Введение к работе
Актуальность темы. Охрана агроэкосистем от химического загрязнения -важнейшая социальная и экономическая задача.
Тенденция к накоплению химически вредных веществ в агроэкосистемах обусловливает необходимость регулярного мониторинга за их содержанием, а на загрязненных почвах - применение системы агротехнических и агрохимических мероприятий по их детоксикации.
Разработка научно обоснованных приемов предотвращения загрязнения и детоксикации при различных уровнях загрязнения почв необходима для ведения устойчивого земледелия, получения чистой сельскохозяйственной продукции, отвечающей санитарно-гигиеническим нормам безопасности для животных и человека.
Центральное Предкавказье - регион с относительно высоким техногенным воздействием и интенсивным использованием земель в сельскохозяйственном обороте.
Опасными являются высокие концентрации в почве тяжелых металлов: Pb, Cd, Zn, Си, Со, Mn, Ni, их большая фитотоксичность, накопление в почве и растениеводческой продукции. Радионуклиды 90Sr и 137Cs по трофическим цепям легко передаются от растений животным и человеку, имеют свойство накапливаться в костях и приносят большой вред здоровью. Результат нефтяного загрязнения — формирование почвенных ареалов с необычными для зональных условий морфологическими свойствами, усиление кутанообразования, ухудшение структуры почвы, снижение продуктивности вплоть, до необходимости вывода загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота.
Процесс обострения взаимоотношений общества и природы, сопутствующие ему негативные изменения и последствия, очевидная бесконтрольной эксплуатации ресурсов почвы обусловили необходимость выработки соответствующих комплексных решений на основе эколого-агрохимического мониторинга загрязнения почв и продукции растениеводства в условиях региона.
Цель и задачи исследований. Цель работы — изучить влияние природных и антропогенных факторов на содержание тяжелых металлов, радионуклидов, нефтяных углеводородов в различных компонентах агроэкосистем Центрального Предкавказья и теоретически обосновать охрану окружающей среды от химического загрязнения.
В задачи исследований входило:
изучить уровень химического загрязнения различных компонентов агроэкосистем тяжелыми металлами, радионуклидами, нефтью и нефтепродуктами;
определить фоновые значения содержания в почве тяжелых металлов (РЬ, Mn, Со, Cd, Ni, Zn, Си), радионуклидов (90Sr, 137Cs), установить нормы допустимого остаточного содержания нефти в почвах различных агроклиматических районов Центрального Предкавказья;
выявить влияние природных и антропогенных факторов на трансформацию химических загрязнителей в почве;
определить степень влияния химических загрязнителей на фитотоксичность почв и продуктивность агрофитоценоза;
исследовать количественные параметры миграции химических загрязнителей по профилю различных типов почв в зависимости от
величины загрязнения, возделываемых культур;
установить основные действующие и потенциальные источники загрязнения, оценить степень их негативного влияния на агроэкосистемы;
установить влияние химических загрязнителей на гидрохимический режим, состояние грунтовых и поверхностных вод;
определить баланс тяжелых металлов в агроэкосистемах Центрального Предкавказья и рассчитать прогноз изменения экологической обстановки;
разработать комплекс методов и мер по охране агроэкосистем от химического загрязнения на основе проведенных исследований.
Научная новизна. Впервые в условиях Центрального Предкавказья на основе эколого-агрохимического мониторинга агроэкосистем определены фоновые значения содержания тяжелых металлов (Pb, Mn, Со, Cd, Ni, Zn, Си), радионуклидов (90Sr, 137Cs) в почвах различных агроклиматических районов края, установлены нормы допустимого остаточного содержания нефти в почвах. Установлен уровень загрязнения пашни, в том числе орошаемой, пастбищ и сенокосов такими основными загрязнителями, как тяжелые металлы, радионуклиды, нефть и нефтепродукты. Исследована динамика их содержания в почвах региона и миграция по профилю почвы.
Проведен качественный, количественный химический анализ различных видов удобрений и мелиорантов, применяемых в регионе на содержание Pb, Cd, Zn, Си, Mn, Ni, 90Sr, 137Cs, фтора.
Исследованы количественные показатели поступления и выноса тяжелых металлов из почвы для оценки экологической ситуации с помощью балансовых расчетов.
Изучен уровень химического загрязнения поверхностных вод проточного, непроточного типов и подземных вод.
Впервые проведено комплексное исследование техногенных аномалий в Центральном Предкавказье, в том числе в особо охраняемом курортном регионе Кавказских Минеральных Вод, и определено их влияние на агроэкосистемы.
Представленные в диссертации материалы могут служить основой методических и методологических подходов к проведению эколого-агрохимического мониторинга по всему комплексу проблем защиты агроэкосистем от химического загрязнения.
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
-
Уровень фонового содержания тяжелых металлов и радионуклидов в почвах Центрального Предкавказья ниже предельно допустимых концентраций (ПДК) и не оказывает негативного влияния на агроэкосистемы.
-
Установленные нормы допустимого остаточного содержания нефти в основных почвах агроэкосистем Центрального Предкавказья не оказывают отрицательного влияния на растения и почвенную биоту.
-
Для объективной оценки уровня химического загрязнения агроэкосистем и прогноза их состояния необходимо использовать совместно методы эколого-агрохимического мониторинга и прикладные исследования.
-
Химическое загрязнение грунтовых и поверхностных вод тяжелыми металлами и нефтяными углеводородами Центрального Предкавказья связано с антропогенным фактором.
-
По степени химического загрязнения агроэкосистем источники загрязнения располагаются в следующем порядке: удобрения и мелиоранты <
атмосферные осадки < транспорт < промышленность < коммунальное хозяйство городов и других поселений.
-
Оптимизация применения удобрений, совершенствование систем земледелия, повышение устойчивости агроэкосистем являются существенными факторами снижения отрицательного влияния химических загрязняющих веществ.
-
Экономическая, социальная и экологическая эффективность мероприятий по охране агроэкосистем от химического загрязнения выражается в окупаемости затрат, сохранении почвы как важнейшего компонента биосферы, создании комфортной среды обитания человека.
Практическая значимость работы. Производству рекомендовано целевое использование почв с локальным загрязнением тяжелыми металлами. Определено максимально приближенное к местным условиям фоновое содержание тяжелых металлов и радионуклидов, установлены нормы допустимого остаточного содержания нефти в почвах региона, которые необходимо использовать при детоксикации почв.
По результатам исследования рекомендовано создать в регионе, в том числе в районе курортов Кавказских Минеральных Вод, систему постоянно действующего эколого-агрохимического мониторинга за уровнем загрязнения почв и растений тяжелыми металлами и радионуклидами, нефтью и другими химическими загрязняющими веществами. Оперативная и качественная информация будет являться основой защиты агроэкосистем от химических загрязнений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на IV и V съездах Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск,
2004 г. и Ростов-на-Дону 2008 г.), международных (Ставрополь, 2001, 2004,
2005 гг.), всероссийских (Москва, 2005 гг.) и региональных (Ставрополь, 2004,
2005, 2006, 2007, 2008 гг.), научно-практических конференциях и ежегодных
отчетных сессиях Государственного центра агрохимической службы
«Ставропольский» и ФГУ ВПО Ставропольского государственного аграрного
университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 печатных работ, в том числе 1 монография и 1 патент.
На основании материалов диссертационной работы получено авторское свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Исследования выполнены в соответствии с государственными программами ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова, научно технических советов региональных сельскохозяйственных органов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 357 страницах машинописного текста, содержит 117 таблиц, 36 рисунков и 17 приложений. Состоит из введения, 9 глав, выводов и предложений производству. Список литературы включает 352 научные работы, в том числе 33 - иностранных авторов.
Похожие диссертации на Эколого-агрохимический мониторинг состояния и научные основы охраны агроэкосистем от химического загрязнения в Центральном Предкавказье
