Дронина О.С. Мониторинг и агроэкологическая оценка земель

Подождите немного. Документ загружается.

в первую очередь, составляют картограммы агрохимических обследований и

рекомендации по рациональному землепользованию

Получаемые данные о фактическом состоянии почвенных (гумусиро-

ванность, эродированность, рН, засоленность, солонцеватость и др.) и агро-

химических (содержание подвижных форм азота, фосфора, калия и др.)

свойств, агропроизводственная группировка почв и «почвенные очерки», ха-

рактеризующие почвы по всему спектру пользования, служат базовыми

предпосылками для последующих теоретических обобщений и прктических

рекомендаций. Последние должны содержать ответы на вопросы: 1. транс-

формация с.-х. угодий; 2. Охрана почв от водной и ветровой эрозии; 3. Осу-

шение, орошение и проведение культурно-технических работ; 4. Химическая

мелиорация земель; 5. Рациональное размещение и набор сельскохозяйст-

венных культур; 6. Особенности агротехнических приѐмов и система приме-

нения удобрений с учетом почвенных условий; 7. Улучшение сенокосов и

пастбищ.

В результате длительной распашки, применения удобрений, химиче-

ских мелиорантов, орошения, осушения и других агротехнических и мелио-

ративных приѐмов компонентный состав комплексных почвенных контуров

изменяется. На это обстоятельство в процессе мониторинга следует обращать

серьѐзное внимание.

Для объективной оценки состояния и изменения почвенно-

агрохимических свойств почвенные обследования целесообразно проводить с

периодичностью в 10 – 15 лет, а агрохимические – через 5 лет.

Выбирать объекты мониторинга следует, основываясь на почвенно-

геогрфическом, геохимическом и природно-хозяйственном районировании с

учѐтом характера и направленности использования земель и степени устой-

чивости почвенного покрова к разного рода техногенным нагрузкам. Объек-

ты мониторинга закладываются во всех земледельческих зонах.

Требования предъявляемые к объектам мониторинга

Они должны отражать типичные природные и сельскохозяйственные

ландшафты и быть приурочены к местам наиболее интенсивного антропо-

генного воздействия. Параллельно выбираются фоновые территории (участ-

ки), представленные природными ландшафтами, почвы которых испытывали

незначительные антропогенные нагрузки за последние 40 – 50 лет. Фоновы-

ми территориями, могут служит заповедники.

При выборе объектов мониторинга должны учитываться: уровень ве-

дения хозяйства, система земледелия, способы обработки почв, система се-

вооборотов. Целесообразно выбирать объекты исследования в хозяйствах с

различными уровнями ведения (высоким, средним, низким).

Вид и степень антропогенного воздействия на почвы и структуру поч-

венного покрова также оказывает существенное влияние на выбор объектов

мониторинга и объекты соответствующих работ.

На мелиорируемых землях необходимо принимать во внимание вид

орошения, тип дренажа, сроки функционирования оросительной или осуши-

тельной системы, состав оросительных и дренажных вод.

Характер рельефа, крутизна и экспозиция склонов существенно влияют

на перераспределение водных ресурсов и биогеохимических потоков ве-

ществ. Это также должно учитываться при выборе объектов мониторинга.

Системы контролируемых параметров и группы этих параметров.

Первая группа интегрирует показатели ранней диагностики развития

негативных явлений в состоянии почв и почвенного покрова. Она включает

показатели угнетения биоты по ферментативной активности, «дыханию» и

азотфиксации почв, по изменению окислительно-восстановительных усло-

вий, плотности почв, минерализованности почвенного раствора, дренажных

и грунтовых вод.

Показатели второй группы отражают более устойчивые изменения

почв, в том числе количество и качество гумуса, изменения степени агрегиро-

ванности (структурности) почвенного покрова, трансформацию содержания

элементов питания растений, динамику тяжелых металлов, углеводородов,

биологическую продуктивнось природных и искусственных ценозов и др.

Третью группу составляют показатели глубоких и устойчивых изме-

нений свойств почв: соотношение тонкодисперсных и более крупных фрак-

ций гранулометрического состава почв, минералогического и химического

состава мощности почвенного горизонта и др.

Перечень контролируемых параметров для режимных наблюдений в

условиях стационарных исследований (стационарная форма мониторинга)

дан в таблице 1.

Таблица 1. Примерный перечень контролируемых параметров для ре-

жимных наблюдений на стационарных участках мониторинга.

Показатель, свойства почв

Периодичность

наблюдения

Глубина апро-

бирования

Влажность почв

1 раз в декаду

ЗА* (ПП)**

Потенциал почвенной влаги

1 раз в течение 2 – 5 суток

ЗА (ПП)

Уровень грунтовых од

1 раз в течение 2 – 5 суток

ЗА (ПП)

Метеорологические параметры (температура

и влажность воздуха, скорость ветра, осадки,

испаремость и т.д.)

Ежедневно

ЗА (ПП)

Объѐм дренажного стока с мелиоративной

системы и отдельных еѐ участков

1 раз в неделю

Элементы водного баланса (суммарное ис-

парение, инфильтрация, расход грунтовых

вод)

1 раз в 5 суток

Моделируется ЗА

мощностью 1,0 –

1,5 и 2,0 м

Химический анализ дренажных и грунтовых

вод на кальций, магний, аммиачный и нит-

ратный азот, калий, фосфор, углекислоту,

гидрокарбонаты и другие элементы, а также

определение содержания тонкодисперсных

частиц

В начале, середине и конце

вегетационного периода

Окислительно-восстановительный потенци-

ал почвы, растений, дренажных, грунтовых и

поливных вод

По основным фазам разви-

тия растений

В почве (гори-

зонты А + В)

Температура почвы на разных глубинах

По фазам в течение веге-

тационного периода

1 раз в 5 суток

ПП

Элементы теплового баланса

По фазам в течение веге-

тационного периода

1 раз в 5 суток

Примечание: ПП – почвенный покров; ЗА – зона аэрации

Контролируемые параметры второй группы приведены в таблице 2

Таблица 2. Контролируемые параметры для режимных наблюдений на

стационарных участках мониторинга.

Контролируемый

процесс

Показатель

Метод изме-

рения

Периодич-

ность

Метод регулирова-

ния

Подкисление или

подщелачивание

почв с помощью

удобрений, мелио-

рантов или химиче-

ского загрязнения

рН водный –

все почвы; рН

солевой –

почвы, нена-

сыщенные ос-

нованиями

Потенцио-

метрический

2...3 раза

в год

Химические и водные

мелиорации, агротех-

нические приемы

Вторичное

засоление

Содержание и

состав солей в

100см слое

почвы; удель-

ная электро-

проводность

Аэрокосмиче-

ские

спектральные

измерения;

электромет-

рический

1 раз в год

Регулирование водно-

солевого режима

орошением и дрена-

жем

Осолонцевание

при орошении

Процент об-

менного

натрия

Потенцио-

метрия или

пламенная

фотометрия

То же

Тоже

Потери гумуса

Процент гуму-

са в почве; во-

дораствори-

мые органиче-

ские вещества

По И. В.

Тюрину

Внесение навоза;

биологические

мелиорации

Окислительно-

восстановительный

процесс

Почвы

Потенцио-

метрический

2...3 раза

в год

Агротехнические ме-

роприятия; регулиро-

вание водного режима

почв с помощью дре-

нажа

Дыхание почвы

Выделение СО

Дистанцион-

ные наблюде-

ния

Тоже

Органические и ми-

неральные удобрения

Содержание доступ-

ных растениям со-

единений NPK

Нитраты, фос-

фаты, К,О

Анализ почвы

и вытяжек;

ионоселек-

тивные элек-

троды

Внесение органиче-

ских и минеральных

удобрений; агротех-

нические приемы

Загрязнение почв

тяжелыми металла-

ми

Содержание

подвижных

форм соедине-

ний

Атомно-

адсорбцион-

ный анализ

Химические мелиора-

ции; агротехнические

приемы; удаление

загрязненного слоя

почвы или запахива-

ние на большую глу-

бину

Уплотнение почвы

Объемная мас-

са почвы

Объемный

бур; гамма-

скопический

Плотномер

Внесение органиче-

ских удобрений; агро-

технические приемы

Продолжение таблицы 2

Динамика грунтовых

вод

Уровень грун-

товых вод

Электромет-

рический;

«хлопушка»

Дренаж

Минерализация

грунтовых и дре-

нажных вод

Катионный и

анионный со-

став макроэле-

ментов; микро-

элементы

Химические

методы ана-

лиза; ионосе-

лективные

электроды

3...4 раза в

год

Оптимизация норм

удобрений и сроков

их внесения; агротех-

нические мероприя-

тия

Одним из основных компонентов агроэкосистем являются растения. В

процессе агроэкологического мониторинга фиксируется не только величина

и качество урожая в конце вегетации, но и по другим показателям (накопле-

ние биомассы, формирование листовой поверхности и др.) (таблица 3).

Таблица 3.Перечень обязательных показателей качества продукции

растениеводства для исследований в агроэкологическом мониторинге

Показатель

Характеризуемые

свойства

Наличие ГОСТ ов на

методы определения

Содержание клейковины в зерне

Технологические

ГОСТ 133586.1-68

Качество клейковины зерна

То же

ГОСТ 1586.1-86

Активность амилазы

Сахаристость

ГОСТ 17421-72

Доброкачественность очищенного кормового

сока

Содержание вредного азота

Масличность семян

ГОСТ 10857-72

Количество лузги

Выход и качество длинного и короткого во-

локна

Выход и качество чесального волокна

Крахмалистость

Объѐмный выход хлеба

Хлебопекарные

Масса 1000 зерен

Физические

ГОСТ 10842-76

Натура зерна

То же

ГОСТ 10840-64

Стекловидность зерна

ГОСТ 10987-64

Товарность клубней картофеля

Содержание азота

Химические

Содержание сырого белка:

То же

ГОСТ 10846-74

в зерне

ГОСТ 1344964-84

в кормах

ГОСТ 1344964-84

Содержание фосфора

ГОСТ 2667 - 85

Содержание калия

Содержание кальция

Содержание магния

Проведение таких наблюдений, позволит уточнит сроки агротехниче-

ских и агрохимических мероприятий, контролировать развитие процессов

формирования урожая и зная оптимальные параметры отдельных элементов,

регулировать их, мобилизуя тем самым потенциальное кущение, число раз-

вивающихся зерновок в колосе, массу 1000 зѐрен – показатели, дающие вы-

сокую корреляцию с урожаем.

В условиях интенсификации земледелия, особенно при нарушении

правил обработки почвы и посевов сельскохозяйственных культур, наблюда-

ется вынос из агроэкосистем биогенных элементов, остаточных количеств

средств химизации и т.д., загрязняющих окружающую среду.

В число загрязнителей входят и тяжелые металлы, содержащиеся в

удобрениях, выбросах и отходах промышленности, осадках сточных вод, ис-

пользуемых в сельском хозяйстве.

Загрязнение почв тяжѐлыми металлами представляет значительную

опасность для почвенного покрова, вызывает деградацию почв и снижает их

плодородие.

Для выращивания экологически-безопасной продукции в условиях на-

копления тяжелых металлов в почве необходимо изучение баланса их в це-

лом, а также его расходных статей (вымывание фильтрующимися и поверх-

ностными водами, вынос растениями и др.).

Факторами формирования качества воды являются химические процес-

сы трансформации и взаимодействия веществ, биохимические, биологиче-

ские, физико-химические, а также гидрологические.

В химическом составе природных вод можно выделить следующие

группы соединений:

- ионы, определяющие степень минерализации воды. Это анионы – СI

и катионы – Са

, Мg

, К

- биогенные вещества: нитраты (NO

), нитриты (NO

), аммоний

(NH

), фосфаты (РО

), кремний (Si), органические соединения азота и фос-

фора.

- органические вещества.

- растворенные газы (О

, СО

и др).

- микроэлементы (литий, бериллий, стронций, хром, барий, молибден,

йод, железо, бор и др.).

- ионы водорода, определяющие кислотно-щелочное равновесие вод-

ных растворов (рН).

- радиоактивные элементы.

Качество природных вод, контактирующих и взаимодействующих с

почвой, тесно связано с почвенными процессами и техногенным воздействи-

ем на почву.

Под влиянием антропогенных факторов в природных водах могут со-

держаться разликапливаясязняющие вещества: нитраты, нитриты, пестици-

ды, фенольные соединения, синтетические поверхностно-активные вещества,

тяжелые металлы и т.д.

Поступающие с поверхности почвы загрязнители с фильтрующимся

током воды проходят в грунтовые воды. Накаливаясь в зоне аэрации, они яв-

ляются вторичным источником загрязнения грунтовых вод. Грунтовые воды

в свою очередь загрязняют подземные реки и водоѐмы (важнейший источник

питьевой воды).

Качество грунтовых вод является своеобразным интегральным показа-

телем интенсивности не только естественных процессов, связанных с почво-

образованием и круговоротом элементов в природе, но и антропогенных воз-

действий.

Основной метод исследования внутрипочвенного стока. Принцип его

заключается в исследовании почвенного раствора, вытесненного просачи-

вающимся через почву избытком дождевой и снеговой воды.

В практике лизиметрических исследований чаще всего применяют три

типа лизиметров: - лизиметры-монолиты с ненарушенным строением поч-

вы, насыпные лизиметры с сохранением естественной последовательности в

расположении генетических горизонтов почвы; - насыпные лизиметры с

сохранением естественной последовательности в расположении генетиче-

ских горизонтов почвы; - лизиметрические воронки модификации Шило-

вой, устанавливаемые на различной глубине и пригодные главным образом

для изучения концентрации внутрипочвенного стока по профилю почвы.

Основной недостаток лизиметрии – изолированность почвы в установ-

ках от грунтовых вод и отсутствие по этой причине капиллярного подъѐма

воды с растворѐнными веществами, а также ограничение поверхности почвы

стенками лизиметра, что задерживает поверхностный сток воды, который в

естественных условиях составляет 20 – 25 % воды от суммы выпавших осад-

ков. Данный метод позволяет моделировать такие процессы, как миграция

элементов по профилю и обеднение корнеобитаемого слоя основными эле-

ментами питания в зависимости от количества атмосферных осадков, типа и

гранулометрического состава почвы, еѐ окультуренности, физико-

химических свойств, форм и доз удобрений, вида возделываемых культур и

их продуктивности.

Внутрипочвенный сток не только снижает почвенное плодородие, но и

приводит к загрязнению грунтовых и более глубоко залегающих горизонтов

подземных вод.

Грунтовые воды – это воды первого от поверхности земли вдонос-

ного пласта, залегающего на водоупоре. Поверхность грунтовых вод назы-

вается «зеркалом». Поровое пространство – заполненное водой и находящее-

ся ниже «зеркала» - зона насыщения. Поровое пространство выше «зеркала»,

содержащее атмосферный воздух, - зона аэрации. Степень загрязненности

почвенного слоя и зоны аэрации – показатель загрязнения грунтовых вод. та-

ким образом, анализ водных вытяжек из почвы и пород зоны аэрации являет-

ся достаточно объективным методом исследования уровня загрязнения грун-

товых вод.

Создание специализированной сети наблюдений требует бурения

скважин, поэтому целесообразно максимально использовать уже имеющиеся

наблюдательные скважины, колодцы, родники. При бурении скважин для от-

бора проб грунтовых вод глубиной до 10 м пользуются ручным (глубиной до 50 м )

шнековым буром.

Поверхностные воды при развитии эрозионных процессов обусловли-

вают такие процессы, как смыв почвы, потерю элементов питания, загрязне-

ние окружающей среды. Основные методы изучения поверхностного и внут-

рипочвенного стока склонов, а также смыва почв с поверхности – комплекс-

ные полевые наблюдения на специально оборудованных стоковых площад-

ках, позволяющих собирать сток талых и дождевых вод. Установка приѐмни-

ков воды на различных глубинах почвенного профиля даѐт возможность из-

мерять также внутрипочвенный горизонтальный сток. Для учѐта вертикаль-

ной миграции оды и растворѐнных в ней химических веществ на склоновых

землях можно использовать блок лизиметров. Конструкция представляет со-

четание лизиметров поддонов, оснащѐнных разделительными боковыми щи-

тами высотой соответствующей глубине размещения их в почве. Устройство

лизиметров обеспечивает беспрепятственное поверхностное и внутрипоч-

венное горизонтальное передвижение воды вниз по склону. Лизиметры, бла-

годаря их ступенчатому размещению о глубине почвенного профиля позво-

ляют фиксировать определѐнный объѐм почвы и оценивать величину ин-

фильтрации воды.

Атмосферные осадки, вынося вещества-загрязнители из атмосферы,

являются фактором экологического риска. Наличие в атмосфере окислов се-

ры и азота создает опасность выпадения кислотных дождей. Анализ химиче-

ского состава атмосферных осадков необходим для учѐта поступления эле-

ментов на единицу площади при балансовых расчетах.

Лекция 3. Эколого-токсикологическая оценка агроэкосистем

В системе агроэкологического мониторинга важной составляющей яв-

ляется комплексная эколого-токсикологическая оценка исследуемых объек-

тов. В настоящее время уровни химизации земледелия и экономические

цели в большинстве случаев не взаимоувязаны с требованиями обеспе-

чения экологической безопасности.

Экологическая безопасность на современном этапе развития земледе-

лия может быть достигнута только в результате оптимизации применения

средств химизации с учѐтом необходимых экологических ограничений.

Определение набора показателей для эколого-токсикологической оцен-

ки представляет собой самостоятельную методическую задачу, решая кото-

рую целесообразно учитывать:

- почвенно-климатические характеристики регионов;

- наиболее вероятные (на основе многолетних данных) метеорологиче-

ские условия, включая особенности перемещения воздушных масс;

- возможность загрязнения агроэкосистем промышленными выбросами

близлежащих предприятий; объѐмы и состав, токсичность выбросов;

- используемые технологии обработки почв и использования средств

химизации (удобрения, средства защиты растений, химические мелиоранты).

Обязательное условие – проведение исходного химического анализа

вод, почв и растений (в том числе по биогенным элементам: хлор, фтор, се-

лен, бор, бром, нитраты, нитриты; тяжелым металлам цинк, медь, свинец, ни-

кель, молибден, кобальт, ртуть, ванадий; остаткам средств защиты растений).

При этом целесообразно использовать технологические карты и архивные

материалы.

Для ряда регионов обязательным требованием при определении набора

показателей для эколого-токсикологической оценки является проведение

гамма-спектрометрии и радиометрии образцов почв, вод и растений.