ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2008, № 2, с. 227-234
ФИЗИКА ПОЧВ
УДК 631.433:631.445.25
ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПАХОТНЫХ ПОЧВ И ИХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ФТОРИДАМИ НА ЭМИССИЮ СО2*
© 2008 г. Л. В. Помазкина, Л. Г. Котова, С. Ю. Зорина, А. В. Рыбакова, А. Ю. Тихонов
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН 664033, Иркутск, а/я 31
E-mail: lvp@sifibr.irk.ru Поступила в редакцию 10.07.2006 г.
Показаны негативные изменения физических и химических свойств серой лесной и дерново-луговой пахотных почв лесостепной зоны Байкальского региона, связанные с загрязнением их фторидами алюминиевого производства. В полевых опытах многолетнего (1997-2005 гг.) мониторинга, а также в лабораторных опытах инкубирования выявлено, что эмиссия С02 на серой лесной почве выше, чем на дерново-луговой и зависит от свойств, буферности почв по отношению к фторидам, содержания их в водорастворимой форме, а также гидротермических факторов.
ВВЕДЕНИЕ
Эмиссия С02 из почв является одним из основных процессов углеродного цикла в наземных экосистемах. Зависимость ее от факторов среды и типа почв недостаточно исследованы, несмотря на широкое использование показателя для оценки биологической активности почв. Особый интерес, особенно в последние десятилетия, представляет биосферная роль почвенного дыхания, вследствие повышения содержания парниковых газов в атмосфере, прежде всего С02, способствующих изменению среды и климата. Однако оценка потоков углерода из различных экосистем для отдельных регионов России довольно приблизительна. В последние годы дыхание почв в наземных экосистемах предлагается рассчитывать на основе геоинформационного анализа, для которого необходима дифференцированная оценка сезонных и годовых потоков С02 из почв в разных климатических зонах с учетом типа почвы, землепользования и др. [11]. Следует также учитывать техногенное загрязнение почв, поскольку оно является фактором, способствующим усилению эмиссии С02 [16-18]. Необходимость оценки эмиссии С02 в отдельных экосистемах, в частности агроэкосистемах Байкальского региона, обусловлена также практическим выполнением задач, связанных с подписанием Киотского протокола.
Задачи исследований: 1) в многолетнем мониторинге на разных типах почв в полях севооборота дать оценку суммарной за вегетационный сезон эмиссии С02 в разные по гидротермическим условиям годы; 2) в лабораторном опыте инкубирования выявить потенциальную эмиссию С02 из
*
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты < 01-04-97204, 03-04-49450 и 05-04-97206) и Интеграционного проекта С0 РАН (< 65, 2000-2002 гг.).
разных типов почв в оптимальных условиях, под действием замораживания-оттаивания и высуши-вания-реувлажнения, в том числе в зависимости от уровня загрязнения почв фторидами.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в лесостепной зоне Байкальского региона, характеризующейся резко континентальным климатом [1]. Снежный покров небольшой мощности бывает с ноября по апрель. Годовое количество осадков 270-400 мм, причем большая часть их приходится на вегетационный сезон (105-110 дней). Весенний и ранне-летний периоды часто бывают засушливыми, возможны пониженные температуры и заморозки. Согласно средней многолетней "норме", в начале мая температура воздуха не превышает 6-9°С, к середине июля она повышается до 17-18, а к концу августа снижается до 13°С. 0садки составляют 318 мм. В мае их мало (33 мм), в июне и августе больше (соответственно 71 и 87 мм), а максимум приходится на июль (127 мм).
Исследования проводили в полевых опытах на серой лесной и дерново-луговой почвах, включая аналоги, загрязненные выбросами алюминиевого производства (Иркутского алюминиевого завода). Предприятие ежегодно выбрасывает в атмосферу до 15 тыс. т загрязняющих веществ, среди которых более 40% составляют твердые фториды, преимущественно КаБ [9]. Многолетний (1997-2005 гг.) мониторинг эмиссии С02 из почв проводили по отработанной ранее методике [17, 18] в звене интенсивного севооборота (пшеница -пшеница - пар). Лабораторный опыт инкубирования проводили только на загрязненных почвах. 0бразцы для него отбирали осенью по вариантам полевых опытов, где для оценки отдаленных последствий промышленного загрязнения фторида-
227
7*
Таблица 1. Физические и химические свойства почв (0-20 см)
Вариант Сумма частиц, % Плотность сложения, г/см3 Коэф-фици-ент структурно- сти Гумус, % С гк, % от С общ К общ, % рН водный Нг Са2+ Mg2+ ЕКО
<0.01 >0.01 мг-экв/100 г
Серая лесная незагрязненная почва
Фон* 30.6 69.4 1.25 3.5 2.00 25 0.13 6.2 3.3 13.0 11.0 0.2 27.2
Серая лесная загрязненная почва
Фон* 36.8 61.3 1.19 4.0 2.95 33 0.14 6.6 3.3 15.8 4.0 0.5 29.0
Фон + КаБ(1) 38.0 60.0 1.40 1.8 2.86 38 0.14 7.4 2.3 13.2 3.8 5.0 33.5
НСР05 0.1 1.3 0.10 0.04 0.1 0.1 1.5 0.8 0.2 1.8
Дерново-луговая загрязненная почва
Фон* 29.2 63.2 0.80 2.4 11.45 42 0.58 8.0 Не опр. 24.5 6.9 0.7 62.7
Фон + КаБ(1) 29.9 63.8 0.79 2.8 11.34 41 0.58 8.4 » 24.5 6.3 4.1 65.2
НСР05 0.2 1.2 0.12 0.05 0.1 1.3 2.0 0.5 2.1
* Здесь и в табл. 2, показатели этого варианта характеризуют почву и полевых, и лабораторных опытов.
ми моделировали высокое их содержание путем дополнительного внесения КаБ [19]. Схема опытов на обеих почвах была одинаковой: 1 - КРК (фон), 2 - фон + торф, 3 - фон + КаБ (1), 4 - фон + + КаБ (1) + торф. Азотное удобрение вносили совместно с фосфорным и калийным из расчета 60 кг действующего вещества на гектар, торф - 120 т/га, КаБ - 1000 мг Б/кг, а также 5000 мг Б/кг почвы -только в опыте на дерново-луговой почве (вариант фон + КаБ(5)). Использовали химически чистые соли. До закладки лабораторного опыта (в январе следующего года) образцы почв, пропущенные через сито 10 мм, хранили в воздушно-сухом состоянии. Инкубирование почв проводили в контролируемых условиях тепла (20-22°С) и влажности (60% от полной влагоемкости) в вегетационных сосудах, вмещающих 8 кг почвы. Влияние на эмиссию С02 замораживания-оттаивания и высушивания-реувлажнения почв оценивали в вариантах фон и фон + КаБ(1). Для этого после 40 сут инкубирования часть сосудов подвергали замораживанию в снежной траншее на улице в течение 7 сут при ночной температуре в пределах -30°С. Оттаивание почв происходило в течение суток при температуре 7-10°С. Высушивание извлеченной из сосудов почвы проводили при температуре 20-22°С в течение 7 сут, затем ее вновь помещали в сосуды и реувлажняли до 60% от полной влагоемкости. Контролем в этом эксперименте служили почвы этих же вариантов, находящиеся в оптимальных условиях тепла и влаги.
Многолетние наблюдения за эмиссией С02 из почв в полевых опытах проводили в режиме оперативного мониторинга (шаг 7 сут) в течение вегетационного сезона (110 сут). В лабораторном опыте измерения проводили через двое суток в течение 60 дней, полностью изолируя поверхность сосуда. Повторность опытов трехкратная.
Скорость эмиссии С02 определяли абсорбционным методом. Суммарную эмиссию (мг/кг) рассчитывали способом линейной интерполяции [22]. Углерод микробной биомассы определяли регидратационным методом [8]. Одновременно следили за гидротермическими условиями в течение вегетационного сезона, включая влажность почв, в том числе в лабораторном опыте для поддержания ее постоянного режима.
Свойства почв исследовали общепринятыми методами [2, 6]. Гранулометрический состав определяли методом Качинского, а структурный - Саввино-ва. Емкость катионного обмена (ЕКО) анализировали методом Бобко-Аскинази. Содержание фтора определяли спектрофотометрическим методом [10]. Статистическую обработку данных выполняли с использованием компьютерных программ.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Исследуемые почвы различались по физическим и химическим свойствам (табл. 1). По гранулометрическому составу серые лесные почвы относились к среднему суглинку, а дерново-луговая -к легкому. Плотность сложения серых лесных почв была выше, причем при внесении КаБ (1) она увеличивалась до 1.4 г/см3. Одновременно изменялся коэффициент структурности. По химическим свойствам отличия почв были не менее значительными. Содержание гумуса в серых лесных почвах соответствовало уровню "низкое", а в дерново-луговой - "очень высокое", степень гумификации была "высокая" и "очень высокая". При внесении КаБ (1) изменения этих показателей не происходило, однако в серой лесной почве отмечалось повышение рН и снижение гидролитической кислотности. Емкость катионного обмена в этой почве оказалась вдвое ниже, как и содержание обменных кальция и магния (соответ-
Таблица 2. Содержание и степень подвижности фторидов в почвах (0-20 см)
Содержание фторидов
Вариант валовых, мг/кг водорастворимых СП, %* Б **
мг/кг ПДК
Фон Фон
Фон + торф Фон + N^(1) Фон + КаБ(1) + торф НСР0.5
485
870 850 1698 1625
Серая лесная незагрязненная почва | 5 | <ПДК
Серая лесная загрязненная почва
50 49 250 252 21
5 5
25 25
Дерново-луговая загрязненная почва
1.0
5.7
5.8 14.7 15.5
137.0
19.5 Не опр. 0.9 2.9
Фон 985 85 9 8.6 97.5
Фон + КаБ(1) 1827 111 11 6.1 53.4
Фон + КаБ(1) + торф 1685 112 11 6.6 Не опр.
Фон + КаБ(5) 4150 510 51 12.3 »
НСР0.5 29
* Степень подвижности фторидов - СП, % = Бвод/Бвал х 100. ** Буферность к загрязнению - Б^б = [С (С гк/С фк) ЕКО]/Ка х СП.
ственно 15.8 и 4.0, против 24.5 и 6.9 мг-экв/100 г в дерново-луговой). В варианте с внесением КаБ (1) содержание кальция уменьшалось, а натрия увеличивалось. В серой лесной почве обменный натрий составлял 14.9, а в дерново-луговой - 6.3% от ЕК0, что соответствовало классификации "солонцеватая" и "слабосолонцеватая" почва [6].
Валовое количество фтора в почвах было примерно одинаковым, но при внесении КаБ (1) выше (табл. 2). На серой лесной загрязненной почве в фоновом варианте содержание водорастворимых фторидов составляло 50 мг/кг, что соответствовало 5 ПДК (предельно допустимая концентрация - 10 мг/кг [20]), а на незагрязненной - 5 мг/кг ("региональный фон"). На загрязненной дерново-луговой почве показатель был выше. Существенными отличия были и по степени подвижности фторидов (СП, %), показатель которой на серой лесн
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.