3,3. Сумма положительных температур (выше 0) за период апрель - октябрь составляет 2414. Продолжительность периода с температурой выше 10 (с 3 мая по 7 сентября) составляет 136 дней, сумма биологически активных температур - 2040. Период устойчивых температур выше 15 составляет 78 дней (с 17 июня по 25 августа) с суммой температур 1285. За год здесь выпадает в среднем 620 мм осадков, основная масса которых приходится на летние месяцы. Образование устойчивого снежного покрова происходит в среднем 16 ноября. Средняя высота снега на полях во второй декаде марта достигает 37 см. Снег лежит 153 дня, сходит в среднем 7
Динамика агрохимических показателей почвенного покрова в зоне влияния предприятия промышленного птицеводства
Основное направление воздействия рассматриваемого предприятия на почвенный покров прилегающей территории связано с утилизацией больших количеств органических отходов производства, а именно, птичьего помета. Учитывая, что помет является одним из самых концентрированных органических удобрений, следует ожидать накопления элементов питания в почве.В качестве переменных величин, по которым судили о влиянии предприятия на свойства почв, были выбраны показатели, определяемые при агрохимическом обследовании. Заключения делались на основании выявления основных тенденций в динамике диагностических показателей по результатам трех циклов агрохимического обследования: V (1989 г.), VI (1994 г.), VII (1999 г.).Агрохимическая характеристика почв ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская», обработанная методом вариационной статистики, представлена в таблице 3.4 (здесь уточним, что территория землепользования предприятия на 1989 год была, в основном, представлена дерново-подзолистыми супесчаными почвами).Данные агрохимического обследования по элементарным почвенным участкам обсуждаемого хозяйства приведены в приложении 6.По данным V тура обследования дерново-подзолистая супесчаная почва хозяйства в 1989 году характеризовалась в среднем низким содержанием гумуса, высоким содержанием подвижных форм фосфора и повышенным -калия. Преобладала в основном слабокислая и близкая к нейтральной реакция среды. При этом следует отметить, что изменчивость большинства показателей не высока, и, соответственно, коэффициент вариации не достигает высоких значений.
Болотная торфяно-глеевая почва в этот же период имела в среднем повышенное содержание подвижных форм фосфора и среднее - калия. Причем, отдельные показатели существенно отклонялись от среднего значения. Так, содержание фосфора на отдельных участках варьировало от очень низких (23 мг/кг) до очень высоких значений (280 мг/кг). Реакция среды (pHKci) изменялась от сильнокислой до близкой к нейтральной, при этом гидролитическая кислотность на отдельных участках достигала 17 мг-экв./100 г почвы.Подобная вариабильность характеристик может быть обусловлена тем, что изначально бедные болотные почвы при их окультуривании могут значительно изменять свои свойства. Особенно это проявляется при внесении высоких доз органических удобрений (птичьего помета), поскольку усиливается биологическая активность почв и обеспеченность растений подвижными формами элементов питания увеличивается не только за счет привнесенных с удобрениями химических соединений, но и за счет увеличения доступности элементов самой почвы. В результате почвы в меньшей степени подверженные антропогенному воздействию (недавно освоенные, находящиеся на удалении от пометахранилища и т.д.) остаются близкими по свойствам к своим природным аналогам, а почвы, интенсивно окультуриваемые, значительно улучшают свои агрохимические характеристики. Кроме этого, некоторый вклад в пестроту показателей болотных почв вносит ландшафтный фактор.Максимальное содержание подвижных форм фосфора в обоих типах почв составляет 280 мг/кг фосфора, и 290 мг/кг калия, при этом соотношение между данными элементами питания (по средним величинам) составляет 1:0,68 и 1:0,90 в дерново-подзолистой и торфяно-глеевой почве соответственно.За последующие 5 лет, прошедшие между V и VI циклами агрохимического обследования, несмотря на высокие дозы внесения птичьего помета, содержание гумуса в дерново-подзолистой супесчаной почве, занимающей большую часть площади хозяйства, не изменилось и осталось на низком уровне - 1,7 % (табл. 3.5, Приложение 7).
Это в значительной степени обусловлено легким гранулометрическим составом рассматриваемой почвы, который способствует интенсивному протеканию процессов минерализации. Содержание же подвижных форм фосфора и калия претерпело существенные изменения. Так, концентрация фосфатов, определяемая в 0,2 п солянокислой вытяжке, выросла до аномально высоких значений, не характерных для почв этого типа. Максимальное значение данного показателя составило 2954 мг/кг почвы, а среднее - 1519 мг/кг, что в 6,2 раза выше, чем во время предыдущего тура обследования.
Анализ загрязненности земель сельскохозяйственного назначения базового предприятия
Определение содержания тяжелых металлов в почвах исследуемого хозяйства осуществлялось в 1999 году при проведении седьмого цикла агрохимического обследования Государственным центром агрохимической службы "Нижегородский". Каждый паспортизуемый участок в зависимости от размера и конфигурации характеризовался 1-4 смешанными образцами, в которых определялось содержание свинца, кадмия, меди, цинка, никеля и хрома. Данные по содержанию тяжелых металлов в почвах хозяйства, обработанные методом вариационной статистики, представлены в таблицах 4.2 и 4.3.Почвы хозяйства для анализа загрязнения были разделены нами на две группы, при этом основным критерием разделения послужил гранулометрический состав почв, так как он является одним из основополагающих параметров, который определяет поведение тяжелых металлов в почве (Химия тяжелых..., 1985; Щербаков А.П. и др., 2001). При этом в одну группу вошли дерново-подзолистые, аллювиально-луговые песчаные и супесчаные почвы (табл. 4.2). В рамках другой группы мы объединили дерново-подзолистые и аллювиально-луговые суглинистые почвы, а также болотные торфяно-глеевые (табл. 4.3).
Объединение в одну группу почв, имеющих разные свойства, например дерново-подзолистых и болотных торфяно-глеевых, оправдано тем, что основную площадь территории хозяйства занимают дерново-подзолистые почвы, а остальные типы почв представлены незначительно (4-12 %), в связи с чем нет оснований выделять их в самостоятельную группу.В таблицы 4.2. и 4.3. включено три фона, где фон 1 - региональный (Шафронов О.Д., 2003) , фон 2 - местный, определенный в процессе обсле дования на территории самого хозяйства, фон 3 - рекомендуемый. Обоснование фонов дается по ходу представления материала.Оценка санитарно-гигиенического благополучия территорииАнализируя санитарно-гигиеническую обстановку обследуемой территории, необходимо отметить высокое валовое содержание кадмия в почвах хозяйства. Из 1178 га песчаных и супесчаных почв 765 га (65 %) являются загрязненными, то есть содержание в них данного элемента превышает значение ориентировочно допустимой концентрации, а еще на 114 га (10 %) содержание токсиканта находится на уровне ОДК.
Кадмий, являясь элементом первой группы токсичности, может негативно влиять на ряд компонентов почвенной экосистемы (Бабьева И.П. и др., 1980; Аристовская Т.В. и др., 1986; Чугунова М.В., 1990), проявлять фито-токсичность (Алексеев А.А., 1987; Цинк и кадмий..., 1992; Черных Н.А.,Черных Н.И., 1995) и, попадая в организм человека, приводить к серьезным нарушениям биохимических процессов. Основная причина его токсичности связана с нарушением энзиматической активности. Видимые симптомы, вызванные повышенным содержанием кадмия в растениях - это задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев. Фитотоксичность кадмия проявляется в тормозящем действии на фотосинтез, нарушении транспира-ции, фиксации СОг, изменении проницаемости клеточных мембран (Тяжелые металлы..., 1997; Лукин СВ. и др., 2000; Черных Н.А., Овчаренко М.М., 2002; Лукин СВ. и др., 2004). Бингам Ф.Т. и др., 1993). В почвах же рассматриваемого хозяйства данное превышение находится в интервале 1,1 - 1,4 ОДК, поэтому вероятность нарушения экологического равновесия в почвенной экосистеме низкая. Но, учитывая, что данный металл обладает свойством биоконцентрирования, исключить его отрицательное влияние на организм человека, регулярно употребляющего растениеводческую и животноводческую продукцию, выращенную в таких условиях, нельзя.
Для оценки вклада предприятия в данное загрязнение следует сравнить содержание кадмия в почвах хозяйства с фоновыми значениями. По данным ГЦАС "Нижегородский" фоновое содержание элемента в почвах сельскохозяйственных угодий правобережной части Нижегородской области (региональный фон, в табл. 4.1 и 4.2 - фон 1) составляет 0,61 мг/кг (Справочно-нормативное..., 2002), то есть значение аномально высокое по сравнению с рекомендуемым фоном (в табл. 4.1 и 4.2 - фон 2), составляющим для дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв 0,05 мг/кг. Содержание кадмия в почвах рассматриваемого хозяйства в большинстве случаев не превышает региональный фон и, соответственно, связать наблюдаемое загрязнение с деятельностью ОАО "Птицефабрика Сеймовская" не представляется возможным.
С другой стороны, большой вклад в загрязнение почв тяжелыми металлами вносят промышленные предприятия за счет атмосферных выбросов, так как кадмий имеет сравнительно высокое давление паров, определяющее легкость его испарения, например, при плавлении или при сгорании углей (Некоторые вопросы ... , 1993). Рассматриваемое хозяйство находится в зоне влияния таких крупных промышленных центров, как г. Нижний Новгород и г. Дзержинск, поэтому логичным представляется связать наблюдаемое загрязнение именно с крупными производственными обьектами, расположенными в указанных городах. Однако, учитывая, что фоновое содержание кадмия велико на всей территории области, в том числе и в ее левобережнойчасти, более удаленной от крупных промышленных предприятий, наиболее разумно отнести это на счет геохимических особенностей провинции. По данным Б.Н. Золотаревой с соавторами (1980) фоновое содержание кадмия в верхнем слое подзолистых и дерново-подзолистых почв может составлять 0,7-2,31 мг/кг, а по данным Б.А. Ягодина с соавторами (1996) концентрация его в таких почвах находится в пределах 0,01-1,0 мг/кг, то есть наблюдаемое содержание токсиканта в изучаемых почвах вполне может быть обусловлено его высокой концентрацией в исходной материнской породе и особенностями почвообразования.Кроме указанного загрязнения почв кадмием, на одном из обследованных участков (10 га) выявлено небольшое превышение ОДК по цинку, а на площади 159 га - превышение по никелю. Максимальное содержание никеля составляет 68,8 мг/кг почвы, что в 3,4 раза превышает ОДК (20 мг/кг) для песчаных и супесчаных почв по данному элементу.Валовое содержание тяжелых металлов в суглинистой почве не превышает санитарно гигиенических нормативов (табл. 4.3). Содержание подвижных форм рассматриваемых элементов как в песчаных, так и в суглинистых почвах находится в пределах нормы.
Следует отметить, что содержание тяжелых металлов на различных участках значительно варьирует, что связано как с природными особенностями, так, безусловно, и с производственной деятельностью. Коэффициенты вариации, рассчитанные по валовому содержанию элементов в почве, изменяются от 10,4 до 102 % . При этом на песчаных и супесчаных почвах коэффициенты практически в два раза превышают соответствующие значения для суглинистых почв. Это связано, прежде всего, с тем, что песчаные и супесчаные почвы занимают почти в три раза большую площадь и соответственно охватывают более разнообразные условия, чем почвы более тяжелого гранулометрического состава. Кроме этого, суглинистые почвы являются более буферными к антропогенному воздействию.
