АГРОХИМИЯ, 2007, № 1, с. 62-67
УДК 631.4:551.59.2
МИГРАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ СТОКОМ ТАЛЫХ ВОД
© 2007 г. В. В. Демидов*, Е. В. Окулик**
*Институт фундаментальных проблем биологии РАН 142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская, 2, Россия, e-mail: vdem@rambler.ru **Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119992, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Россия Поступила в редакцию 02.08.2006 г.
В работе рассмотрены закономерности изменения концентрации химических веществ в зависимости от расхода талой воды в период весеннего снеготаяния на слабо- и среднесмытых серых лесных почвах. Предложены расчетные уравнения изменения концентрации химических веществ при различных расходах талой воды на склоне, вспаханном под зябь и с посевом озимой пшеницы.
ВВЕДЕНИЕ
Защита почв от эрозии является не только одна из основных проблем охраны и рационального использования земельных ресурсов, но и частью общей экологической проблемы. Эрозионные процессы приводят не только к нарушению почвенного покрова (смыв и размыв), но и потерям веществ, необходимых для роста и развития сельскохозяйственных растений, снижению их продуктивности и другим негативным последствиям, связанным с загрязнением природных объектов. Кроме того, в результате эрозионных процессов со стоком поверхностных вод и смываемой почвой выносятся различные химические вещества, участвующие и в почвообразовательном процессе.
Следует отметить, что при оценке негативного воздействия эрозии почв главное внимание уделяется снижению плодородия почв и как следствие потере урожая. При этом игнорируются другие последствия эрозии почв: заиление и загрязнение водоемов, нарушение структуры и снижение устойчивости ландшафта к негативным воздействиям и другие. Иными словами, важной общей экологической проблеме придается узковедомственный статус сельскохозяйственной проблемы. Это, в свою очередь, в значительной степени снижает ее значимость.
В настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом достигнуты значительные успехи в вопросах прогнозирования величин смыва почвы [16]. Существует много работ, описывающих механизм протекания эрозионных процессов, и дается оценка почвозащитной и гидрологической эффективности различных противоэрозионных мероприятий. Однако применение тех или иных приемов и мероприятий не всегда бывает эффек-
тивным в отношении снижения выноса химических веществ со стоком воды и смываемой почвой [7-14]. В то же время для всестороннего обоснования рационального и экологически сбалансированного применения минеральных и органических удобрений на склоновых землях и разработки мероприятий по охране почв ландшафтов важно располагать данными о потерях различных химических веществ с поверхностным твердым и жидким стоком.
Цель исследований - оценка влияния снеготаяния на содержание химических веществ в поверхностном стоке талых вод.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Нами были проведены исследования по изучению закономерностей выноса нитратного и аммонийного азота, Р2О5, К2О, Са2+, Mg2+, С1-,
и НСО- с поверхностным стоком талых вод в период весеннего снеготаяния на склоне с зяблевой вспашкой и посевом озимой пшеницы. Экспериментальные исследования проводили с 2002 по 2004 гг. на территории опытно-полевой станции Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (вблизи г. Пущино Московской обл.). Для наблюдения за формированием стока талых вод, смыва почвы и миграций химических веществ с продуктами эрозии в весенний период был выбран склон юго-восточной экспозиции водосбора малой реки Любо-жихи (правого притока реки Оки). Почвенный покров части склона представлен слабо- и средне-смытыми серыми лесными почвами. Содержание гумуса в пахотном слое - 2.0-2.3%. Общая пористость в среднем составляет 42%. Сумма погло-
N-NO-, мг/л 6
5
4
3 2 1
0 7
6
5
4 3 2 1
(a)
Na+, мг/л 1.2
(a)
0.25
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0 Q, л/c
0.2 Q, л/c
Зависимость концентрации N-N О3 и Na+ от расхода талой воды (0 на склоне с зяблевой вспашкой (а) и на склоне, засеянном озимой пшеницей (б).
0
щенных оснований - 12.5-18.9 мг-экв/100 г почвы, рН-6.5-6.8. Гумусовый горизонт по гранулометрическому составу - тяжелосуглинистый. Внесение минеральных удобрений проводили только осенью при посеве озимой пшеницы в дозе N30P60K80. При зяблевой вспашке осенью удобрения не вносили. Отбор проб для анализа содержания химических элементов проводили в полевых условиях одновременно с изучением гидравлических параметров потоков и определения их эрозионных характеристик.
Расход воды в потоках определяли путем взятия проб талой воды за определенное время и измерения ее объема мерным цилиндром. Глубину потока измеряли через каждый сантиметр по его ширине линейкой с "подпятником". Площадь живого сечения определяли планиметром по соответствующему рисунку на миллиметровке. Расчет средней скорости потока производили делением расхода воды на площадь живого сечения потока.
Физико-химические свойства почвы и содержание химических элементов в талом стоке оценивали по общепринятым методикам [15-17].
Математическую обработку экспериментальных данных проводили на ПЭВМ с использованием программ "Microsoft Excel" и "SigmaPlot".
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ результатов наблюдений показал, что величина расхода воды со склона при зяблевой вспашке за период исследований изменялась от 0.057 до 0.213 л/с, а со склона, засеянного озимой пшеницей, - от 0.036 до 0.359 л/с (табл. 1). За период снеготаяния концентрация нитратного азота на зяби изменялась от 0.89 до 5.86 мг/л, а на озимых - 1.14-6.54 мг/л. Концентрации аммонийного азота, водорастворимых фосфора и калия при зяблевой вспашке и при посеве озимой пшеницы составили соответственно 0.32-0.92 и 0.17-1.24 мг/л
(К-КИ+), 0.02-1.00 и 0.44-1.20 (Р205), 0.49-1.58 и 1.90-4.50 (К20) мг/л. По другим химическим элементам также наблюдалось изменение их концентрации в зависимости от расхода воды. Концентрация Са2+ при зяблевой вспашке изменялась от 0.24 до 0.70 мг/л, а на поле с озимыми - от 0.19 до 0.55 мг/л, Mg2+ - соответственно 0.25-1.02 и 0.160.74 мг/л, Ка+ - 0.30-1.10 (зябь) и 0.53-1.80 мг/л (озимые), С1- - 1.4-5.0 мг/л на зяби и 1.5-5.5 мг/л на озимых. Концентрации сульфат- и гидрокарбонат-ионов были значительно выше других химических веществ и составили на зяби - 5.0-
Таблица 1. Расход воды и концентрация химических веществ со склона в период весеннего снеготаяния
Расход
Концентрация, мг/л
воды, л/с N-N03 + N-N0., Р2О5 К20 Са2+ Mg2+ С1- НС03
0.057/0.036 4.51/6.20 0.70/1.18 5.21/7.38 0.60/0.88 1.55/4.20 0.64/0.49 1.02/0.69 0.30/1.35 2.4/4.7 7.6/6.3 9.5/11.9
0.058/0.036 5.06/6.35 0.62/1.21 5.68/7.56 0.70/0.62 1.58/4.30 0.51/0.50 0.95/0.74 0.35/1.20 2.5/5.0 7.1/6.0 8.5/12.8
0.058/0.049 5.86/6.54 0.92/1.24 6.78/7.78 0.90/0.70 1.49/4.00 0.62/0.55 0.99/0.69 0.32/1.60 2.4/4.2 6.8/6.9 9.8/9.1
0.062/0.049 2.96/6.25 0.80/1.09 3.76/7.34 1.00/0.76 1.24/3.90 0.70/0.51 0.80/0.46 0.42/0.91 1.7/5.2 5.8/7.1 9.2/10.5
0.066/0.067 5.43/5.68 0.61/1.08 6.04/6.76 0.80/0.90 1.01/3.20 0.69/0.40 0.55/0.68 0.45/1.54 1.7/2.8 5.4/5.0 9.2/9.5
0.067/0.067 4.60/3.15 0.52/0.17 5.12/3.32 0.58/0.992 1.50/3.50 0.40/0.40 0.52/0.61 0.45/0.80 2.4/2.9 5.3/5.4 9.4/7.5
0.069/0.068 5.86/6.15 0.69/1.17 6.55/7.32 0.40/0.70 0.79/3.80 0.45/0.49 0.48/0.35 0.45/0.95 2.1/3.8 5.7/8.2 8.8/11.0
0.069/0.068 3.73/6.21 0.74/0.78 4.47/6.99 0.12/1.04 0.90/3.10 0.63/0.49 0.83/0.69 0.49/0.80 1.4/2.5 6.0/5.5 7.9/10.7
0.072/0.070 4.19/5.35 0.75/1.02 4.94/6.37 0.16/0.81 1.00/3.50 0.39/0.33 0.71/0.65 0.90/0.80 3.4/2.1 5.3/5.3 9.3/8.9
0.079/0.077 3.13/2.25 0.61/0.54 3.74/2.79 0.08/0.55 1.05/4.10 0.40/0.26 0.91/0.46 0.70/1.10 3.5/4.2 5.0/8.1 8.3/5.5
0.079/0.077 4.09/5.05 0.77/0.96 4.86/6.01 0.09/1.05 1.04/3.10 0.44/0.36 0.59/0.54 0.97/1.49 2.8/2.8 5.3/4.9 8.6/8.5
0.083/0.087 2.71/3.20 0.65/0.33 3.36/3.53 0.08/0.44 1.35/4.50 0.34/0.24 0.32/0.28 0.90/1.25 2.5/3.5 6.4/7.5 8.1/3.9
0.083/0.096 3.04/4.30 0.61/0.62 3.65/4.92 0.08/1.00 1.31/2.60 0.35/0.45 0.33/0.58 0.93/0.68 2.8/1.5 6.3/6.9 8.5/6.9
0.086/0.096 3.01/4.35 0.49/0.83 3.50/5.18 0.07/1.20 0.75/2.10 0.33/0.40 0.32/0.50 0.90/0.77 2.9/2.1 6.6/7.9 7.7/6.8
0.086/0.115 3.14/1.31 0.47/0.25 3.61/1.56 0.08/0.60 0.71/2.30 0.31/0.28 0.35/0.35 0.93/1.80 2.8/4.4 6.5/7.4 7.9/3.3
0.094/0.116 1.42/1.29 0.49/0.24 1.91/1.53 0.17/0.57 0.50/2.40 0.35/0.29 0.41/0.46 1.10/1.20 4.9/4.3 9.2/2.5 7.1/3.0
0.096/0.116 1.14/5.79 0.45/1.10 1.59/6.89 0.10/0.44 0.64/3.30 0.41/0.48 0.40/0.24 1.05/0.53 4.9/2.0 9.1/5.6 6.8/8.1
0.104/0.129 1.15/5.15 0.43/0.58 1.58/5.73 0.03/0.60 0.50/3.00 0.31/0.34 0.31/0.54 0.95/1.48 3.2/1.5 9.8/4.8 4.5/5.2
0.105/0.219 1.10/1.14 0.57/0.22 1.67/1.36 0.06/0.47 0.52/1.90 0.34/0.25 0.29/0.39 1.10/1.45 3.5/4.5 9.9/6.4 2.7/3.5
0.118/0.22 0.99/1.15 0.32/0.22 1.31/1.37 0.03/0.51 0.51/2.00 0.32/0.22 0.29/0.20 0.75/1.60 4.4/5.0 8.1/5.4 2.1/3.2
0.118/0.352 0.89/1.16 0.37/0.22 1.26/1.38 0.05/0.52 0.49/2.10 0.36/0.22 0.25/0.32 0.82/1.25 4.2/5.5 7.9/11.5 2.4/3.1
0.122/0.356 1.08/1.15 0.35/0.22 1.43/1.37 0.02/0.53 0.65/1.90 0.29/0.20 0.31/0.22 0.80/1.65 4.2/5.2 7.5/10.3 3.0/3.0
0.213/0.359 1.05/1.14 0.33/0.21 1.38/1.35 0.02/0.50 0.63/2.00 0.24/0.19 0.28/0.16 0.80/1.50 5.0/4.6 6.1/10.9 2.3/2.8
Примечание. Над чертой - при зяблевой вспашке, под чертой - при посеве озимой пшеницы.
Таблица 2. Расчетные уравнения изменения концентрации химических веществ (С) при различных расходах талой воды (2) в период весеннего снеготаяния на склоне, вспаханном под зябь и с посевом озимой пшеницы
Зяблевая вспашка Озимая пшеница
уравнение R2 уравнение R2
С = 0.0276-1'844 0.691 С = 0.389б-°'915 0.683
С = 0.074б-0'820 0.674 С = 0.079б-°'844 0.559
С = 0.053б-1'664 0.695 С = 0.467б-°-9°6 0.681
С = 0.0016-3421 0.710 С = 0.398б-°-247 0.254
С = 0.074е-1'°°3 0.557 С = 1.3316 °333 0.575
С = 0.059б-°'769 0.563 С = 0.1452~°37° 0.499
С = 0.023б-1'251 0.577 С = 0.133б-°'518 0.603
С = 5.914ба86° 0.371 С = 1.7452°.219 0.139
С = 24.7392°861 0.560 С = 4.2692°129 0.038
С = 12.589ба26° 0.1
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.