Динамика кислотности почв Павловского района и ее действие в период с 2006 по 2009 год

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технической политики и образования

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального  образования

Нижегородская государственная  сельскохозяйственная академия

КУРСОВАЯ РАБОТА

по экологическому мониторингу

на тему:

«Динамика кислотности почв Павловского района и ее действие в период с 2006 по 2009 год »

              Выполнила:

студентка 5 курса, 32 группы

факультета почвоведения, агрохимии и агроэкологии

Малафеева Я.О.

Проверил:

Овчинников А.А.

Нижний Новгород,

2011 год

Содержание:

Введение…………………………………………………………………..3

1. Агроэкологический мониторинг……………………………………………...5

1.1. Понятие агроэкологического мониторинга………………………………..5

1.2.Основные цели и задачи экологического мониторинга…………………...8

1.3. Классификация систем мониторинга………………………………………9

1.4. Агроэкологический мониторинг в Нижегородской области……………12

1.5. Методика проведения агроэкологического мониторинга…………….…17

2. Характеристика объекта исследования…………………………………..…21

2.1. Топографические условия…………………………………………………21

2.2. Климатические условия……………………………………………………21

2.3. Почвенные условия…………………………………………………………22

2.4. Тип землепользования……………………………………………….……..23

2.5. Потенциальные источники загрязнения…………………………………..23

3. Результаты проведенного агроэкологического мониторинга…………...…24

3.1.  Характеристика почвы…………………………………………………..…24

3.2. Характеристика урожая……………………………………………………26

3.2.1. Количественные характеристики урожая……………………………….26

3.2.2. Качество урожая………………………………………………………….27

Заключение…………………………………………………………....…29

Список использованной литературы……………………………….….32

Введение

Интенсивное воздействие человека на природу, негативные, часто необратимые последствия этого воздействия обусловливают необходимость глубокого и всестороннего анализа проблемы взаимодействия общества и природы. Такой анализ в настоящее время осуществляется в рамках природопользования. Рациональное природопользование предполагает управление природными процессами, т.е. запрограммированное воздействие на природные объекты с целью получения определенного хозяйственного эффекта.

Чтобы управление было достаточно эффективным, необходимо иметь данные о динамических свойствах этих объектов, их изменении в результате антропогенного воздействия, предвидеть последствия вмешательства человека в ход естественных процессов.

Управление природными процессами должно опираться на надежную и достоверную информацию о прошлых, настоящих и будущих состояниях природных и природно-антропогенных систем.

Для выявления изменений состояния биосферы под влиянием деятельности человека необходима система наблюдений. Такую систему в настоящее время общепринято называть мониторингом. Мониторинг включает следующие основные направления деятельности:

-наблюдения за факторами, воздействующими на окружающую природную среду и за ее состоянием;

-оценку фактического состояния природной среды;

-прогноз развития состояния природной среды и оценку этого развития.

Таким образом, мониторинг - это система наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды, не включающая управление качеством окружающей среды, но дающая необходимую информацию для такого управления и выработки инженерных методов защиты окружающей среды.

Мониторинг может охватывать как локальные районы, так и земной шар в целом (глобальный мониторинг).

Чтобы обеспечить эффективную оценку и прогноз, мониторинг должен включать наблюдения за источниками загрязнения, загрязнением природной среды и следствиями от этого загрязнения.

В данной курсовой работе проводится оценка, сравнение и анализ результатов локального мониторинга, проводимого на реперных участках Павловского района Нижегородской области за период с 2006 по 2009 год, а также интерпретация полученных данных по мониторингу.

1. Агроэкологический мониторинг

1.1. Понятие агроэкологического мониторинга

Состояние природной среды подвержено непрерывным изменениям. Эти изменения носят различный характер, различны по своей направленности и величине, неравномерно распределены в пространстве и во времени.

Естественные, природные изменения состояния биосферы обладают весьма важной особенностью - в экосистемах большого масштаба и осреднении в большом интервале времени изменения происходят, как правило, около некоторого среднего, относительно постоянного уровня состояния. В качестве примера можно привести относительное постоянство климатических характеристик крупных регионов. природного состава различных сред. характера круговорота веществ в природе, глобальной биологической продуктивности, состояния крупных экологических систем.

Эти средние значения могут существенно изменяться лишь в течение длительных интервалов времени (измеряемых многими тысячами лет) Исключения составляют изменения, вызванные стихийными бедствиями катастрофического характера (извержения вулканов, землетрясения, ураганы). Однако такие изменения носят относительно локальный характер.

Совсем другой особенностью обладают антропогенные изменения состояния природной среды, которые стали особенно значительными в последние десятилетия в связи с большой технической и энерговооруженностью человека. Антропогенные изменения приводят в отдельных случаях к резкому, быстрому изменению среднего состояния природной среды в данном регионе. Такие    изменения    могут    быть подразделены на намеренные и ненамеренные. К намеренным антропогенным изменениям состояния природной среды можно отнести существенные изменения, направленные на удовлетворение потребностей человеческого общества, - разработка сельскохозяйственных угодий, мелиорация земель, строительство городов и поселков. К ненамеренным, негативным изменениям состояния природной среды можно отнести обеднение крупных массивов земель, гибель или существенную транс формацию экосистем крупных озер, загрязнение Мирового океана нефтепродуктами.

Негативные результаты антропогенных воздействий, как правило, в связи с ошибками в технической политике, слабой изученностью эффектов антропогенного воздействия, использования природной среды в качестве рассеивателя вредных веществ и полигона их захоронения.

В сложившейся ситуации представляется чрезвычайно важной (как для незамедлительных практических действий, так и для планирования на длительную перспективу) организация контроля состояния природной среды. ее непрерывных изменений и определение тенденций в ее изменениях

Контроль необходим как за естественными изменениями состояния окружающей природной среды, так и за изменениями, вызванными антропогенными воздействиями, накладывающимися на естественные изменения, а иногда и усиливаемые ими.

Контролем естественных изменении состояния природной среды уже многие годы занимаются различные геофизические службы -метеорологические, гидрологические, агрометеорологические, службы наблюдения за состоянием морей и океанов и другие.

В связи с необходимостью выявить антропогенные изменения состояния природной среды возникла потребность в организации системы мониторинга - специальной системы наблюдения и анализа состояния природной среды, в первую очередь загрязнений и эффектов, вызываемых ими в биосфере.

Моnitoring (англ.) - это слежение за каким-то объектом или явлением.

Экологический мониторинг - многоцелевая иерархическая система, включающая повторяющиеся наблюдения, опенку и прогноз антропогенных изменении состояния экосистем.

Термин    "мониторинг" появился    перед    проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм. 5-16 июня 1972 г.). Первые предложения по поводу такой системы были разработаны экспертами специальной комиссии Научного комитета по охране окружающей среды в 1971 году.

Первое межправительственное совещание по мониторингу было созвано в Найроби (Кения, февраль 1974 г.) из котором были изложены основные положения и пели программы глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС). На совещании был определен список приоритетных загрязнителей для их учета при организации мониторинга, было решено также установить контроль за параметрами, необходимыми для интерпретации результатов измерения загрязнении. Совещание высказалось за то. чтобы международное сотрудничество по организации глобального мониторинга строилось на основе существующих национальных и международных систем.

Следует отметить, что система мониторинга антропогенных изменений природной среды не является какой-то новой системой, которая требует организации новых наблюдательных станций, линий телекоммуникаций, центров обработки данных и т.д. Она входит составной частью в универсальную систему наблюдений и контроля состояния природной среды систему уже достаточно развитую во многих странах.

В каждой стране система комплексного мониторинга базируется на существующих системах наблюдения, нередко отражающих в какой-то мере организационную структуру управления хозяйством в данной стране, однако важнейшие черты мониторинга в различных странах должны быть одинаковыми, должна быть единой концепция мониторинга, включая осуществление наблюдений, опенку и прогноз среды, унификацию измерений, единое определение приоритетности при наблюдениях, критерии оценки за состоянием окружающей среды.

1.2.Основные цели и задачи экологического мониторинга

Целью современного экологического мониторинга является создание основы для зашиты окружающей среды и содействие формированию высоко продукти Основными задачами системы мониторинга являются:

1) наблюдение       за   факторами,       воздействующими   на окружающую природную среду, и за состоянием среды;

2) оценку фактического состояния природной среды;

3) прогноз состояния окружающей природной среды и оценку этого состояния.

Выполнение этих задач позволяет исполнительным органам получать информацию, необходимую для:

планирования мероприятий по снижению загрязнения, выделения приоритетных сфер деятельности, контроля и оценки эффективности осуществления природоохранных мер;

- разработки временных мер по сокращению загрязнения в тех районах, где оно достигло опасного уровня;

- проверки соблюдения норм и стандартов качества природного объекта;

- получения данных для проведения научных исследований, в частности, изучения влияния загрязняющих веществ на здоровье человека;

- введения соответствующих законодательных актов.

При организации систем мониторинга очень важным является экономический аспект: мониторинг ради самого мониторинга не имеет смысла. поэтому основное значение должно придаваться мониторингу, способному продемонстрировать, в какой степени удовлетворяются цели политики защиты окружающей среды.

До недавнего времени в мире господствовала политика экологической безопасности, основанная на следующих положениях:

- воздействие техногенных факторов опасности на организм человека имеет пороговый характер, т.е. биологический эффект от воздействия проявляется в организме только при концентрациях токсичных и радиоактивных веществ в окружающей среде, превышающих ПДК; вной системы "человек-природа''.

- человек является наиболее чувствительным к опасностям объектом в биосфере и поэтому, если защищен человек, защищена природная среда.

При таких подходах мониторинг состояния окружающей среды является больше контролирующим мероприятием, поскольку для реализации такой политики, как правило, достаточно органов технологического контроля на предприятиях и служб здравоохранения.

В последние годы показано, что такая политика неоправданна. Малые концентрации многих веществ, особенно в определенных сочетаниях. могут вызвать гораздо большие нарушения, чем большие концентрации. А человек является не самым чувствительным элементом биосферы. Работы последних лет показали, что гигиенические нормы ПДК недостаточны и в большинстве случаев завышены, так как они не обеспечивают сохранение и выживание многих видов живых организмов (лишайники, хвойные породы деревьев и др.).

1.3. Классификация систем мониторинга

Системы мониторинга традиционно разбиваются на подсистемы по средам и территориям.

Комплексный мониторинг проводится повсеместно в целях объединения ряда программ различных типов мониторинга для всесторонней оценки некоторых проблем загрязнения окружающей среды:

1) глобальных, т.е. воздействующих на большую часть земной поверхности; примером может служить эффект выделения углекислого газа и хлорфтор)тлеродов;

2) региональных, т.е. воздействующих на соседние группы стран. например трансграничный перенос загрязняющих веществ по воздуху и рекам, загрязнение морей, вырождение тропических лесов;

3) локальных, т.е. относящихся к сравнительно небольшой территории.

На основе характера изменения состояния земель различают фоновый и импактный мониторинги, а по происхождению изменения состояния земель они подразделяются на эволюционные, цикличные, антропогенные и чрезвычайные ситуации. В зависимости от сроков и периодичности проведения наблюдения за состоянием земель мониторинги подразделяются на базовые, периодические, оперативные, ретроспективные.

Мониторинг земель является составной частью общего мониторинга за состоянием окружающей природной среды

Мониторинг земель призван выполнять базовую, связующую роль всех других мониторингов и кадастров природных ресурсов. Объектом мониторинга земель являются все земли Российской Федерации независимо от форм собственности на землю, целевого назначения и характера использования.

Мониторинг земель имеет подсистемы, соответствующие категориям земель:

               сельскохозяйственного назначения;

               населенных пунктов;

               промышленности, транспорта, связи, радиовещания, телевидения, информатики и космического обеспечения, энергетики, обороны и иного назначения;

               природоохранного, природно-заповедного, оздоровительного, рекреационного и историко-культурного назначения;

               лесного фонда;

               водного фонда;

               запаса.

Кроме того в систему государственного  мониторинга земель входят: мониторинг правового режима земель; мониторинг экономического состояния земель.

В процессе мониторинга проводятся систематические, комплексные наблюдения, изыскания, обследования, съёмки. Выявляются изменения и правонарушения, связанные с загрязнением, заражением и иными видами деградации земель. Производится оценка состояния землепользования, угодий, полей, участков, процессов, связанных с изменением плодородия почв, их загрязнения пестицидами, тяжёлыми металлами, радионуклидами, другими токсичными веществами. Результаты мониторинга земель  выражаются точными количествами показателями за определённый период. Перечисленные и иные данные мониторинга служат доказательством при привлечении нарушителей к ответственности.

Мониторинг ведётся также для изучения экологического состояния других природных ресурсов: вод, атмосферного воздуха, лесного фонда и др.

Содержание мониторинга земель составляют систематические наблюдения (съемки, обследования и изыскания) за состоянием земель, выявление изменений и оценка:

               состояния землепользовании, угодий, полей, участков;

               процессов, связанных с изменением плодородия почв (опустынивание, развитие водной и ветровой эрозии, потери гумуса, ухудшение структуры почв, заболачевание и засоление), зарастанием и закустариванием сельскохозяйственных угодий, загрязнением земель пестицидами, тяжелыми металлами, радионуклидами, другими токсичными веществами;

               состояния береговых линий рек, морей, озер, заливов, водохранилищ, лиманов, гидротехнических сооружений;

               процессов, вызванных образованием оврагов, оползнями, селевыми потоками, землетрясениями, карстовыми, криогенными и другими явлениями;

               состояния земель населенных пунктов, объектов нефте- и газодобычи, очистных сооружений, навозохранилищ, свалок, складов горюче-смазочных материалов, удобрений, стоянок автотранспорта, мест захоронения токсичных промышленных отходов и радиоактивных материалов, а также других промышленных объектов.

1.4. Агроэкологический мониторинг в Нижегородской области

В административных районах Нижегородской области мониторинг состояния почвенного плодородия сельскохозяйственных угодий проводится специалистами ФГУ ЦАС «Нижегородский» с 1964 года.

Задачами отдела ФГУ ЦАС «Нижегородский» агроэкологического мониторинга почв

- проведение агрохимического и агроэкологического обследования почв земель сельскохозяйственного назначения;

- мониторинг плодородия почв;

- учет и систематический анализ агрохимических и агроэкологических показателей плодородия почв;

- ведение банка данных с внесением параметров мониторинга и обновлением атрибутивной информации;

-   прогноз изменений показателей плодородия;

- разработка рекомендаций и планирование мероприятий по эффективному использованию земель и устранению негативных последствий;

- подготовка документов по результатам проведения агрохимического и агроэкологического обследования почв и вручение их руководителям хозяйств и управлений сельского хозяйства административных районов области;

- подготовка плановой картографической основы для хозяйств в любом масштабе с нанесением необходимой информации и агрохимических картограмм;

Исходя из данных результатов агроэкологического мониторинга реперного участка Павловского района можно проследить тенденцию повышения кислотности почвенного раствора в период с 2006 по 2009 год включительно.Работы многих исследователей и ученых, изучающих действие кислотности, подтверждают важность определения кислотности, как одного из главнейших показателей, определяемых в процессе агроэкологического мониторинга почв.

Фактором воздействия на функционирование агроэкосистемы, отрицательно влияющим на рост и развитие сельскохозяйственных культур и их урожайность является кислотность почв.

В кислых почвах, как известно, на 30-40 % уменьшается эффективность минеральных удобрений, увеличиваются непроизводительные потери азота, нарушается поступление элементов питания в культурные растения, в продукции интенсивно накапливаются тяжелые металлы, ухудшается качество, снижается устойчивость агроэкосистем к техногенезу (Агроэкология, 2000).

Кислотность почвы - одно из важнейших свойств многих почв, обусловленное наличием водородных ионов в почвенном растворе, а также обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе. Различа­ют актуальную кислотность, определяющую значение рН почвенного раствора, и потенциальную, носителем которой являются ионы H+1 и Аl+3 , находящиеся в твердой фазе в обменно-поглощенном состоянии, но подкисляющие почвенный раствор в результате обменных реакций при увеличении в нем концентраций электролитов, например, при внесении в почву удобрений (Ягодин Б.А., 1989).

В работах многих исследователей показано большое значение реакции почвенного раствора, влияющей на химические процессы, протекающие в поч­ве. Прежде всего, реакция среды действует непосредственно на растения, при­чем разные сельскохозяйственные культуры относятся неодинаково к концен­трации ионов водорода (Шмук А.А., 1950). Так, наиболее чувствительны к ки­слотности люцерна, сахарная, столовая и кормовая свекла, конопля, капуста, а такие культуры как рожь, овес, просо, тимофеевка, томат, редис, морковь на­оборот слабочувствительны к повышенной кислотности почв (Титова В.В., Дабахов М.В.,2002). Влияние кислой реакции на растения весьма сложное и многостороннее. Ионы водорода, проникая в большом количестве в ткани растений, подкисляют клеточный сок, изменяют ход всех биохимических процессов. Ухудшается рост и ветвление корней, физико-химическое состояние плазмы клеток корня, проницаемость клеточных стенок, резко нарушается использование растениями питательных веществ из почвы и удобрений. При кислой реакции ослабляется синтез белковых веществ, уменьшается содержание белка и общего азота, количество небелковых форм азота возрастает; подавляется процесс превращения моносахаров в другие, более сложные органические соединения (Ягодин Б.А., 1989).

Растения наиболее чувствительны к кислотности почвы в первый период роста, сразу же после прорастания. В более поздние сроки они сравнительно легко переносят её. Кислая реакция в первый период роста вызывает сильные нарушения в углеводном и белковом обмене, отрицательно влияет на закладку генеративных органов, что отражается в последующем на процессе оплодотворения, урожай при этом резко падает.

Помимо непосредственного отрицательного действия повышенной концентрации ионов водорода на растения, кислотность почвы оказывает многостороннее косвенное действие. Водород, вытесняя кальций из почвенного гумуса, повышает дисперсность последнего и подвижность, а насыщение водородом минеральных коллоидных частиц приводит к их разрушению. Этим объясняются небольшое содержание в кислых почвах коллоидной фракции, неблагоприятные физические и физико-химические свойства, плохая структура, низкая емкость поглощения и слабая буферность. Полезные для растения микробиологические процессы в кислых почвах подавлены, поэтому образование доступных для растений форм питательных веществ протекает слабо.

Различные почвенные микроорганизмы также неодинаково относятся к кислотности почвы. Плесневые грибы лучше развиваются при рН 3-6 и могут расти даже при более высокой кислотности. Среди грибов встречается много паразитов и возбудителей различных болезней растений. Развитие их в кислых почвах усиливается. В то же время многие полезные почвенные микроорганизмы лучше развиваются при нейтральной и слабощелочной реакции. Наиболее благоприятное значение рН для нитрификаторов, свободно живущих в почве азотфиксирующих бактерий (азотобактер, клостридиум) и клубеньковых бактерий люцерны, гороха и других бобовых - 6,5-7,5. При более высокой кислотности жизнедеятельность азотфиксирующих микроорганизмов подавляется, а при рН ниже 4-4,5 многие из них совсем не могут развиваться.

Поэтому в кислых почвах сильно ослаблена или вовсе прекращается фиксация азота воздуха, замедляется минерализация органического вещества, процесс нитрификации подавлен, в результате чего резко ухудшаются условия азотного питания растений. В кислых почвах подвижные формы фосфора связываются полуторными окислами с образованием нерастворимых и малодоступных растениям фосфатов алюминия и железа. Вследствие этого ухудшается фосфорное питание растений. На сильнокислых песчаных и супесчаных почвах растениям может недоставать усвояемых соединений бора, молибдена, кальция и магния.

Отрицательное действие высокой кислотности в значительной степени связано с увеличением растворимости соединений алюминия и марганца в почве. Повышенное содержание их в растворе ухудшает развитие растений даже сильнее, чем избыток ионов водорода.

Отрицательное действие алюминия на многие растения отмечается при содержании его в растворе более 2 мг на 1 л. При более высокой концентрации алюминия резко снижается урожай и даже наблюдается гибель растений. Страдает от избытка этого элемента прежде всего корневая система. Корни становятся укороченными, грубыми, темнеют, ослизняются и загнивают, количество корневых волосков уменьшается. (Ерышова О.В., Танделов Ю.П.,1997).

Поступивший в растение алюминий в основном фиксируется в корневой системе, тогда как марганец равномерно распределяется по всем органам растений. Избыточное поступление алюминия и марганца нарушает углеводный, азотный и фосфатный обмены в растениях, отрицательно влияет на закладку репродуктивных органов. Поэтому отрицательное действие избытка этих элементов сильнее проявляется на генеративных, чем на вегетативных органах. Растения особенно чувствительны к подвижным формам алюминия и марганца в первый период роста и во время перезимовки. При повышенном содержании их в почве зимостойкость многолетних культур резко снижается, большинство растений погибает. Повышенные концентрации подвижного алюминия переносят без вреда лишь некоторые растения.

1.5. Методика проведения 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. Затем образцы почвы для анализа просушивают до воздушно-сухого состояния, растирают и просевают через сито. Потом 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.