Введение к работе
Актуальность исследований. Республика Хакасия расположена в левобережье верхнего и среднего течения Енисея и является частью Алтайско-Саянской горной провинции. Одной из особенностей данного региона является относительно недорогая электрическая энергия, вырабатываемая Саяно-Шушенской ГЭС. Данное условие формирует относительно привлекательные условия для цветной металлургии, обеспечивающей основную долю загрязнения земельных угодий соединениями F, Al, Na, Ca и Mg, среди которых самым опасным для почвы и растений является NaF. На территории республики расположены два алюминиевых завода – Саяногорский (САЗ) и Хакасский (ХАЗ), на долю которых приходится производство более 800 тыс. т алюминия в год.
Во всем мире к алюминиевому производству предъявляют жесткие требования по сокращению фторсодержащих аэровыбросов в атмосферу. Выбросов газообразного фтора, приходящегося на 1 т выплавленного алюминия, допускается до 0,5 кг в форме HF, NaF и пыли – 5 кг. Тем не менее, имеются сведения, что на 1 т произведенного алюминия в атмосферу поступает до 7 кг токсичного фтора (Антонов, 2006).
Известно, что фтор загрязняет в первую очередь атмосферу, а через нее – почву, воду, растения. Накапливаясь в сельскохозяйственных культурах, фтор может приводить к загрязнению последующих звеньев пищевой цепи (Пашкова, 1980). Водорастворимые соединения фтора обладают наибольшей токсичностью, так как они полностью усваиваются организмом. В результате накопления фтора происходит деспергирование почвенной массы, изменение физико-химических свойств почвы и, как следствие, снижение плодородия (Антонов, 1997).
Заметная биологическая активность и высокая токсичность фтора делают актуальным изучение процессов его трансформации в агроценозах. Для решения проблем, связанных с загрязнением пахотных почв фторидами, включая экологическое нормирование, необходимо комплексное изучение поведения фтористых соединений в системе почва - растение, что является крайне важной составляющей для экологически безопасного земледелия региона.
Цель исследований: изучение особенностей миграции фторидов в системе почва-растение и их влияние на почву и сельскохозяйственные культуры при различных уровнях загрязнения агроэкосистем степной зоны Хакасии.
Задачи исследований:
-
Определить влияние разного уровня загрязнения почв фтором на характер миграции и поведение в агроэкосистемах степной зоны Республики Хакасия.
-
Установить влияние водорастворимого фтора на основные показатели плодородия темно-каштановых почв Хакасии.
-
Выявить влияние различных уровней загрязнения почв фтором на продуктивность и качество сельскохозяйственных культур.
-
Определить характер накопления фтора в сельскохозяйственной продукции при различных уровнях загрязнения им почвы.
-
Разработать способы детоксикации фтора в почве.
Научная новизна работы. Впервые в условиях степной зоны Хакасии проведено комплексное изучение влияния различных уровней загрязнения фторидами на основные показатели почвенного плодородия, продуктивность и качество сельскохозяйственных культур. Выявлен характер миграции фтора в системе почва-растение. Рассчитаны коэффициенты концентрации фтора в почве, биогеохимической подвижности фтора в системе почва-растение. Определено влияние органических удобрений на снижение токсичности фтора в темно-каштановых почвах степной зоны Республики Хакасия.
Практическая значимость работы состоит в разработке предложений по использованию почв с различным уровнем загрязнения фторидами для возделывания сельскохозяйственных культур в агроэкосистемах степной зоны Хакасии. Результаты исследований внедрены в учебный процесс Сельскохозяйственного института ХГУ им. Н. Ф. Катанова при изучении дисциплины «Экология».
Обоснованность выводов и достоверность результатов работы обеспечены значительным объемом фактического материала, трехлетними лабораторными и полевыми экспериментами с применением классических и современных методов исследований и подтверждением их результатами математической статистики.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Загрязнение почв фторидами снижает плодородие темно-каштановых почв.
-
Высокая концентрация фторидов в почве снижает продуктивность сельскохозяйственных культур и повышает их накоплению в продукции растениеводства.
-
Применение органических удобрений способствует детоксикации фторидов в почве.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2008-2011), «Катановские чтения» (Абакан, 2008-2012), «Аграрная наука – сельскохозяйственному производству» (Барнаул, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка и приложений. Список цитируемой литературы содержит 229 наименований, в том числе 37 на иностранных языках. Работа изложена на 123 страницах, включает 29 таблиц, 13 рисунков и 20 приложений.
Личный вклад соискателя. Диссертационная работа является результатом экспериментальных исследований, проведенных в 2007-2009 гг. Автором поставлен ряд задач исследования, проведены полевые исследования, сбор материала, аналитическая оценка и статистическая обработка данных, анализ и интерпретация полученных результатов, сформулированы выводы диссертационной работы.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Р. Р. Галееву, директору Н. А. Градобоевой и коллективу ФГУ ГСАС «Хакасская», проректору по научной работе и инновациям ХГУ им. Н. Ф. Катанова, кандидату физико-математических наук А. А. Попову, директору сельскохозяйственного института ХГУ им. Н. Ф. Катанова, кандидату педагогических наук Г. А. Минюхиной, заведующей кафедрой агрономии ХГУ им. Н. Ф. Катанова, кандидату сельскохозяйственных наук М. В. Гребенкиной.
