Д.б.н., проф. Ю.П. Демаков, М.И. Майшанова

Поволжский государственный технологический университет, Россия

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ИЗВЕСТКОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ПОЧВУ СОСНОВОГО БИОГЕОЦЕНОЗА.

Введение. Техногенное воздействие человечества на окружающую его среду, резко возросшее во второй половине ХХ столетия, приобрело глобальный характер и крайне негативно сказывается на почвенном покрове. Почва – огромный аккумулятор органического вещества и сосредоточенной в нем солнечной энергии, а также гигантский буфер, поглощающий, нейтрализующий и фильтрующий все загрязняющие вещества, выпадающие с пылью и атмосферными осадками. Несмотря на многочисленные публикации, посвященные проблеме техногенного изменения почв [1-5], крайне слабо изучено воздействие на них выбросов производств силикатного кирпича [6], крайне востребованного в настоящее время в связи с активным градостроительством.

Цель работы – оценка влияния длительного известкового загрязнения среды в зоне воздействия завода силикатного кирпича на физико-химические свойства лесной почвы соснового биогеоценоза.

Объект и методика исследования. Объектом исследования являлся сосновый биогеоценоз, расположенный с северной стороны Марийского завода силикатного кирпича, действующего с 1953 года. Основным компонентом выбросов является пыль известняка. Древостой на объекте чисто сосновый разновозрастный (60+100 лет) II класса бонитета, произрастающий на песчаной слабоподзолистой почве. Тип лесорастительных условий переходный от сухого к свежему бору (А_1-2 ). В данном биотопе на разном удалении от завода было заложено семь учетных лент, на каждой из которых проведена оценка почвы. Полевые исследования почвы проводили согласно ОСТ 56-81-84. В зоне максимального загрязнения (80 м от завода) и на фоновом участке (1500 м) были заложены почвенные разрезы до глубины 1,5 м и проведено их морфологическое описание. На остальных лентах, находящихся на расстоянии 110, 190, 280, 340 и 390 м от источника загрязнения, сделано по пять прикопок, расположенных способом конверта. Образцы почвы для определения ее физико-химических показателей брали по профилю пошагово предварительно убрав подстилку из слоев 0-5, 20-25, 40-45, 60-65, 80-85 и 95-100 см (на прикопках из слоев 0-5 и 20-25 см). Для определения физико-химических свойств почв использовали стандартные методики. Гранулометрический состав исследовали на лазерном анализаторе размера частиц «ANALYSETTE 22» MicroTecPlus. Содержание зольных элементов в почве определяли на атомно-абсорбционном спектрометре AAnalyst 400 с использованием программного обеспечения «WinLab32 AA Flame». Пробоподготовку образцов и процедуру химического анализа проводили по методике ФЦАО [7]. Цифровой материал обработан на ПК с использованием стандартных методов математической статистики.

Результаты и обсуждение. Длительные аэральные выбросы завода силикатного кирпича, как показали исследования, привели к существенному изменению почвенного покрова в сосновом биогеоценозе. Так, на фоновом участке почва дерново-среднеподзолистая песчаная на древнеаллювиальных песках, элювиальный горизонт которой имеет бурую окраску, а с глубины 36 см плавно переходит в материнскую породу (рис 1). В зоне же наиболее сильного известково-стронциевого загрязнения подстилка более мощная и образовался новый карбонатно-техногенный горизонт серой окраски, под которым погребен прежний гумусовый слой. Окраска всего профиля почвы сменилась на серые тона, свидетельствующая о восстановлении в щелочной среде окисного железа и вмывании органических веществ. Изменение морфометрической структуры почвы под влиянием известкового загрязнения связано, прежде всего, с существенным изменением ее гранулометрического состава. Так, если на фоновом участке преобладают (от 63,7 до 72,6 %) частицы размером более 0,25 мм, то в зоне наибольшего загрязнения их доля резко снижается, особенно в верхних горизонтах почвы. Здесь на глубине до 5 см преобладают (44,4 %) лессовидные частицы и довольно много фракции мелкого песка (37,9 %), а на долю крупного и среднего песка приходится всего лишь 2,5 %. На глубине 20-25 см доля крупного и среднего песка вновь резко возрастает (54,5 %), а доля физической глины и лесса уменьшается. На глубине 40-45 см в результате процесса вмывания отмечается обратный процесс, приводящий к небольшому возрастанию доли частиц менее 0,01 мм. Далее вниз по профилю почвы доля частиц размером более 0,25 мм увеличивается и приближается по своим значениям к фоновому участку, но даже на глубине 100 см не достигает их.

Рис. 1 - Профиль почвы на фоновом участке (слева) и в зоне наиболее сильного загрязнения на ПП-1

Гранулометрический состав почвы четко изменяется по градиенту известкового загрязнения. Так, по мере удаления от завода в слое почвы 0-5 см происходит постепенное увеличение доли крупного и среднего песка, доля же всех фракций пыли и илистых частиц снижается. Известковое загрязнение, следовательно, приводит к изменению гранулометрического состава песчаных почв в сторону улучшения их лесорастительных свойств и повышения плодородия. Характер изменения доли мелкого песка описывается куполообразной кривой с максимумом на расстоянии 180 м от завода. Почва в слое до 5 см изменяется по градиенту загрязнения от рыхло-песчаной на фоне до супесчаной у завода. Изменения гранулометрического состава слоев почвы глубже 20-25 см менее выражены.

Под влиянием выбросов завода силикатного кирпича произошли значительные изменения физико-химических параметров почв, что было отмечено исследователями [6] еще 15 лет назад. Так, в зоне наибольшего загрязнения увеличилось по сравнению с фоном почти по всему почвенному профилю содержание органического вещества, а также связанных с этим значений рН, обменных оснований, особенно кальция, и степени насыщенности ими. Значение же гидролитической кислотности почвы под влиянием известкового загрязнения заметно снизилось, а содержание подвижных форм фосфора и калия изменилось очень слабо. Значения практически всех физико-химических параметров верхних горизонтов почв, где произошла наибольшая их модификация, закономерно изменяются по градиенту загрязнения. В слое почвы до 5 см по мере удаления от завода происходит постепенное уменьшение содержания органики (от 16,2 до 1,4%), обменного кальция (от 2,6 до 0,9 мг∙экв./100 г) и магния (от 0,7 до 0,1 мг∙экв./100 г), а также значений степени насыщенности основаниями (от 95 до 64%). Содержание подвижных форм фосфора и калия изменяется по градиенту загрязнения куполообразно с максимумом на расстоянии 190-200 м от завода. Значения же гидролитической кислотности этого слоя почвы по градиенту загрязнения практически не изменяются. Значения многих химических показателей в слое почвы 20-25 см изменяются по градиенту загрязнения куполообразно с максимумом на расстоянии 180-220 м от завода, что связано, вероятно, с работой в прежние годы менее эффективных пылеуловителей, обусловивших мощное выпадение аэральных выбросов именно в этой зоне.

Еще более значительно под влиянием выбросов изменилось валовое содержание в верхних слоях почвы многих зольных элементов (табл. 1), концентрация которых в зоне наибольшего загрязнения увеличилась по сравнению с фоном многократно. Особенно сильно возросла концентрация кальция (в 341,4 раза!), как основного загрязнителя, а также хрома и стронция, на фоновом участке не обнаруженных. В слоях почвы глубже 20 см концентрация элементов резко падает до уровня фонового участка или даже ниже его.

Таблица 1. - Содержание зольных элементов в почве на фоновом участке и в зоне максимального загрязнения

Элемент	Содержание зольных элементов на различной глубине, мг/кг
	0-5 см	20-25 см	40-45 см	60-65 см	80-85 см	95-100 см
Фоновый участок, 1500 м
Са	451,5	531,3	72,4	115,5	110,2	116,0
Fe	547,3	749,6	538,8	489,1	475,8	446,7
К	28,36	50,38	54,96	61,89	63,26	54,39
Мn	32,02	4,78	9,40	7,01	7,27	6,43
Zn	1,72	4,28	1,66	4,86	1,71	3,13
Рb	0,80	0,66	0,53	0,58	0,55	0,59
Со	0,31	0,32	0,32	0,30	0,30	0,29
Ni	0,19	0,53	0,76	0,52	0,57	0,62
Сu	0,19	0,17	0,16	0,19	0,17	0,11
Cd	0,10	0,09	0,13	0,13	0,13	0,13
Зона максимального известкового загрязнения, 80 м
Са	154142,7	82,1	183,0	108,5	132,8	130,0
Fe	3044,8	314,8	496,7	586,9	372,6	314,6
К	347,50	55,13	101,40	125,90	55,03	48,52
Мn	50,49	2,12	3,82	4,92	2,53	2,06
Cr	30,88	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
Sr	24,97	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
Zn	17,48	1,13	2,15	1,82	0,88	0,75
Рb	9,52	0,65	0,94	0,85	0,62	0,67
Со	4,10	0,23	0,40	0,43	0,26	0,21
Ni	2,60	0,27	0,60	1,30	1,09	0,28
Сu	4,52	0,00	0,19	0,32	0,18	0,21
Cd	1,37	0,10	0,13	0,13	0,14	0,14

Содержание всех зольных элементов в верхних горизонтах почвы закономерно изменяется, как показали расчеты, по градиенту загрязнения, что аппроксимируют с высокой точностью соответствующие уравнения регрессии. Особенно значительные изменения происходят в слое почвы до 5 см: концентрация всех металлов, кроме марганца, здесь возрастает по мере увеличения загрязнения почвы. В более глубоких слоях почвы характер изменения концентрации элементов иной.

Заключение. Длительное воздействие выбросов завода силикатного кирпича привело к изменению морфометрической структуры песчаных почв, их гранулометрического состава, физических и химических параметров в сторону улучшения лесорастительных свойств. Хотя изменения затронули в основном верхний слой почвы, но окраска всего профиля почвы сменилась на серые тона, что свидетельствует о восстановлении в щелочной среде окисного железа и вмывании органических веществ. Под влиянием богатых основаниями пылевых выбросов в почвах прекратился процесс подзолообразования. Негативным моментом является привнос с выбросами соединений стронция, хрома и кобальта.

Список литературы

1. Армолайтис, К.Э. Влияние выбросов цементного завода на физико-химические свойства лесных почв / К.Э. Армолайтис, М.В. Вайчис, Л.В. Кубяртавичене, А.Д. Рагуотис // Почвоведение. - 1995. – №9. – С. 1160-1165.

2. Шелухо, В.П. Изменение сосновых биогеоценозов зоны широколиственных лесов при хроническом воздействии веществ щелочного типа / В.П. Шелухо: Автореф. дисс. … док. с.-х. наук. – Брянск: БГИТА, 2003. – 34 с.

3. Ладонин, Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах – проблемы и методы изучения / Д.В. Ладонин // Почвоведение. – 2003. –№6. – С. 682-692.

4. Чжан, С.А. Исследование почв территории промышленного воздействия / С.А. Чжан, О.А. Пузанова // Системы. Методы. Технологии. – 2007. – №1. – С. 93-96.

5. Воробейчик, Е.Л. Влияние отдельных деревьев на рН и содержание тяжелых металлов в лесной подстилке в условиях промышленного загрязнения / Е.Л. Воробейчик, П.Г. Пищулин // Почвоведение. – 2009. – №8 – С. 927-939.

6. Сабиров, А.Т. Мониторинг лесных земель: Учебное пособие / А.Т. Сабиров, А.Х. Газизуллин – Йошкар-Ола: МарГТУ, 1996. – 72 с.

7. Методика выполнения измерений валового содержания меди, кадмия, цинка, свинца, никеля, марганца, кобальта, хрома методом атомно-абсорбционной спектроскопии. – М.: ФГУ ФЦАО, 2007. – 20 с.