Влияние природных минералов, отходов производства и зернобобовых культур на эколого-геохимическую устойчивость чернозема оподзоленного

Актуальность темы

Рассматривая экологическое значение почв на ландшафтном уровне, следует отметить, что они, занимая центральное место в ландшафтных системах, тесно связаны с остальными компонентами ландшафта водными и воздушными геохимическми потоками вещества. Происходящие в почвах процессы контролируют химический состав поверхностных и грунтовых вод, определяют в значительной мере благодаря «дыханию почв», газовый состав приземной атмосферы. Поэтому нормальное функционирование почв как биокосных природных и природно-антропогенных подсистем в ландшафтных системах имеет большое значение для экологической устойчивости ландшафта в целом.

В ряду депонирующих природных сред почвы испытывают наибольший техногенный пресс химических элементов, поступающих с атмосферными осадками, осаждающихся в виде сухих аэрозолей, привносимых с удобрениями, ядохимикатами, различного рода компостами, а также при аварийных ситуациях. Химические загрязняющие вещества поступают в основной массе на поверхность и в верхние, наиболее логически ранимые горизонты почв.

Судьба поступающих в почву техногенных химических веществ различна. Наиболее устойчивые в данных биоклиматических и почвенно-биохимических условиях накапливаются в малоподвижных формах. Другие, претерпевая ряд химических превращений и вступая в реакции с органическими и минеральными соединениями почвы, изменяют ее свойства. Третья группа химических соединений — самая подвижная, образующая истинные или коллоидные растворы, в почвах с промывным или периодически промывным режимом выносятся за пределы почвенной толщи, достигают уровня грунтовых вод и загрязняют последние или выносятся поверхностно-склоновым стоком в местные депрессии и водоемы и образуют в геохимически подчиненных звеньях ландшафтов локальные очаги интенсивного загрязнения.

Устойчивость почв по отношению к различным загрязнителям неодинакова. Для прогноза изменения почвенно-экологической обстановки необходимо учитывать химический состав загрязняющих техногенных веществ, степень буферности и возможные направления ответных реакций почв на данный конкретный тип химического воздействия. Эти обстоятельства вызвали необходимость проведения исследований по эколого-геохимической оценки устойчивости черноземов региона и экспериментального подтверждения возможности восстановления экологического равновесия в результате рационального и безопасного для окружающей среды внесения удобрительных средств на основе природных фосфоритов, цеолитов и шлаковых отходов производства и эколого-стабилизирующего значения зернобобовых культур.

Цель наших исследований — оценить эколого-геохимическую устойчивость чернозема оподзоленного и эколого-стабилизирующую роль зернобобовых культур (горох, соя, люпин), при воздействии различных видов геохимических стартеров (шлаковые отходы производства, природные фосфориты и цеолиты).

Задачи исследований:

1. Изучить влияние фосфоритной муки, цеолита, шлаковых отходов и их сочетаний на агрофизические, физико-химические и биологические свойства чернозема оподзоленного.

2. Исследовать влияние изучаемых геохимических стартеров на валовое содержание тяжелых металлов и образование их подвижных форм в пахотном слое чернозема оподзоленного.

3. Определить формирование симбиотического аппарата различных видов зернобобовых культур (горох, соя, люпин) в зависимости от применения природных минералов и шлаковых отходов.

4. Установить влияние удобрительных свойств фосфоритной муки, цеолита и шлаковых отходов на посевные качества зернобобовых культур.

5. Выявить влияние различных доз фосфоритной муки, цеолита, шлаковых отходов и их сочетаний на ростовые процессы и фотосинтетическую деятельность, продуктивность и качество продукции зернобобовых культур.

6. Эколого-экономическая оценка продуктивности различных видов зернобобовых культур и устойчивости чернозема оподзоленного, под воздействием природных минералов и шлаковых отходов.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях черноземов лесостепной зоны европейской части России проведены комплексные исследования экологической устойчивости и плодородия черноземов оподзолен-ных и продуктивности зернобобовых культур к воздействию различных видов химических соединений. В приоритетном порядке решены следующие вопросы:

1. Показана эколого-геохимическая устойчивость чернозема оподзоленного среднесуглинистого к химическим воздействиям нетрадиционных удобрительных форм на основе природных фосфоритов, цеолитов и шлаковых отходов производства;

2. Определены величины накопления и степени подвижности тяжелых металлов в пахотном слое почвы. Доказано, что внесение фосфоритной муки и шлаковых отходов в высоких дозах (1−1,5 т/га) обуславливает техногенную консервацию таких тяжелых металлов, как свинец, кадмий, никель, марганец — для фосфоритной муки, свинец, кобальт — для шлаков;

3. Разработан и апробирован способ предпосевной обработки семян гороха шлаком и цеолитом в дозе 50 кг на 1 т семян;

4. Установлена эколого-стабилизирующая роль зернобобовых культур в воспроизводстве плодородия чернозема оподзоленного к техногенным воздействиям;

5. Дана оценка экономической эффективности использования удобрительных свойств шлаковых отходов производства, природных цеолитов и фосфоритов.

Практическая значимость. Для практического использования разработан способ повышения посевных качеств гороха, позволяющий повышать урожайность и экологическую устойчивость растений к экстремальным погодным условиям. Разработаны приемы эффективного и экологически безопасного применения природных фосфоритов, цеолитов и шлаковых отходов при возделывании гороха, сои, люпина на черноземах оподзоленных.

Результаты исследований служат теоретической и практической основой регламентирования использования эколого-стабилизирующих и фито-мелиоративных свойств люпина узколистного Кристалл и гороха Орловча-нин и удобрительных свойств природных фосфоритов, цеолитов и шлаковых отходов для воспроизводства плодородия деградированных черноземов лесо-степей и повышения продуктивности культур.

Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке агрономов, экологов, зоотехников, ветеринаров, инженеров-механиков в Орловском государственном аграрном университете.

Реализация работы. Изучения эколого-геохимической устойчивости чернозема оподзоленного и эколого-стабилизирующей роли зернобобовых культур прошли производственную проверку в ЗАО «Куракинское», Свердловского района и ОАО «Агрофирма Мценская» Мценского района Орловской области и подтвердили выводы, изложенные в диссертационной работе. Они предложены для внедрения и в других сельскохозяйственных предприятиях Орловской области и региона в целом, с целью создания приемов воспроизводства плодородия деградированного чернозема оподзоленного.

Апробация работы. Исследования были выполнены в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на Всероссийском конкурсе на лучшую работу среди аспирантов и молодых ученых г. Воронеж ВГАУ имени К. Д. Глинки (2007 г.), на базе РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева стал Лауреатом «Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых сельскохозяйственных вузов» г. Москва (2007 г.), научно-практических конференциях ОрелГАУ (2005, 2006, 2007, 2008 гг.), научных конференциях «неделя науки» ОГУ (2005, 2006, 2007 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы семь работ, из них четыре в журналах реферируемых ВАК. Приоритетность научных изысканий подтверждена одним патентом.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 239 наименования, в том числе 27 на иностранном языке, общий объем диссертации составляет 207 страниц, включая 33 таблицы, 26 рисунков и 52 приложения.