Поиск

Районирование территории России по степени нагрузки пахотных почв фосфатами удобрений
28.06.2015

Экологические последствия антропогенного перераспределения химических элементов в природных средах — актуальная проблема геохимии биосферы, решение которой в той или иной степени связано с изучением региональных миграционных потоков, геохимических балансов крупных территорий. Имея в виду существенную дифференциацию регионов по интенсивности воздействия промышленных продуктов на природные процессы, особое внимание следует уделять соединениям, содержащим группы, которые могут выступать в качестве лигандов, поскольку реакции координации являются связующим звеном между циклами всех химических элементов.
Несмотря на то что в последние годы производство удобрений в стране резко сократилось, они все же продолжают оставаться важной составляющей техногенных потоков. До 90-х годов распределение фосфорных удобрений происходило очень неравномерно, что привело к увеличению фосфатной нагрузки одних почв при снижении природных запасов фосфора в других. Это дает основание рассматривать почвы отдельных регионов как техногенные положительные или отрицательные фосфатные аномалии в соответствии с представлениями А.И. Перельмана и М.А. Глазовской.
Возникновение техногенных аномалий обусловливает формирование среды обитания, резко отличающейся от естественно сложившейся. Это связано с морфологической и физиолого-биохимической изменчивостью живых организмов или даже с их полным вытеснением более приспособленными видами.
Аномалии, связанные с содержанием химических элементов в среде, через пищевые цепи отрицательно сказываются на здоровье человека. О степени экологического риска в условиях положительных фосфатных аномалий дают представление данные, имеющиеся для соответствующих природных биогеохимических провинций. Так, установлено, что уровская эндемия связана с фосфорно-марганцевой интоксикацией, а не с избытком стронция. Повышение содержания последнего в костной ткани объясняется вхождением в апатитовую структуру вследствие дисбаланса между фосфором и кальцием. Отличительной особенностью геохимии природных вод пораженных эндемией местностей является повышенная концентрация P в питьевых водах (около 0,24 мг/л) с преобладанием минеральных форм.
Согласно имеющимся данным, применение фосфорных удобрений приводит к изменению соотношений химических элементов в растениях. Кроме того, в условиях нагрузки почв фосфатами удобрений интенсифицируются процессы миграции химических элементов почвенных соединений, что согласуется с исследованиями качества природных вод. Отмечающееся при этом изменение структуры миграционных потоков указывает на возможность как фосфатогенного выщелачивания необходимых для биоты элементов питания (в частности Ca, Mg, Zn), так и трансформации органо-минеральных производных почвы, выполняющих в ней роль основного сорбционного барьера.
Сказанное выше предполагает необходимость районирования территории России по уровню нагрузки почв фосфором удобрений. В качестве критерия районирования использованы данные по изменению общих запасов фосфора в пахотных почвах административных субъектов РФ за период с 1969 по 1988 г. В основу расчетов положен балансовый метод, предложенный А.В. Петербургским и использованный в наших совместных работах. В приходной части учитывалось поступление в почвы P2O5 с минеральными и органическими удобрениями, в расходной — отчуждение P2O5 из почв с сельско-хозяйственной продукцией. Исходные данные по посевным площадям, валовым сборам продукции культур и внесению под них удобрений по республикам и областям взяты из отчетов ЦСУ. При определении выноса фосфора урожаями были использованы усредненные справочные данные по содержанию этого элемента в основной продукции отдельных видов культур.
В табл. 131 представлены данные по изменению запасов P2O5 в почвах агроландшафтов в результате 20-летнего систематического применения фосфорных удобрений. Они свидетельствуют о сильно выраженной дифференциации территории России по степени техногенной нагрузки. Большая часть пахотных земель России за исследуемый 20-летний период не получала в достаточном количестве фосфорных удобрений. Вследствие этого формирование урожаев сельскохозяйственных культур происходило в основном за счет использования почвенных резервов P2O5. Истощению подвергались черноземные и каштановые почвы.

Районирование территории России по степени нагрузки пахотных почв фосфатами удобрений
Районирование территории России по степени нагрузки пахотных почв фосфатами удобрений

Фосфорные удобрения в относительно больших и возрастающих год от года количествах направлялись в районы, где преобладающими были подзолистые и дерново-подзолистые почвы. В них отмечалось накопление недоиспользованных растениями фосфатов. Площади с наиболее высокими количествами аккумулированного фосфора ограничены Северо-Западным и Дальневосточным экономическими районами, а также некоторыми областями Центрального района (см. табл. 131). В этих регионах аккумуляция на гектар пашни за 20 лет составила вследствие применения только минеральных фосфорных удобрений 500-1700 кг P2O5. С учетом органических удобрений накопление P2O5 соответствовало 900-2400 кг/га. Это весьма значительные величины, сопоставимые с природным валовым содержанием фосфора в типичных для указанных регионов почвах: 1500-3500 кг Р2О5/га для слоя 0-20 см. К тому же нужно иметь в виду, что лабильность новообразованных форм фосфорных соединений значительно выше, чем природных.
Следовательно можно считать, что пахотные почвы Севера Европейской части РФ и Дальнего Востока являют собой примеры положительных техногенных фосфатных аномалий, для которых превышение содержания общего фосфора относительно местного фона составляет примерно 25—70%. Это значительно выше того уровня фосфатной нагрузки кислых почв, который соответствует наибольшей эффективности сорбционных барьеров (10-15%). Низкая урожайность сельскохозяйственных культур и поэтому незначительный вынос ими фосфора при относительно большом количестве применяемых удобрений в указанных регионах главным образом объясняются, как было показано выше, спецификой фосфатогенной трансформации органических соединений почв, обогащенных поливалентными металлами. На примере различных ландшафтно-геохимических систем Московской области показано, что урожайность культур определяется не столько количеством вносимых фосфорных удобрений, сколько типом почвенных сорбционных барьеров. Так, самая низкая биопродуктивность отмечается на почвах болотного генезиса, несмотря на высокую степень их фосфатизации.
В районах с высоким уровнем накопления фосфатов удобрений можно ожидать усиления миграции фосфора, металлов и органического углерода. Действительно, процесс эвтрофирования вод более всего выражен в крупнейшей лимнической системе Северо-Запада РФ. Он обусловлен значительным повышением в последние годы концентрации P и Cорг в поверхностных природных водах. Для Северо-Западного района характерны низкие топографические отметки, высокий уровень залегания грунтовых вод и слабая степень минерализации органических веществ с преобладанием в составе гумуса фульвокислот. Все эти факторы благоприятствуют миграционным процессам.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что области аккумуляции значительных количеств фосфатов удобрений приурочены к открытым ландшафтно-геохимическим системам, где имеются условия для выноса соединений комплексной природы непосредственно в объекты гидросферы. Это позволяет предвидеть последствия распределения удобрений без учета особенностей ландшафта, водного режима и, главное, почвенного покрова, определяющего характер продуктов трансформации P2O5 удобрений. Выявленные техногенные фосфатные аномалии могут рассматриваться как биогеохимические провинции с большой вероятностью проявления метаболических нарушений по всей пищевой цепи.