Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема загрязнения почв, воды и растений, вызванная техногенными нагрузками на водосборные бассейны и ландшафты, обострилась в последние десятилетия во многих регионах планеты. Загрязняющие вещества накапливаются в различных компонентах биосферы, снижают устойчивость наземных и водных экосистем, влияют на биопродуктивность и качество продукции сельского хозяйства, здоровье и благосостояние людей.
Россия относится к странам с пониженной биологической продуктивно
стью земель, так как большая часть сельскохозяйственных угодий расположена
в зонах недостаточного, неустойчивого и избыточного увлажнения. В ряде ре
гионов загрязнение почв, поверхностных и подземных вод превышает предель
но допустимые значения и обусловлено влиянием промышленности, транспор
та, энергетики, сельского и коммунального хозяйства. Экологические проблемы
земледелия актуальны как для России в целом, так и для южной части Нечерно
земной зоны в пределах бассейна р. Оки, представляющей значительный для
страны регион с высоким потенциалом развития сельскохозяйственного произ
водства. ' '
В условиях техногенного загрязнения роль мелиорации сельскохозяйственных земель возрастает и усложняется. Приоритетным направлением'осуществления мелиорации становится создание устойчивых, экологически безопасных, мелиорируемых агроландшафтов и получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции; К числу наиболее актуальных проблем относится научное обоснование режимов мелиорации, обеспечивающих снижение техногенной нагрузки на агроландшафты и водные экосистемы, разработка новых экологически безопасных технологий и технических решений.
Цель и задачи исследований. Цель работы — научное обоснование и разработка режимов комплексных мелиорации,' организационных и технических решений по устройству и ведению адаптивно-ландшафтного орошаемого земледелия на техногенно загрязненных почвах, улучшению плодородия почв, получению экологически безопасной продукции, а также сохранению и повышению устойчивости экосистем.
Для реализации указанной цели были поставлены следующие задачи:
исследовать экологические аспекты режимов комплексных мелио
рации и разработать критерии нормирования накопления микроэлементов и за
грязнения тяжелыми металлами агроландшафта;
разработать принципы организации и научно-методические - основы проведения регионального почвенно-экологического обследования агроландшафта;
дать оценку современного состояния и прогноз экологической ситуации в регионе;
выполнить стационарные исследования и установить закономерности накопления микроэлементов и тяжелых металлов в системе «почва - растения — вода»;
ЦНВ МСХА фонд научной лтератуї-
определить оптимальный режим орошения сельскохозяйственных культур в условиях техногенного загрязнения мелиорированных агроландшаф-тов;
разработать технические решения, обосновать режимы мелиорации загрязненных микроэлементами и тяжелыми металлами почв, способствующие улучшению химического состава дренажно-сбросных вол и снижению уровня загрязнения земель;
выполнить эколого-экономическую оценку рекомендуемых мероприятий по рекультивации і агроланлшафтов в условиях техногенного загрязнения земель микроэлементами и тяжелыми металлами.
Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой «Разработать системы комплексной мелиорации сельскохозяйственных угодий и модели (проекты) экологически адаптированных систем земледелия на мелиорируемых землях для различных регионов страны» в 1996-2000 гг.
Методология исследованиіі, В основу теоретических и экспериментальных исследований положены труды В. Р. Вильямса, В. В. Докучаева, В. И. Вернадского, A. П. Виноградова, А. Н. Костикова, С. Ф. Аверьянова, Г, И. Афана-сика, Б. Б. Шумакова, В. Г. Минеева, Б. А. Ягодина, Ю- В. Алексеева, М. А. Глазонекс-й, В, В. Добровольского, В. Б. Ильина, В. А. Коады, Н. М. Ре-шеткиной, Б. А. Зимовца, Б, С. Маслова, И. С. Никитина, В.Е. Райнина, Н, И. Парфеновой, Л. В. Кирейчевой, Л. М. Рекса, С. Я. Бездннной, Н. А. Черных, Д. А. Манукьяна, Ю. П. Добрачева, К. Кабата-Пенднас и других известных исследователей.
Методологической основой работы является применение системного и экспертно-аналитического подходов к организации почвенно-экопогнческого обследования агроландшафта. подверженного интенсивному антропогенному воздействию, разработке режимов экологически безопасного орошения. Почвенные обследования, лабораторные, полевые опыты, аналитические исследования и анализы проведены по стандартным методикам. Обработка материалов исследований выполнена с использованием методов математической статистики.
Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и разработке научно-обоснованных рекультивационных режимов комплексной мелиорации земель, технических решений по обеспечению и ведению адаптивно-ландшафтного орошаемого земледелия, способствующих повышению плодородия почв, получению экологически чистой продукции, сохранению и повышению устоичивостиэкосистемы на основании выявленных закономерностей накопления и миграции микроэлементов и тяжелых металлов в системе «почва — растение — вода».
Впервые разработаны:,
критерии нормирования содержания в почве микроэлементов и тяжелых металлов, соответствующие функционированию агроэкосистем на нормальном, допустимом и критическом уровнях;
-л
региональная градация оценок уровней техногенного загрязнения почв на основе геохимических особенностей почвообразуюишх пород, закономерностей накопления и профильного распределения валовых и подвижных форм микроэлементов и тяжелых металлов в основных типах почв региона;
методика расчета водопотрсбления растений и вертикального влаго-обмена а почве, обеспечивающая учет уровня накопления микроэлементов и тяжелых металлов в кориеобнтасмом слое почвы и глубины грунтовых вод для определения экологически безопасного режима орошения;
-принципиальная схема адаптивно-ландшафтной водооборотиоП мелиоративной системы и технологический регламент работы ее элементен в зависимости от уровня функционирования экосистем (нормальный, допустимый и критический);
новые технические решения по очистке дренажных под с помощью мелиоративного биоканала, способ приготовления органических удобрений, конструкция земледельческого поля орошения, способствующие повышению эффективности земледелия, мелиорации и снижению загрязнения почв;
методологические подходы х формнровашно рекультивацію! шых режимов мелиорации почв с комплексом технических и технологических решений в условиях возрастающего техногенного влияния на агроландшафг.
Научная новизна разработок подтверждается двумя авторскими свидетельствами и одним патентом.
На защиту выносится следующие положения:
обоснование рскультивациошшх режимов мелиорации с комплексом технических решений и агрохимических мероприятии применительно к условиям нормального, допустимого it критического уровня функционирования аг-роэкосистем;
результаты почвенио-экологнческого обследования агроландшафта на основе научно-методических подходов к его ведешпо с учетом выявленного распределения тяжелых металлов по профилю почвенного покрова и региональных геохимических особенностей почБОобразуюших пород;
внутригодовые закономерности накопления и миграции мнкрохісмец-товитяжелыхмсталловвснстеме«почва—растение— вода»;
методиюі расчета водопотрсбления и вертикального влагообмспа в за-виснмостн от метеоусловий, биологических свойств н продуктивности вида растений, влажности и ' загрязненности почв тяжелыми металлами, глубины залегания грунтовых вод;
экологически обоснованные режимы орошения сельскохозяйственных культур, технические .решения и агрохимические мероприятия но улучшению гидрохимического режима вод, реабилитации загрязненных металлами почв о системе комплексных мелиорации с учетом токсичности для культурных растений.
Ценность для практики заключается в:
научном обосновании рекультнвашюнных режимов мелиорации применительно к условиям нормально, допустимого и критического уровня функционирования экосистем; комплексов технических решений агрохимических мелиорации, способствукшшх снижению техногенного загрязнения почв и гарантированному получению экологически чистой продукции;
п возможности использования разработанных оценочных градаций техногенного загрязнения почв на основе изучения региональных почвообра-зующих пород, которые в основной своей массе являются тяжелыми по гранулометрическому составу и целесообразности использования построенных кар-то-схем распределения металлов при планировании и проведении хозяйственных мероприятии;
установлении экологически обоснованного режима орошения сель-скохозяйственных культур, выращиваемых на загрязненных почвах южной части Нечерноземной зоны а пределах бассейна р. Оки, с учетом токсичности загрязнений для культурных растений;
обосновании режимов мелиорации и мероприятий но оздоровлению экологической ситуации путем улучшения качества дренажно-сбросных вод и рекультивации загрязненных почв.
Реализация работы. Полученные шпором результаты исследований реализованы при:
разработке рекомендаций: «Режимы комплексных мелиорации земель», 2000; «Регулирование водного режима и баланса тяжелых металлов увлажняемых почв при антропогенных нагрузках», 2001; «Использование сточных под Рязанской области», 2001;
проектировании мелиоративных систем с комплексом рекультивації-онных мероприятий и технических решений в АОЗТ «Рижский», 1992; «Алек-санлро-Невская евннобаза», 1994; «Рязанские сады», 2001; «Авангард», 2002;
подготовке и внедрении в учебный процесс методических пособий для студентов высших учебных заведений мелиоративных и экологических специальностей «Протняозрознонные мероприятия с учетом экологических требований», «Агроэкологлческая оценка загрязненных почв и мероприятия по их рекультивации», «Утилизация сточных вод на полях орошения», 2000;
планировании и осуществлении программ водохозяйственных и мелиоративных мероприятий Управлением «Рязаньмелноводхоз» и АОЗТ «Институт «Рязанілгроводпроект».
Под методическим руководством и при непосредственном участии автора в проведении совместных исследований зашитій и кандидатские диссертации В.Ф. Евтюхин, О.А. Захарова, Т.М. Гусева, .
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на следующих международных конгрессах, всесоюзных, международных и отраслевых совещаниях и конференциях: «Повышение эффективности орошаемого земледелия на основе нормирования водопользования» (Кишинев, 1985); «Ито-
пі научных исследований и внедрение метода программирования урожайности» (Москва, 1987, 1989); «Экологическое совершенствование мелиоративных систем» (Москва, 1989); «Биологические, экономические, экологические основы нормирования водопользования в орошаемом земледелии» (Днепропетровск, 1989); «Проблема природі і о-мелиоратнвного мониторинга СССР» (Смоленск, 1990); «Социальна-гигиенические и медицинские аспекты здоровья» (Рязань, 1995); «Международная научно-практическая конференция по использованию достижений науки и техники в развитии городов. ICSEC96» (Москва, 1996); «Человек и окружающая среда» (Рязань, 1997, 1998, 1999, 2000); «Инженерное и информационное обеспечение экологической безопасности в Тамбовской области», «Экология-98» (Тамбов, 1998); «Проблемы мелиорации и водного хозяйства на совремешюм этапе» (Горки, Беларусь, 1999); «Вторичные ресурсы; социально-экономические, эколопгческне и технологические аспекты» (Пенза, 1999); «(Проблемы инженерного обеспечения и экологии городов» (Пенза, 1999); «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 1999, 2000); «Вопросы региональной околоти» (Тамбов, 2000); «Проблемы мелиорации,, водохозяйствсігного строительства и обустройства сельских территорий на современном этапе» (Горки, Беларусь, 2000); Ш съезд Докучаєвского общества почвоведов (Суздаль, 2000); «Современные проблемы использования почв и повышение эффективности удобрений» (Горки, Беларусь, 2001); «Функции почв. в биосферно-гсосфсрных системах» (Москва, МГУ, 2001); VI Всероссийская конференция «Управление рисками чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2001).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 187 научных и научно-методических работах, в том числе в четырех монографиях (три in них в соавторстве), получены два авторских свидетельства и один патеїтт на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоітт in введения, пяти глав, выводов и предложений, списка использованной литературы из 560 наименовании, 31 приложения. Общий объем диссертации 455 страниц, in пих-326 страшщ основного текста, 59 табліщ, 54 рисунка,'
