Агроэкологический мониторинг сельскохозяйственных угодий

1. Агроэкологический мониторинг сельскохозяйственных угодий

1. Цели  и задачи агроэкологического мониторинга

        Агроэкологический мониторинг представляет  собой наблюдение за состоянием  окружающей среды без вмешательства.

    Цель  экологического мониторинга заключается в следующем:

    1) наблюдение за происходящими в окружающей природной среде химическими, биологическими, физическими процессами, а также за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов и последействием его влияния на растительный и животный мир;

2) обеспечение заинтересованных организаций и населения текущей и экстремальной  информацией об изменениях в окружающей природной среде, а также прогнозирование ее состояния.

    Задачи  экологического мониторинга:

1. Организация систематических наблюдений за изменениями биосферы;
2. Оценка наблюдаемых изменений и выявление антропогенных явлений;
3. Прогноз и определение тенденций в изменении биосферы.

2. Методика  агроэкологического мониторинга

     Согласно  методике отбора проб обследуемая территория делится на элементарные участки правильной формы размером 1-2 га. Каждый элементарный участок характеризуется одним смешанным образцом, составленным из 15-20 индивидуальных образцов, отобранных по методу конверта. Чтобы дополнить результаты изучения почвенного покрова данными по профильному распределению анализируемых элементов, закладывается почвенный разрез и производится отбор образцов послойно (из слоев 0-20, 20-40, 40-60, 60-80,80-100 см).

     Образцы почвы для анализа просушивают  до воздушно-сухого состояния, растирают и просевают через сито. Затем образцы анализируют на содержание гумуса, подвижного фосфора и обменного калия, минерального азота и микроэлементов. Проводят оценку физико-химических показателей: обменная и гидролитическая кислотность,  сумма поглощенных оснований, степень насыщенности почв основаниями.  Кроме того, определяют основные элементы – загрязнители: тяжелые металлы в валовых и подвижных формах.

     Одним из основных блоков – компонентов  агроэкосистем являются растения. В процессе мониторинга фиксируют как количество, так и качество урожая. Растительные образцы отбираются в местах закладки полуям, после чего проводится анализ на содержание нитратов и тяжелых металлов в продукции растениеводства.

     Наряду  с изучением химического состава  почв и растений в процессе агроэкологического мониторинга проводят анализ грунтовых, снеговых и дождевых вод.

     Грунтовые воды отбираются в ближайших к  реперным участкам колодцах или родниках. Дождевые воды собираются в емкости на реперном участке в июле, а пробы снега отбирают в начале снеготаяния. Воду анализируют на кислотность, содержание сульфат - и нитрат-ионов, тяжелые металлы.

     По  данным обследования составляют почвенные  и агрохимические очерки, в которых  дают всестороннюю характеристику реперного  участка и рекомендации по его улучшению. 

3. Характеристика  объекта исследования

    Реперный  участок расположен в лесостепной зоне и относится к среднерусской лесостепной провинции Кстовского района Нижегородской области. Номер реперного участка – 4, площадь – 55 га.

    Географические  координаты:  широта – 56° 01′

     долгота – 44° 20′

    Реперный  участок, расположенный на территории ОАО «Новоликеевское» Кстовского района Нижегородской области разделён на 28 элементарных участков, на которых проводится отбор проб воды и растительной продукции, а также почвенных образцов.

1. Климатические условия

По климатическим  условиям Кстовский район входит в агрорайон, который относится к умеренно-тёплым, с безморозным периодом 130–135 дней. Последний весенний заморозок отмечается около 10 мая, а первый осенний – 30 сентября, продолжительность удержания снежного покрова 140–145 дней. Среднегодовая температура воздуха 3,2⁰С, сумма среднесуточных температур больше 10⁰ – 2080, годовое количество осадков 467 мм, количество осадков за вегетационный период 240 мм.

2. Топографические условия

      Кстовский район относится к Приволжской возвышенности. Эта территория сильно рассечена реками, балками, оврагами, рельеф крупно-увалистый. Увалы имеют абсолютные высоты до 160–200 м, а относительные – до 50–100 м. Склоны увалов длинные, составляющие  1–3 км и более. Преобладают выпуклые склоны. Экспозиция уклона 1–2⁰.

3. Почвенные условия

    Почвообразующими  являются лессовидные суглинки, которые  очень легко подвергаются разрушению водой. На всей территории агрорайона доминируют серые и светло-серые лесные легкосуглинистые и среднесуглинистые почвы.

4. Тип землепользования

    Тип хозяйства – акционерное общество. Основное направление земледелия – производство кормовых культур (зернофуражных, многолетних и однолетних трав), что хорошо увязывается с защитой почв от эрозии и стимулирует развитие интенсивного животноводства. 

5. Потенциальные источники загрязнения

    Вблизи  реперного участка находятся  следующие потенциальные источники загрязнения:

    1) нефтеперерабатывающий завод (дистанция  – 4000 м), – загрязнение нефтью и продуктами её переработки;

    2) животноводческая ферма (дистанция – 800 м), – загрязнение органическими веществами, а также оксидами азота и углерода;

    3) федеральная трасса Москва–Казань  (дистанция – 3000 м), – загрязнение тяжёлыми металлами и их соединениями, а также нефтепродуктами;

    4) склады минеральных удобрений  (дистанция – 3000 м);

    5) свалка (дистанция – 100 м). 

1.4  Результаты проведенного агроэкологического мониторинга

1.4.1  Характеристика почв

     Для более детального исследования почвенного покрова и оценки распределения по профилю анализируемых элементов на реперном участке закладывается почвенный разрез и производится отбор образцов послойно (из слоев 0-20, 20-40, 40-60, 60-80,80-100 см). Реперный участок расположен на светло-серых лесных почвах,  агрохимическая характеристика профиля которых представлена в таблице 1.

     Таблица 1

Агрохимическая  характеристика метрового слоя почвы

     Анализ  отобранных образцов (послойно) из разреза  показал, что значение обменной кислотности в горизонте А_п и А₂В равно 7,0 единицам рН, то есть исследуемая почва характеризуется нейтральной реакцией среды. Необходимо отметить, что данное значение обменной кислотности не соответствует рН_KCl для естественных аналогов рассматриваемых почв, так же как и распределение кислотности по профилю (Кауричев И.С., 1969). Гидролитическая кислотность находится в пределах значений, характерных для естественных аналогов.

     Содержание  подвижных форм фосфора характеризовалось  как очень высокое, а с глубиной профиля содержание фосфора уменьшается, и лишь в горизонте ВС его содержание увеличивается в 2,4 раза по сравнению с пахотным горизонтом. Содержание гумуса в пахотном горизонте исследуемой почвы составляет 1,6%, что характерно для аналогов светло-серых почв (Кауричев И.С., 1969). С глубиной содержание гумуса постепенно снижается.

      Таким образом, можно отметить, что почвенный покров реперного  участка практически не подвергся антропогенному воздействию, а увеличение содержания фосфора и повышения рН в горизонтах, близких к материнским породам связано с тем, что данные почв образовались на лессовидных суглинках, в состав которых входят карбонаты и фосфаты.

1.4.1.1 Характеристика почвенных разрезов

     Почвенный разрез был заложен  на реперном участке весной 2007 года, где возделываемой культурой  являлся рапс.

  А_п (0–22) – пахотный слой тёмно-коричневого цвета,                                                                        легкосуглинистого гранулометрического состава, бесструктурный, присутствуют затёки красного цвета.

A₂B (22–28) – элювиально-иллювиальный горизонт красно-коричневого цвета, легкосуглинистого механического состава, комковатой структуры.

B₁ (28–32) – иллювиальный горизонт розово-коричневого цвета, ореховато-комковатой структуры, среднесуглинистого механического состава, присутствуют затёки чёрного цвета.

B₂ (32–59) – иллювиальный горизонт белёсого цвета, среднесуглинистого механического состава, с затёками гумуса и конкрециями розовой краски.

BC (59–120) – горизонт жёлто-оранжевого  цвета, тяжелосуглинистого механического  состава, с гумусовыми вкраплениями, ореховато-комковатой структуры, присутствует прослойка из мелких камней.

     Заключение: светло-серая лесная остаточно-карбонатная на лессовидных суглинках.

Таблица 2

Агрохимическая  характеристика полуямы

    Согласно данным таблицы 2 можно сказать, что обменная кислотность почвы по всему профилю характеризуется нейтральной реакцией среды, гидролитическая кислотность практически не изменяется с глубиной, а вот сумма обменных оснований и емкость поглощения почвы увеличиваются вниз по профилю. Содержание фосфора снижается вниз по профилю с 332 до 228 ^мг/_кг.

Характеристика  горизонтов

    А_п (0–20) – пахотный слой светло-коричневого цвета, пронизан корнями растений, легкосуглинистого механического состава, ореховато-комковатой структуры, содержание гумуса составляет 2–3%.

    A₂B (30–40) – гумусово-иллювиальный горизонт тёмно-коричневого цвета, содержание гумуса примерно 1%, серые рыхлые включения пластинчатой структуры.

    B (40–55) – иллювиальный горизонт  рыжего цвета, содержание гумуса  – 1%, среднесуглинистого механического  состава, ореховатой структуры

    Реперный  участок для полного детального агроэкологического обследования разбивается на 28 квадратов и в каждом из них проводится анализ агрохимических показателей.

Таблица 3

Агрохимическая  характеристика пахотного горизонта                                                (28 элементарных участков))

    По результатам агрохимического обследования можно сказать, что почвенный покров реперного участка сильно неоднороден, это видно из достаточно разбросанных значений агрохимических показателей. Так, показатель обменной кислотности изменяется  от 4,90 (кислая реакция среды) до 7,40 (щелочная) единиц рН. Широкая пестрота показателей почвенного покрова вероятнее всего объясняется неравномерным внесением удобрений, а также припахиванием нижлежащего горизонта (A₂B) на уклонах реперного участка. Согласно усредненным показателям можно сказать, что почвенный покров реперного участка характеризуется близкой к нейтральной реакцией среды, небольшим показателем гидролитической кислотности, и высокой степенью насыщенности почв основаниями и содержанием фосфора. 

    1.4.1.2.  Агроэкологическая характеристика  почвы

Таблица 4

Агрохимическая  характеристика почвенного профиля по годам

     На  момент начала наблюдений (2002 год) значение обменной кислотности было равно 5,6 единиц рН, а к 2005 она увеличилась до 6,0 единиц рН. Гидролитическая кислотность колеблется по годам от 2,1 до 1,5 мг-экв/100 г почвы. Однако следует отметить низкое содержание обменных кальция и магния.

     Содержание  подвижных форм фосфора характеризуется по всем годам как высокое, только в 2005 году его содержание снизилось до 191 мг/кг почвы, а  содержание калия систематически снижается по годам. С глубиной профиля содержание фосфора  и калия уменьшается, что соответствует естественному их распределению по профилю (Кауричев И.С., 1969). Таким образом, в результате оказываемого на почву сельскохозяйственного воздействия, в отношении рассматриваемых элементов возникли специфические свойства, а именно достаточно высокое содержание фосфора и нейтральная реакция среды.

     Данные  таблицы 4 показывают, что для содержания гумуса характерны сравнительно невысокие колебания. Наибольшее значение (1,6%) содержание гумуса приобретает в 2003 г., наименьшее (1,4%) – в 2002 и 2005г. Значительное варьирование агрохимических показателей по годам связано, прежде всего, с внесением минеральных и органических удобрений, а также возделывание ежегодно различных сельскохозяйственных культур.

     В настоящее время одним из наиболее распространенных следствий антропогенного воздействия человека на экосистемы является загрязнение природных сред тяжелыми металлами. По данным таблицы 5 можно отметить постепенное снижение содержания валовых форм меди, цинка, никеля, хрома и железа по годам. При этом также необходимо добавить, что концентрации металлов ни в одном году не превысили установленных санитарно-гигиенических нормативов (ОДК).

    Снижение  валовых форм элементов вероятнее  всего можем связать с тем, что в последние годы снизилось внесение органических и минеральных удобрений, являющихся потенциальными источниками поступления в почву тяжелых металлов, а также тем, что часть валовых форм тяжелых металлов перешла в подвижную и следовательно могли быть вынесены с поля вместе с биомассой сельскохозяйственных культур.

    Таблица 5

Профильное  распределение валовых форм тяжелых  металлов по годам

    Таким образом, агроэкологическая оценка реперного участка за 2002-2005 годы показала, что почвенный покров практически  не изменяется по агрохимическим показателям, а вот по содержанию валовых форм тяжелых металлов наблюдается твердая тенденция к их снижению. 

1.4.2 Химический состав грунтовых вод и осадков

      Антропогенная деятельность прямо или косвенно влияет на все компоненты агроэкосистемы, при этом оказывая особенно интенсивное воздействие на гидрологическую составляющую. Химический состав грунтовых и дождевых вод в динамике представлен в таблице 6 и 7. 

Таблица 6

Химический  анализ грунтовой воды по годам

      *Данные по ПДК взяты по нормативам качества питьевой воды

      Данные  таблицы свидетельствуют, что грунтовые  воды нейтральные с рН около 7,0. Однако за анализируемый период произошел скачек увеличения   до 7, 6 единиц рН в 2002 году. Тяжелые металлы, нитраты и  сульфаты присутствуют в количествах, не превышающих санитарно-гигиенические нормы (ПДК).

      Атмосферный воздух является начальным звеном в  цепочке загрязнений природных сред, поэтому при проведении мониторинга необходимо учитывать и состав атмосферных осадков.

Таблица 7

Анализ  дождевой воды по годам