Спросить
Войти
Эколого-экономический подход в использовании пойменных земель подверженных
радиационному заражению Ecological and economic approach to the use of floodplain lands subject to radiation
contamination
Ь Л московский ■P экономический
ЧЛ ЖУРНАЛ
УДК 332.3.631.482.1:631.42 DOI 10.24411/2413-046X-2020-10375 Гераськин Михаил Михайлович,
к.э.н., доцент кафедры землеустройства ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству», г.Москва, E-mail: Geraskinmm@yandex.ru
Каргин Василий Иванович, д.с.-х.н., профессор кафедры технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва», г.Саранск, E-mail: karginvi@yandex.ru
Захаркина Регина Александровна, к.э.н., заведующий кафедрой финансов и бухгалтерского учета ФГБОУ ВО «Саранский кооперативный институт (филиал) Российского университета кооперации», г.Саранск, E-mail:zaharkina.regina@yandexru
Geraskin Mikhail Mikhailovich, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor of the Chair of land management of FSBEU НО "State University of Land Use Planning " Moscow, E-mail: Geraskinmm@yandex.ru
Kargin Vasily Ivanovich,
doctor of agricultural science, Professor of the Department of technology of production and processing of agricultural products of FSBEU НО "National research Mordovian state University named after N.P. Ogarev», Saransk, E-mail: karginvi@yandex.ru Zakharkina Regina Alexandrovna,
Candidate of Economic Sciences, head of the Department of Finance and accounting, Saransk cooperative Institute (branch) Russian University of cooperation", Saransk, E-mail:zaharkina.regina@yandex.ru
Аннотация.Установлено, что экологически и экономически эффективно использовать пойменные земли радиационно зараженные с учетом разработки внедрения и освоения травопольных и травопольно-пропашных севооборотов с производством сена многолетних трав. В сене многолетних трав снижение содержания стронция-90 составило 7,56, цезия-137 - 2,51 раза. Приведены результаты многолетних исследований об изменении агроэкологических свойств аллювиальных почв в зависимости от их хозяйственного использования. На тестовых полях и площадках ежегодно определялось содержание макро- и микроэлементов, в том числе тяжелых металлов (ТМ), радионуклидов.
Динамика изменения содержания подвижных форм тяжелых металлов на постоянных площадках наблюдений такова: содержание свинца в 2009-2012 гг. по сравнению с исходной снизилось в 7,3-6,5 раза; цинка в 8,04-20,0 раз; меди - в 19,2-45,0 раз; кадмия -в 1,79-12,7 раза. За годы исследований выявлено снижение содержания подвижного стронция-90 в почве на 80,5-39,4 %, цезия-137 в 3,17-1,37 раза.
На основе регрессионного анализа проведены расчеты деструктивных агрогенных процессов, происходящих в почвах пойменных экосистем.
Снижение количества тяжелых металлов и радионуклидов в почвах обоих участков является результатом сокращения экологически опасных производств и снижения объемов вредных выбросов.
Summary. It is established that it is environmentally and economically efficient to use floodplain lands contaminated with radiation, taking into account the development, introduction and development of grass-field and grass-row crop rotations with the production of hay of perennial grasses. In the hay of perennial grasses, the decrease in the content of strontium-90 was 7.56, and caesium-137-2.51 times. The results of long-term research on changes in agroecological properties of alluvial soils depending on their economic use are presented. The content of macro - and microelements, including heavy metals (TM) and radionuclides, was determined annually on test fields and sites.
The dynamics of changes in the content of mobile forms of heavy metals at permanent observation sites is as follows: the content of lead in 2009-2012 decreased by 7.3-6.5 times compared to the initial one; zinc by 8.04-20.0 times; copper by 19.2 - 45.0 times; and cadmium
by 1.79-12.7 times. Over the years of research, a decrease in the content of mobile strontium-90 in the soil by 80.5-39.4%, and caesium-137 by 3.17-1.37 times was revealed.
Based on regression analysis, calculations of destructive cryogenic processes occurring in the soils of floodplain ecosystems were performed.
Reducing the amount of heavy metals and radionuclides in the soils of both sites is the result of reducing environmentally hazardous production and reducing harmful emissions. Ключевые слова: аллювиальные почвы, агроэкологические свойства, минеральные удобрения, гумус, тяжелые металлы, радионуклиды, проект внутрихозяйственного землеустройства, организация и трансформация угодий, севообороты, ландшафт. Keywords: alluvial soils, agroecological properties, mineral fertilizers, humus, heavy metals, radionuclides, project of on-farm land management, organization and transformation of land, crop rotation, landscape.
ВВЕДЕНИЕ
В конце XX века в России были начаты работы на постоянных площадках, имеющих государственный статус, по оценке изменений свойств почв в пространстве и во времени [1]. С целью выявления возможных отклонений свойств почв от оптимальных показателей значение такой оценки возрастает в условиях активного агротехнического воздействия, особенно когда происходят изменения состояния почвенного покрова [2]. Необходимо отметить, что методический уровень таких исследований заметно отличается в различных странах [4, 5].
В результате антропогенного изменения гидрологического режима, что очень часто наблюдается на аллювиальных почвах, происходит множество деградационных изменений в почвенном покрове [6]. В связи с этим особую актуальность приобретает оценка изменений их свойств в пространстве и во времени, которые отражали бы природное разнообразие и виды хозяйственной деятельности[1, 7]. Значимость почвенно-экологического мониторинга неизмеримо возрастает в условиях активного агротехнического воздействия, когда происходит постоянное изменение состояния почвенного покрова, для выявления отклонений от оптимальных показателей и сохранения потенциального плодородия почвы [3,8 и др.].
В естественной биогеохимической цикличности хозяйственная деятельность приводит к качественным, а иногда необратимым изменениям. Эти изменения возникают на биогеохимическом фоне и в короткие сроки охватывают все типы веществ биосферы. Экологическую и продовольственную безопасность Российской Федерации затрагивают в результате антропогенного воздействия множество деградационных изменений
почвенного покрова [4,6]. Государственной Думой РФ разработана стратегия устойчивого развития России, которая предусматривает создание здоровой среды и формирование сбалансированного и рационального природопользования.
В последние годы активно изучались особенности загрязнения тяжелыми металлами, происходящие в почвах пойменных экосистем при сенокосно-пастбищном и пахотном использовании [9, 10, 11]. Исследования изменений их свойств во времени на постоянных участках с учетом хозяйственного использования крайне ограничены. Поэтому целью наших исследований явилось проведение мониторинга аллювиальных почв малых рек Республики Мордовия Алатырь и Инсар с использованием экологических методов анализа. Для оценки состояния почвенного покрова использовались параметры свойств аллювиальных почв.
Оценены основные критерии качественного состояния аллювиальных почв и способы их реабилитации. Без систематических многолетних данных почвенно-экологического мониторинга невозможно принимать экологически грамотные управленческие решения в отношении природопользования.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследования явились аллювиальные луговые почвы центральной части пойм рек Инсар и Алатырь Республики Мордовия. Реперные участки (РУ), были заложены в 1994 году.
РУ 6 располагался в Октябрьском районе, пос. Николаевка, в пойме реки Инсар, площадь участка - 18 га.
Почва - аллювиальная лугово зернистая тяжелосуглинистая.
Глубина залегания грунтовых вод 1,2 м. В 1994-2012 гг. высевались зерновые (3 года); овощные и пропашные (11 лет); чистый пар (3 года); мн. травы (2 года). В среднем за год вносились азотные удобрения в дозе 29 кг/га д. в., фосфорные - 25 кг/га, калийные - 29 кг/га д. в. Минеральные удобрения вносились под предпосевную обработку, а в отдельные годы в подкормку. В 2009-2012 гг. в чистом пару и под многолетние травы удобрения не вносились.
РУ 10 располагался в Ичалковском районе, ЗАО «Культура», в пойме реки Алатырь, площадь участка - 10 га. Почва - аллювиальная дерново-зернисто-слоистая. Глубина залегания грунтовых вод 1,2 м. Поле постоянно находилось под многолетними травами, без внесения удобрений.
Почва - аллювиальная луговая зернистая тяжелосуглинистая.
Гранулометрический состав почв - тяжелосуглинистый, характеризуется однородным распределением фракций в почвенном профиле. Полевые участки выровненные, однородны в отношении почвенного покрова и условий увлажнения.
Изменения агроэкологических показателей оценивались в сравнении с их исходными данными. Первичные исследования проводились перед закладкой реперных участков в 1994 году.
Необходимо отметить, что весной до начала полевых работ проводился отбор проб пахотного слоя почв. Реперный участок (независимо от площади) разбивали на 4 элементарных участка, каждый из которых характеризовался средней пробой, состоящей не менее чем из 20 точечных.
Исследования включали: определение подвижных форм ТМ в почве атомно-абсорбционным методом, который основывается на экстрагировании буфером ААБ рН 4,8 [12]. Затем пробу почвы заливали 150 мл экстрагирующего раствора и перемешивали в течение 1 ч. Через бумажный фильтр фильтровали суспензии. В это же время проводили контрольный опыт, включающий все стадии анализа, кроме взятия пробы почвы.
В качестве фона для сравнения с исходными были взяты данные по региону, установленные для Правобережья Нижегородской области [13]. В биологических объектах анализ ТМ проводили в соответствии с ГОСТ 30692-2000 атомно-абсорбционным методом. Растения минерализовали сухим способом, из золы ТМ экстрагировали раствором азотной кислоты (1:1) [14]. Радионуклиды (цезий-137, стронций-90) в почвенных и растительных образцах определялись спектрометрическим методом с использованием спектрометра УСК «Гамма-Плюс».
Полученный экспериментальный материал обработан статистическими методами дисперсионного и регрессионного анализов с применением пакета программ прикладной статистики. Для обнаружения различий в центральной тенденции двух выборок использовали критерий Вилкоксона при WTaбл>Wфaкт различия между выборками
значимы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для определения оптимальных условий развития растений и с целью контроля за состоянием почвы целесообразно определение подвижных форм микроэлементов, а также их содержания, включая тяжелые металлы.
Тренд содержания микроэлементов при пахотном использовании территории (РУ 6) характеризуется большой вариабельностью по годам и периодам, но значимость их недостоверна (табл. 1), что связано с систематическим внесением минеральных
удобрений. При пастбищном использовании в условиях полного отсутствия минеральных удобрений (РУ 10) содержание бора и молибдена достоверно снижалось. Положительный тренд сохранился только для меди кобальта и серы. По содержанию микроэлементов в аллювиальных почвах наблюдается высокая вариабельность по годам, что является прямым следствием положения данных почв в аккумулятивных элементах ландшафта и неоднократно отмечавшейся многими исследователями высокой вариабельностью показателя, как пространственной, так и сезонной, и временной.
Широко известно, что общее содержание микроэлементов и тяжелых металлов (ТМ) в аллювиальных почвах определяется совокупностью их базового, нативного, содержания и привнесенного отчасти аэральным (в виде пылевых, преимущественно минеральных частиц), механическим, за счет сноса с более высоких элементов рельефа. Помимо гидрогенного загрязнения тяжелыми металлами и металлоидами сточных вод, они могут загрязняться наилком, что ведет к отложению техногенных осадков. Исследования показали, что основным отличием аллювиально гидрогенно загрязненных почв от аэрально загрязненных является максимальное загрязнение средних и нижних горизонтов. Кроме того, в случае сельскохозяйственного использования почв, важным источником являются вносимые удобрения и применяемые ядохимикаты. Учитывая то, что уровень прямой антропогенной нагрузки на территории участка в последние годы снизился, насыщенность агрохимикатами низкая, поступления ТМ извне стали минимальны. В течение периода наблюдений происходило снижение валовых форм ТМ.
В исследуемых почвах содержание подвижных соединений свинца достаточно высокое. В исходной почве (1994-1998 гг.) содержание свинца в обоих площадках было почти в 1,5 раза выше ОДК (табл. 2). В последующие годы превышения ОДК было отмечено в 2006 г для РУ 6. Тренд этого показателя свидетельствует о достоверном снижении этого элемента в почве. Это снижение достоверно.
По сравнению с исходной почвой содержание свинца в 2009-2012 гг. снизилось по сравнению с 1994-1998 гг. в 7,3-6,5 раза, что может быть связано с уменьшением количества органического вещества на этой прощадке.
Цинк, как уже отмечалось, является микроэлементом, необходимым для сбалансированного нормального развития растений. Токсичные концентрации его весьма высоки. Рассматриваемые почвы, в силу своей органогенности, характеризуются невысоким содержанием подвижного цинка, связанного, в основном, с минеральными компонентами: только в 1996 г. его содержание превышало ОДК на РУ 10 в 3,68 раза. Для периода 2009-2012 гг. снижение было достоверным.
Токсичные концентрации кадмия чрезвычайно низки, а подвижность этого элемента определяется, в основном, содержанием фосфатов и значениями рН. Содержание подвижных форм кадмия в исходной почве (1994-1998 гг.) превышает региональное фоновое. За годы наблюдений содержание этого элемента достоверно снижалось, что связано с отсутствием значимых природных и техногенных источников ТМ.
Концентрация подвижных форм меди приближается к ПДК. В 1994-2004 гг. она превышала величину ОДК, затем происходит снижение этого показателя. Вариабельность показателя по годам исследований очень высока, о чем свидетельствует высокий коэффициент вариации. Снижение меди в 2009-2012 гг. по сравнению с исходными было достоверным.
Степень загрязнения сельскохозяйственных угодий в значительной мере определяется составом и содержанием в почвах радионуклидов. Особое внимание в ходе наблюдений уделялось радиоизотопам цезия и стронция, опасность которых связана с тем, что они являются аналогами калия и кальция и поэтому легко включаются в биологический цикл живых систем. Основной источник их на территории Республики Мордовия -значительная х техногенная авария на Чернобыльской АЭС (1986 г.), в результате которой радиоактивному загрязнению подверглась и часть территории Республики Мордовия. Выбросы электростанций, сжигающих органическое топливо, являются источниками локального радиоактивного загрязнения.
Исходное содержание стронция на исследуемых участках составило 88,8-101,8 Бк/кг (фон 6,2), это объясняется, что в 1986 г. выпали радиоактивные осадки. Необходимо отметить, что интервал изменения показателя высок. За годы наблюдений содержание этого элемента снизилось на 80,5-39,4 % по сравнению с исходным состоянием (табл. 3). В исходной почве содержание цезия составляло 217,3-340,2 Бк/кг. За годы исследований эти показатели снизились в 3,17-1,37 раза. Тренд этих показателей свидетельствует о снижении их содержания в почве. Делая вывод о техногенном происхождении повышенной активности изотопа цезия-137, нужно учитывать сходство факторов почвообразования, которые были отмечены на исследуемых площадках.
Большую опасность представляет поступление в растения радионуклидов, содержание которых в растительной продукции свидетельствует, что о постепенном снижении. В сене многолетних трав количество стронция в 2009-2012 гг. по сравнению с исходной снизилось 7,56 раз, а цезия-137 - 2,51 раза. Тренды этих элементов свидетельствуют о достоверном снижении их на исследуемых площадках (табл. 4). Вместе с тем выявлена взаимосвязь между содержанием радионуклидов в растениях от их
содержания в почве. Например, для реперного участка 10 уравнение зависимости содержания стронция-90 в сене многолетних трав (У) от содержания в почве (Х) имеет вид:
У = -1,91+0,23Х (г=0,49).
Для реперного участка 6 эта зависимость описывается уравнением:
У = -4,43+0,18•Х (г=0,79).
Для цезия-137 эти уравнения соответственно имеют следующий вид:
У = -22.19+0,16Х (г=0,55);
У = -23,7+0,47 Х-0,001 Х2 (г=0,52).
По нашему мнению, в целях улучшения экологической безопасности и повышения экономической эффективности использования подверженных радиации пойменных земель, необходимо для этих земельных массивов разрабатывать проекты внутрихозяйственного землеустройства на агроландшафтной основе. Для этого необходимо учитывать результаты проведенных исследований, конкретные природные условия, экономическое состояние предприятий, организаций, крестьянско (фермерских) хозяйств, занимающихся на этих землях сельскохозяйственным производством [15].
Особое внимание должно быть уделено организации земельных угодий учитывая, что, как правило, на пойменных землях их большое количество и они мелкоконтурные со сложной конфигурацией. Микрозонирование территории, а также, использование полученных результатов, дает возможность провести трансформацию угодий и мероприятия по формированию правильной удобной для использования форм участков, улучшению технического состояния с применением минеральных удобрений и микроэлементов [16].
Одновременно в проекте землеустройства решаются вопросы по организации систем севооборотов, устройству их территории, размещению полей, а также кормовых угодий. В нашем случае исходя из результатов исследований, организации систем севооборотов на подверженных радиации землях, было выявлено, что в основном это травопольные и травопрапошные севообороты с преобладанием многолетних трав [17, 18].
Внедрение разработанных проектов землеустройства в хозяйствах и освоение комплекса мероприятий предусмотренных в них ведет к целенаправленному изменению природных и сельскохозяйственных ландшафтов, пространственно-функциональной структуры природной среды земельного фонда и, как результат, к более рациональной организации территории, улучшению использования и охраны земель.
ВЫВОДЫ
Список литературы
Таблица 1 - Содержание подвижных форм микроэлементов в пахотном слое почве, мг/кг
Годы Бор Молибден Медь Ксоальт Марганец
Показатели Значимость различий по критерию Вилкоксона Показатели Значимость различий по критерию Вилкоксона Показатели Значимость различий по критерию Вилкоксона Показатели Значимость различий по критерию Вилкоксона Показатели Значимость различий по критерию Вилкоксона
Примечание: в числителе - интервал колебаний, в знаменателе - среднее арифметическое
Таблица 2 - Динамика подвижных форм тяжелых металлов в пахотном слое, мг/кг
Эле- Голы РУ 6 РУ 10 ОДК Фон
менты Показатели Значимость различий по критерию Вилкоксона Ур авненне р етр есснн Показатели Значимость различий по критерию Вилкоксона Ур авненне р етр есснн
РЪ 1994-1991 6.8-14.0 8,84±1,34 - У=0,72+6,53Х-1,04Х-& 4.7-14.0 8,9±1,61 - У=-3,89+10,67 -Х-1,7 5Х-1 6,0 1,0
ишш 1,36±0,32
гп 1994-1993 6.3-13.7 9,01±127 - У=11,83-0,94Х 10.7-84.6 2б,98±14,43 - У=24,97-0,67Х 23 0,9
Си 1994-1993 5.5-17.0 3.24=2.2 У=^,0+10,1Х-1,65Х-: 7.1-17.0 9.9=1,8 У=8,6-0,43Х 3,0 0,3
са 1994-1993 0.304) .40 - У=0,35+0,1Х 0.29-0 3 8 - У=0,26+0,03Х - ОДО
Примеч ание: Е числителе — интервал колео аннн. Б знаменател е — ср еднее арифметпч е ско е + ср елнее откл оненые
Таблица 3 - Динамики содержания радионуклидов в пахотном слое Бк/кг
Элементы Годы РУ 6 РУ 10
Показатели Значимость различий по критерию Вилхоксона Коэффициент вариации, % Уравнение регрессии Показатели Значимость различий по критерию Вилхохсона Коэффициент вариации, % Уравнение регрессии
Примечание: в числителе - интервал колебании, в знаменателе - среднее арифметическое - среднее отклонение
Таблица 4 - Содержание радионуклидов в растениях
РУ Годы Строншш-90 Цезии-137
Показа- Уравнение Показа- Уравнение
тели регрессии тели регрессии
РУ 6 1995-2012 0.44-28.2 6:51=2=03 У=15=78-1 = 16Х 1.90-60.2 18=6±4=14 У=38:1-2:43Х
РУ 10 1995-1998 18.1-26.0 22=3=2=3 У=27,13-2:4Х 10.0-72.3 31:05=14Л9 У=-1:8-13Л4Х
