Введение к работе
Актуальность исследований. Рост численности населения и высокие темпы экономического развития многих стран привели к значительному нарушению равновесия между деятельностью человека и окружающей природной средой Масштабы воздействий на окружающую среду в ряде регионов в настоящее время достигли таких пределов, при которых ассимиляционный потенциал зачастую не может обеспечить экологическим системам состояние устойчивого функционирования
Резко обострились проблемы, связанные с химическим загрязнением биосферы, нередко приводящие к острым токсико-экологическим ситуациям Значительные площади земель загрязнены тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами, нефтепродуктами и другими ксенобиотиками
Почвенный покров представляет собой важнейший компонент биосферы Земли Особые свойства и функции почвенного покрова проявляются в плодородии почв, в их способности производить органическую биомассу Почвенный покров исполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений Если это звено будет разрушено или уничтожено на больших пространствах, то установившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение современного состояния почвенного покрова и его изменения под влиянием антропогенной деятельности
Опасность загрязнения почвы состоит в том, что все основные циклы миграции тяжелых металлов в биосфере (водный, атмосферный, биологический) начинаются в почве Значительная доля веществ, загрязняющих окружающую среду, попадает в почву, которая является мощным их аккумулятором и практически не теряет их со временем Особенно прочно фиксируют тяжелые металлы и некоторые неметаллы верхние гумусосодержащие горизонты, то есть наиболее плодородный слой. При этом загрязненная почва становится вторичным источником загрязнения воздуха и природных вод, что приводит к ухудшению качества питьевых вод, поступлению значительных количеств элементов в организмы животных и человека. На таких почвах неизбежна интенсивная транслокация металлов из почвы в растения, что приводит к снижению урожая сельскохозяйственных культур и качества получаемой продукции
В России площадь земель, загрязненных различными токсикантами, составляет около 75 млн га, из них 0,7 млн га с чрезвычайно опасным уровнем загрязнения при общей площади земельного фонда 1709,8 млн га
В связи с быстрым изменением материального состава окружающей среды, наиболее активно происходящим с 50-х годов XX столетия, появилась насущная необходимость в глубоком изучении химических соединений, накопление которых в природной среде в высоких концентрациях непосредст-
венно связано с деятельностью человека Антропогенные факторы в биогеохимическом круговороте многих токсичных для человека веществ в настоящее время сопоставимы с природными, а порой и превосходят их. Так, интенсивное промышленное и сельскохозяйственное использование природных ресурсов вызвало существенное изменение циклов большинства химических элементов, в том числе тяжелых металлов, - изменились направления и темпы миграции данных элементов, переместились их зоны выноса и накопления. Для металлов в принципе не существует механизмов самоочищения - они лишь перемещаются из одного природного резервуара в другой, взаимодействуя с различными категориями живых организмов и повсюду оставляя негативные последствия этого взаимодействия
Целью работы является комплексная экологическая оценка устойчивости различных типов почв европейской части России к воздействию ряда антропогенных загрязнителей и разработка мер по их восстановлению
Указанная цель предопределила необходимость решения следующих задач.
1. Изучение воздействия нефтяного загрязнения на физические и физико-химические свойства почв
Оценка воздействия нефти на микробиологическую активность почв.
Изучение основных микробиологических показателей для диагностики нефтезагрязненных почв
Оценка влияния нефтяного загрязнения на урожай сельскохозяйственных культур и качество растениеводческой продукции
Оценка экотоксикологических аспектов поведения тяжелых металлов в системе почва-растение в условиях нефтяного загрязнения
6. Определение уровней содержания тяжелых металлов в почвах естест
венных и агроландшафтов
7. Установление закономерностей миграции соединений металлов по
профилю различных типов почв
8. Разработка мер восстановления почв, подвергшихся загрязнению неф
тью и тяжелыми металлами
Научная новизна. Проведены комплексные исследования почв европейской части России, включающие изучение устойчивости почв по отношению к воздействию тяжелых металлов и нефтяных углеводородов Показано, что агрогенный прессинг, в частности, орошаемое земледелие, не приводит к накоплению в почвах тяжелых металлов в концентрациях, превышающих допустимые нормы Установлена степень негативного воздействия нефтяного загрязнения на урожай и качество сельскохозяйственной продукции
Положения, выносимые на защиту.
1. Поведение нефти и нефтепродуктов в почвах в значительной степени обусловлено природно-климатическими условиями, а также почвы разных
типов проявляют различную способность к самоочищению
В деструкции нефти и нефтепродуктов в почвах принимают активное участие различные группы микроорганизмов- бактерии, грибы, актиномице-ты и др
Загрязнение почв нефтью и продуктами ее переработки приводит к заметному сдвигу в составе почвенной биоты, что является основой для диагностики степени загрязнения, а в дальнейшем и для разработки методов реабилитации загрязненных почв
Самым чувствительным индикатором нефтяного загрязнения является живой напочвенный покров Рассмотрены биохимические аспекты воздействия нефтяного загрязнения на рост, развитие и качество растениеводческой продукции, показано, что степень угнетения растений зависит от их индивидуальных особенностей и типов почв,
Рассмотрено поведение тяжелых металлов в системе почва-растение при нефтяном загрязнении, оценены уровни содержания металлов в исследуемых почвах и различных видах растений,
Практическая значимость. Полученные в работе выводы и предложения могут быть использованы при прогнозировании изменений и оценке возможных последствий химического загрязнения почвенного покрова Полученная экологическая оценка состояния почв, подвергшихся химическому загрязнению, раскрывает содержание происходящих в них процессов, связанных с возможным загрязнением тяжелыми металлами и нефтепродуктами Появляется возможность на основании объективных данных сделать выводы о перспективах дальнейшего использования таких почв Материалы исследований позволяют разработать методы рекультивации нефтезагряз-ненных земель, позволяющие применение методов всемерной стимуляции собственных возможностей природных систем к самовосстановлению Полученные экспериментальные данные по изучению почвенной микробиоты создают предпосылки для дальнейших исследований, направленных на разработку как способов активизации процессов биологической очистки нефте-загрязненных почв, так и проведения исследовательских работ по выделению и селекции микроорганизмов - активных деструкторов нефтяных углеводородов
Установленные уровни содержания и распределения тяжелых металлов по профилям почв Северного Прикаспия могут быть использованы при оценке антропогенной нагрузки на природную среду в исследуемом регионе На основании всего комплекса проведенных исследований хозяйствам Нижнего Поволжья рекомендуется широкое использование земель рисовых оросительных систем, поскольку они не представляют опасности для получения сельскохозяйственной продукции высокого качества
Материалы диссертационных исследований явились основой при разра-
ботке научно-практического пособия «Комплексная оценка нефтяного загрязнения почвенного покрова ландшафтов Северного Прикаспия» (2006).
Полученные результаты используются в курсах лекций в Российском университете дружбы народов, Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии
Личный вклад автора. Диссертационная работа основана на материалах исследований, выполненных лично автором или под его руководством за период с 1996 по 2006 годы включительно Автор принимал непосредственное участие в постановке проблемы и разработке научно-методического подхода к решению поставленных задач, соискатель участвовал в организации и проведении комплексных лабораторно-полевых исследований, химико-токсикологических исследований отдельных компонентов наземных экосистем.
Апробация. Материалы исследований докладывались на Докучаевских молодежных чтениях «Почва Экология Общество» (Санкт-Петербург, 1999), Международной научно-практической конференции «Проблемы рационального природопользования аридных зон Евразии» (Соленое Займище Астраханской области, 2000), научной конференции СНО аграрного факультета РУДН «Проблемы АПК сегодня и завтра», (Москва, 2001), Международной научно-практической конференции «Научно-производственное обеспечение социально-экономического развития АПК аридных территорий», (Соленое Займище Астраханской области, 2001), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и безопасной жизнедеятельности» (Москва, 2002), 2-ой Международной конференции «Геоэкологические проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами» (Тула, 2004), Международной научно-практической конференции «Научно-производственное обеспечение развития сельского социума», (Соленое Займище Астраханской области, 2005), Международной научно-практической конференции «Научно-производственное и социально-экономическое обеспечение развития комплексных мелиорации Прикаспия», (Соленое Займище Астраханской области, 2006)
Публикации. Всего автором опубликовано 76 работ, из них по теме диссертации - 62, в том числе 1 монография, 4 сборника, 1 пособие.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 276 страницах машинописного текста, включая 40 таблиц, 39 рисунков, 3 приложения Список литературы содержит 395 источника.
