Агрохимические свойства и приемы рекультивации нефтезагрязненных серых лесных почв предкамья республики татарстан 06. 01. 04. агрохимия
| Вид материала | Автореферат |
- Черноземы с участками серых лесных почв, 21.07kb.
- Влияние биологических факторов Иминеральных удобрений на Продуктивность сахарной свеклы, 335.64kb.
- Влияние возрастающих норм удобрений и мульчи на агрохимические свойства слабозасоленных, 558.11kb.
- Программа вступительного экзамена в магистратуру, 315.49kb.
- Программа вступительных испытаний по «Почвоведению» Направление подготовки 021900 почвоведение, 322.74kb.
- Примерная программа наименование дисциплины общее почвоведение рекомендуется для направления, 186.42kb.
- Республики Татарстан «Осоциальной политике в Республике Татарстан», 248.31kb.
- Общественная Палата Республики Татарстан руководствуется Конституциями Российской Федерации, 262.58kb.
- Положение о порядке присуждения диплома "лучший экспортер республики татарстан", 24.77kb.
- Республики татарстан от 10., 446.14kb.
3.3.Динамика изменений свойств нефтезагрязненной почвы во времени
Сопоставление агрохимических показателей почв, отобранных через 15 дней, 1 и 2 года после загрязнения, показало, что ухудшение агрохимических свойств нефтезагрязненной серой лесной почвы сохранилось в течение не менее двух лет с момента загрязнения, хотя одновременно обнаружилась
тенденция постепенного восстановления утраченных свойств, особенно в слабозагрязненной почве (табл. 3). В целом за 2 года наиболее заметные изменения обнаружились в динамике содержания углерода.
3.4. Нефтяное загрязнение и продуктивность растений
Влияние нефти на лабораторную и полевую всхожесть семян. В лабораторном эксперименте покоящиеся семена вики, овса, пшеницы, рапса и ячменя на определенное время помещались в товарную нефть. В дальнейшем условия проращивания семян соответствовали требованиям ГОСТ 12038-84. Нефть оказала сильное негативное влияние на всхожесть семян: пятиминутный контакт покоящихся семян с нефтью снизил их всхожесть на 14-28 %, а часовой контакт привел к гибели 95-98 % семян. Среди испытанных культур (яровая пшеница, ячмень, овес, вика, рапс), судя по лабораторной и полевой всхожести, относительно уязвимым оказался яровой рапс, а наиболее стабильную толерантность к нефтяному загрязнению проявила яровая пшеница.
Влияние нефтяного загрязнения на урожайность и структуру урожая сельскохозяйственных культур. Нефтяное загрязнение оказало сильное негативное воздействие на продуктивность всех испытанных сельскохозяйственных культур (табл. 4).
Таблица 3. Изменение некоторых агрохимических свойств нефтезагрязненной серой лесной почвы во времени (слой 0-30 см.)
| Доза нефти,* л/м2 | С | N | C N | ЕКО | Нг | Р2О5 подв. | К2О обм. | рНсол. |
| % | мг-экв./100 г | мг/кг | ||||||
| 20.05.2004 (давность загрязнения 15 дней) | ||||||||
| 0 | 1,69 | 0,13 | 13,0 | 22,2 | 4,2 | 129 | 115 | 5,4 |
| 10 | 3,42 | 0,14 | 25,1 | 18,6 | 3,6 | 106 | 93 | 5,5 |
| 20 | 5,13 | 0,13 | 38,8 | 16,0 | 3,4 | 102 | 93 | 5,6 |
| 40 | 8,37 | 0,14 | 60,5 | 14,7 | 3,3 | 101 | 90 | 5,6 |
| НСР05 | 0,06 | Fф | 6,6 | 1,3 | 0,2 | 7 | 5 | 0,1 |
| 19.05.2005 (давность загрязнения 1 год) | ||||||||
| 0 | 1,68 | 0,14 | 12,0 | 22,2 | 4,3 | 128 | 116 | 5,4 |
| 10 | 2,58 | 0,14 | 18,4 | 19,5 | 3,9 | 111 | 101 | 5,4 |
| 20 | 3,71 | 0,13 | 28,5 | 17,1 | 3,7 | 106 | 96 | 5,5 |
| 40 | 5,29 | 0,13 | 40,7 | 15,7 | 3,7 | 104 | 91 | 5,5 |
| НСР05 | 0,08 | Fф | - | 0,7 | 0,2 | 5 | 5 | Fф |
| 26.04.2006 (давность загрязнения 2 года) | ||||||||
| 0 | 1,65 | 0,13 | 12,7 | 22,0 | 4,3 | 130 | 114 | 5,4 |
| 10 | 2,06 | 0,13 | 15,8 | 21,1 | 4,0 | 122 | 108 | 5,4 |
| 20 | 2,78 | 0,13 | 21,4 | 17,7 | 3,9 | 109 | 98 | 5,4 |
| 40 | 4,05 | 0,13 | 31,2 | 16,0 | 4,0 | 108 | 94 | 5,5 |
| НСР05 | 0,08 | - | - | 0,5 | 0,2 | 5 | 4 | Fф |
Очень сильное угнетение (выживают лишь отдельные растения, но и они не образуют генеративные органы) сельскохозяйственных растений, вплоть до полной гибели, от малой дозы нефти наблюдалась в течение 1-ого года, от средней дозы - 2-х лет, а от максимальной дозы – 3-х лет. Между содержанием нефти в серой лесной почве и урожайностью сельскохозяйственных культур существует тесная обратная криволинейная корреляция. Урожайность культур особенно тесно коррелируется с содержанием нефти в верхнем 0-30 см слое почвы (табл. 5).
Таблица 4. Влияние нефтяного загрязнения на урожайность сельскохозяйственных культур в условиях серой лесной почвы, т/га
| Доза нефти, л/м2 | 2004 г., викоовсяная смесь | 2005 г., яровая пшеница | 2006 г., ячмень | |||
| зерно | зеленая масса | зерно | солома | зерно | солома | |
| 0 | 2,16 | 14,9 | 2,62 | 3,04 | 1,64 | 1,84 |
| 10 | 0 | 1,4 | 1,14 | 2,01 | 0,76 | 1,25 |
| 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,50 | 1,03 |
| 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| HCP05 | - | 0,6 | 0,22 | 0,17 | 0,17 | 0,18 |
Таблица 5. Коэффициенты корреляции урожайности (т/га) ячменя от содержания нефти (г/кг)* в различных горизонтах серой лесной почвы (2006 г.)
| Урожайность | Содержание нефти в слоях почвы | ||||||||
| 0-15 | 15-30 | 30-45 | 45-60 | 60-80 | 0-30 | 30-60 | 0-60 | 0-100 | |
| зерна | -0,99 | -0,94 | -0,84 | -0,70 | -0,70 | -0,97 | -0,79 | -0,90 | -0,90 |
| соломы | -0,94 | -0,98 | -0,95 | -0,89 | -0,89 | -0,97 | -0,94 | -0,98 | -0,98 |
| надземной массы | -0,97 | -0,97 | -0,91 | -0,82 | -0,82 | -0,98 | -0,88 | -0,96 | -0,95 |
Прим.: * - давность загрязнения 2 года.
Ячмень и пшеница на нефтяное загрязнение наиболее заметно реагировали резким снижением числа зерен в колосе. Вторым по значимости фактором снижения генеративной продуктивности ячменя является уменьшение массы 1000 зерен, в то время как таковой причиной для пшеницы становится снижение количества растений на единицу площади. Снижение урожая соломы под действием нефти несколько ниже, чем снижение товарной части урожая, благодаря чему на нефтезагрязненной почве наблюдается заметное расширение соотношения зерна к соломе.
Химический состав растений на нефтезагрязненной почве. Резкое снижение продуктивности сельскохозяйственных культур, вплоть до гибели растений, под воздействием нефтяного загрязнения не приводит к такому же резкому изменению химического состава растений. Так, даже на свежезагрязненной почве, где наблюдалось почти 9 кратное снижение урожая вики, содержание азота и калия изменилось лишь в 1,1 раза, а изменение фосфора оказалось недостоверным (табл. 6).
Размеры отклонения в химическом составе яровой пшеница оказались меньшими, чем аналогичные колебания в составе вики, овса и ячменя. Направленность действия двух уровней загрязнения на содержание изучаемых макроэлементов в генеративной и вегетативной части урожая ячменя оказалась противоположной. Загрязнение почвы нефтью заметнее отразилось в химическом составе вегетативной, нежели генеративной, части урожая.
Экономический ущерб от нефтяного загрязнения в растениеводстве. Размеры потерь сельскохозяйственной продукции от загрязнения зависели, от степени и давности загрязнения почвы товарной нефтью вида возделываемой сельскохозяйственной культуры и уровнем урожайности: чем выше урожайность культур на незагрязненной почве, тем больше ущерб от загрязнения.
В целом за 3 года потери урожая от слабого, среднего и сильного нефтяного загрязнения составили соответственно 62,92; 88,61 и 97,86 ц./га кормовых единиц. Прогнозируемые ежегодные потери урожая, рассчитанные по материалам рис. 1, могут составить 44-62% к уровню контроля в течение от 6 до 15 лет, в зависимости от исходного уровня загрязнения.
Таблица 6. Влияние нефтяного загрязнения на содержание азота, фосфора и калия в растениях в условиях серой лесной почвы
| Доза нефти, л/м2 | 2004 г., ВОС* | 2005 г., яровая пшеница | 2006 г., ячмень | |||
| вика | овес | зерно | солома | зерно | солома | |
| Содержание общего азота, % | ||||||
| 0 | 2,73 | 1,49 | 2,44 | 0,57 | 1,96 | 0,43 |
| 10 | 2,51 | 1,44 | 2,31 | 0,58 | 1,76 | 0,49 |
| 20 | -** | - | - | - | 2,24 | 0,52 |
| HCP05 | 0,14 | Fф< F05 | Fф< F05 | Fф< F05 | 0,10 | 0,04 |
| Содержание общего фосфора, % | ||||||
| 0 | 0,34 | 0,23 | 0,77 | 0,21 | 0,74 | 0,16 |
| 10 | 0,36 | 0,24 | 0,80 | 0,21 | 0,69 | 0,17 |
| 20 | - | - | - | - | 0,78 | 0,18 |
| HCP05 | Fф< F05 | Fф< F05 | Fф< F05 | Fф< F05 | Fф< F05 | 0,02 |
| Содержание общего калия, % | ||||||
| 0 | 1,85 | 1,45 | 0,55 | 1,02 | 0,68 | 1,12 |
| 10 | 2,03 | 1,66 | 0,60 | 1,13 | 0,57 | 1,34 |
| 20 | - | - | - | - | 0,80 | 1,52 |
| HCP05 | 0,15 | 0,10 | 0,04 | 0,11 | 0,05 | 0,08 |
3.5. Эффективность некоторых агроэкологических приемов рекультивации нефтезагрязненной серой лесной почвы
Суть агроэкологического способа рекультивации нефтезагрязненных почв заключается в многократном усилении микробиологических, химических и физических процессов деструкции нефти в почвенных экосистемах с помощью комплекса агротехнических, агрохимических и агромелиоративных приемов.
Влияние приемов рекультивации на элиминирование нефти в серой лесной почве. Приемы рекультивации наиболее значимо уменьшили количество нефти в самом верхнем слое почвы. Приемы рекультивации практически не оказали влияния на количество нефти в слое ниже 30 см. В зависимости от испытанных приемов убыль нефти за счет рекультивации загрязненной почвы составила от 1323 до 2342 г с каждого квадратного метра (табл. 7).
Сопоставление вариантов опыта, схема которого предусматривала испытание различных комбинации агрохимических и агротехнических приемов реабилитации, позволяет расчленить роль отдельных приемов рекультивации, хотя оно не лишено некоторой условности. По положительному влиянию на деградацию нефти в серой лесной почве испытанные приемы рекультивации можно расположить в следующий убывающий ряд: рыхление почвы > внесение NРК > внесение биогумуса > инокуляция почвы биопрепаратом >известкование.
Таблица 7. Элиминирование нефти в серой лесной почве за счет приемов рекультивации (2004-2006 гг.)
| Варианты опыта | Убыль нефти за 2 года (г/м2) по слоям почвы | |||
| 0-15 см | 15-30 см | 30-45 см | 0-45 см | |
| НЗП*+Рыхление (Р) | 1332 | 554 | 19 | 1905 |
| НЗП +Известь (И) +Р | 1350 | 572 | 38 | 1960 |
| НЗП+И+Р+NРК | 1458 | 646 | 38 | 2142 |
| НЗП+И+Р+Биогумус (БГ) | 1458 | 664 | 57 | 2179 |
| НЗП+И+Биопрепарат (БП) | 998 | 369 | 0 | 1367 |
| НЗП+И+Р+БП | 1440 | 609 | 38 | 2087 |
| НЗП+И+БП+Навоз | 972 | 332 | 19 | 1323 |
| НЗП+И+Р+БП+NРК | 1548 | 756 | 38 | 2342 |
Действие приемов рекультивации на урожайность сельскохозяйственных культур. Масштабы изменений элиминирования нефти и урожайности растений под действием приемов рекультивации существенно различаются: если количество элиминированной нефти под действием приемов рекультивации возросло в 1,25-1,44 раза, то урожайность ячменя - в 1,48-3,42 раза (табл. 8).
Таблица 8. Влияние приемов рекультивации нефтезагрязненной серой лесной почвы на урожайность сельскохозяйственных культур, т/га
| Варианты опыта | 2004 г., зерно ВОС | 2005 г., яровая пшеница | 2006 г., ячмень | ||
| зерно | солома | зерно | солома | ||
| Незагрязненная почва (контроль) | 2,16 | 2,62 | 3,04 | 1,64 | 1,84 |
| Нефтезагрязненная почва (НЗП) | 0* | 0 | 0 | 0,50 | 1,03 |
| НЗП+Рыхление (Р) | -** | - | - | 1,08 | 1,56 |
| НЗП +Известь (И) +Р | - | - | - | 1,16 | 1,71 |
| НЗП+И+Р+NРК | - | - | - | 1,49 | 1,91 |
| НЗП+И+Р+Биогумус (БГ) | - | - | - | 1,45 | 1,82 |
| НЗП+И+Биопрепарат (БП) | 0 | 0 | 0,15 | 0,74 | 1,26 |
| НЗП+И+Р+БП | - | - | - | 1,32 | 1,79 |
| НЗП+И+БП+Навоз | 0 | 0 | 0,22 | 0,88 | 1,43 |
| НЗП+И+Р+БП+NРК | - | - | - | 1,71 | 2,07 |
| НСР05 | - | - | 0,11 | 0,10 | 0,13 |
Прим.: * - полная гибель урожая; **- выполнение приемов рекультивации без возделывания сельскохозяйственных культур.
Данное обстоятельство, на наш взгляд, свидетельствует о сложном характере действия испытанных приемов реабилитации, а именно о многостороннем характере воздействии факторов роста растений (элементы минерального питания, реакция почвенной среды, обеспеченность кислородом, количественный и качественный состав микрофлоры почвы) на углеводородокисляющие микроорганизмы, абиотические факторы деградации нефти и непосредственно на рост и развитие растений.
Оценка эффективности приемов рекультивации по содержанию остаточного количества нефти в почве и по продуктивности растений в основном совпадают. По влиянию на урожайность зерна ячменя отдельные приемы рекультивации расположились в следующий убывающий ряд: рыхление почвы > внесение NРК > внесение биогумус > инокуляция почвы биопрепаратом > навоз >известкование.
Главенствующая роль интенсивного рыхления почвы и внесения полного минерального удобрения четко проявилась и при сравнении двойных и тройных сочетаний приемов рекультивации. Максимальная прибавка урожая зерна (1,21 т/га) и соломы (1,04 т/га) была обеспечена в случае комбинации 4-х приемов - «известкование+рыхление+NPK+биопрепарат».
Суммарные прогнозируемые прибавки урожая зерна за 8 лет от приемов рекультивации, рассчитанные методом экстраполяции, могут составить, в зависимости от вариантов опыта, от 1,85 до 5,79 т/га.
Повышение урожая зерна ячменя под действием приемов рекультивации произошло за счет улучшения всех показателей структуры урожая, однако вклад отдельных элементов структуры урожая в повышении продуктивности растений был неодинаковым. Приемы рекультивации наиболее заметное положительное влияние оказали на густоту стояния растений и количества зерен в колосе. Относительно в меньшей степени изменились под действием рекультивационных приемов масса 1000 зерен и продуктивная кустистость.
Изменение содержания основных макроэлементов в растениях под влиянием приемов рекультивации. Содержания NPK в урожае под действием рекультивации изменились, однако размеры этих отклонений явно отстают от темпов роста урожаев сельскохозяйственных культур: если под влиянием приемов рекультивации наблюдалось 1,48-3,42 кратное повышение урожайности ячменя, то изменения в химическом составе растений не превышали ±20-22%. Действие приемов рекультивации на концентрацию изученных макроэлементов оказалось разнонаправленным. Такие приемы рекультивации как «рыхление», «известь+рыхление», «известь+биопрепарат» содействовали снижению концентрации всех элементов. Внесение органических и минеральных удобрений, наоборот, привели к повышению содержания элементов в урожае. На приемы рекультивации растения контрастнее реагировали изменением химического состава вегетативной части.
Экономическая и энергетическая эффективность приемов рекультивации. Экономическая и энергетическая эффективность приемов рекультивации рассчитана исходя из прогнозируемого их последействия в течение 8 лет (табл. 9).
Наиболее дешевым, экономически высоко и быстро окупаемым приемом рекультивации оказалось интенсивное рыхление почвы в течение двух лет без внесения удобрений, которое обеспечило максимальную окупаемость затрат на рекультивацию (2,86 руб./руб.) при минимальном сроке окупаемости (2,80 года). Максимальная агрономическая и экономическая эффективность была обеспечена при сочетании механической обработки почвы с внесением минеральных удобрений и извести. Замена минеральных удобрений биогумусом или биопрепаратом приводит к снижению окупаемости затрат. По экономическим показателям худшим оказался вариант рекультивации «известь+навоз+биопрепарат».
Таблица 9. Экономическая и энергетическая эффективность приемов рекультивации нефтезагрязненной серой лесной почвы
Прим.: * - коэффициент биоэнергетической эффективности
| Варианты рекультивации | Прогнозируемая дополнительная продукция за 8 лет, т/га | Условная прибыль, руб./га | Окупаемость затрат | КБЭ* | |
| руб./руб. | год | ||||
| Рыхление (Р) | 3,89 | 6319 | 2,86 | 2,80 | 3,45 |
| Р+Известь (И) | 4,28 | 6249 | 2,40 | 3,33 | 1,52 |
| Р+И+NРК | 5,41 | 7874 | 2,39 | 3,34 | 1,66 |
| Р+И+Биогумус (БГ) | 5,28 | 6828 | 2,07 | 3,86 | 1,56 |
| И+Биопрепарат (БП) | 1,85 | 1306 | 1,39 | 5,74 | 0,89 |
| Р+И+БП | 4,87 | 5559 | 1,84 | 4,35 | 1,57 |
| И+БП+Навоз | 2,82 | 596 | 1,09 | 7,32 | 0,90 |
| Р+И+NРК+БП | 5,79 | 6686 | 1,86 | 4,30 | 1,64 |
Энергетическая оценка приемов рекультивации во многом согласуется с результатами экономической оценки. Наиболее результативным было интенсивное рыхление почвы в течение двух лет без внесения каких-либо агрохимикатов, которое обеспечило максимальную величину коэффициента биоэнергетической эффективности (3,45) и минимальный срок окупаемости энергозатрат (2,32 года). Вариант рекультивации, проявивший максимальную агрономическую и экономическую эффективность (известь+рыхление+NРК), выгодно отличается от других вариантов и по энергетической эффективности. Внесение извести, навоза и биопрепарата без интенсивного рыхления почвы оказалось энергетически убыточным.