Моделен водосбор - с. Цалапица, Пловдивско

Моделен водосбор - с. Цалапица, Пловдивско

На карта № 3 (ОЗ+ПЗП - обработваема земя и постоянно затревени площи) са представени данни за съдържанието на нитрати в наблюдаваните кладенци, чешми, каптажи, сондажи и извори в моделния водосбор на река Потока в района на с. Цалапица. Кладенците са подредени по профилната линия, съгласно тяхната надморска височина. Съдържанието на нитрати в кладенците под ОЗ и ПЗП са под ПДК (50 mg.l^-1) за питейни води, независимо от това, че периода на пробонабирането съвпада с втория годишен максимум на валежите в района, когато се създават условия за по-интензивна миграция на азота по почвения профил и данните за концентрациите на нитрати могат да отразяват азотното натоварване от предишни вегетационни периоди, както показват по-ранни изследвания на Стойчев и съавтори (1982), Колева (2002), Стойчева (2006) и други. Наблюдаваните кладенци, разположени в смесени урбанизирани територии, т. е. прилежащата територия около тях е в непосредствена близост до местата, където се съхранява оборски тор на не изолирано от почвата торохранилище, което е открито и представлява точков източник на замърсяване.

mg.l^-1 (БДС-2328 от 1983г.) и варират между 67 и 324 mg.l^-1. Изключение прави само един кладенец, който е с концентрация близка до ПДК (47 mg.l^-1). Безспорно, интензивното зеленчукопроизводство в комбинация с открито торосъхраняване са от начините на земеползване, които увеличават многократно риска от замърсяване с нитрати при тази почва. Високото съдържание на нитрати в кладенците, разположени в смесени урбанизирани територии в района на Цалапица се дължи главно на интензивно използване на прилежащите територии за зеленчукопроизводство, т.е. прилагане на голямо количество азотни торове на малка територия. Питейните води от водопровода в района са с ниско съдържание на нитрати (22 mg.l^-1). Ниско съдържание на нитрати е установено и при дълбоките кладенци от втория и третия водоносни хоризонти, които слабо или почти не се повлияват от начините на земеползване, и те се движат между 5,5 и 32 mg.l^-1. Повърхностните води (р. Марица и р.Потока) също са с ниско съдържание на нитрати, съответно 15 и 28 mg.l^-1.

Въпреки по-ниската си водозадържаща способност, хидравличната проводимост на излужената канелена горска почва се определя като ниска и при тази почва, както и при смолницата не се наблюдава директна хидравлична връзка между водоносните пластове. Определящо влияние за замърсяването на подземните води в района имат релефа и хидрогеоложките особености на терените, които определят териториите на захранване на водоносните хоризонти. На карта 4 са представени начините на земеползване и съдържанието на нитрати в кладенците от смесените урбанизирани територии (СУТ) по двете профилни линии в района на селата Долни и Горни Лозен,

По втората профилна линия отчетените концентрации на нитрати в подземните води се отличават с по-ниски абсолютни стойности. Отново в по-високата част на профилната линия (близо до вододела) съдържанието на нитрати е по-ниско. Най-високи концентрации за тази профилна линия са установени в най-плитките кладенци 266 и 229 mg.l^-1. И в двата случая, прилежащите територии се използват за интензивно зеленчукопроизводство. От направените до тук разсъждения може да се направи заключение, че начините на земеползване и различната степен на антропогенно натоварване на прилежащите територии оказва чувствително влияние върху съдържанието на нитрати в подземните води. Най-уязвими към нитратно замърсяване са подземните води в територии, при които има съчетание на някои от горепосочените фактори – леки по механичен състав почви, промивен воден режим, плитко заложени водоносни хоризонти, интензивно земеделие (в повечето случаи зеленчукопроизводство, което е свързано и с интензивно поливане и употреба на органични и минерални торове, както и отглеждане на животни (на малка територия). Прилагането на правилата за добри земеделски практики, утвърдени с нормативни документи за нашата страна, в тези територии е задължително.

2. Получените резултати, относно пространствената вариабилност на отделните компоненти на почвения разтвор, оценена чрез коефициента на вариация, показва значимо влияние, както на начина на земеползване, така и на отделното почвено различие. Стойностите на рН се колебаят в доста тесни граници (1-5%) по целия почвен профил за трите почви, като най-висок е този процент за разтвора, получен от алувиално-ливадната почва под угар, а най-нисък в разтвора за всички почви под тревни площи. При всички изследвани химични елементи колебанията са в доста широки граници (1-90%), в зависимост от земеползването, като обхватът е най-голям също при алувиално-ливадната почва при площи, заети под угар.

3. Доказано е, че от включените в схемата на експериментиране начини на земеползване, които отразяват различни степени на натоварване на екосистемата (горска растителност, тревни площи и угар) с най-високо съдържание на хранителни елементи е почвеният разтвор, получен от слоя 0-30 cm на трите изучавани почви - под горска растителност. Изключение прави излужената канелена горска почва при която под двата слоя 0-30 и 30-60 cm се измества разтвор с еднакво съдържание на хранителни елементи.

4. Установено е, че почвеният разтвор може да служи като индикатор за ранна прогноза на процесите, протичащи в системата посев-почва. Доказано е, че факторът земеползване е статистически значим (p=0.05) при някои основни характеристики на почвения разтвор като съдържание на калий, калций, магнезий и нитратен азот. По отношение на съдържанието на калций в почвения разтвор статистически доказана разлика при трите изучавани почви е установена под угар за слоя 0-30 cm. Под постоянно затревени площи – при излужена канелена горска почва и при алувиално-ливадна почва, а под горска растителност – при излужената смолница. Статистически доказани разлики при нитратния азот се наблюдават в разтвора при трите начина на земеползване под излужена смолница за слоевете 30-60 и 60-90 cm.

5. Установено е, че чрез съпоставяне на данните от минералния състав на изучаваните почви с катионно-анионния състав на почвения разтвор, формиран под влияние на различни типове земеползване, могат да се изяснят механизмите на постъпване на йоните в течната фаза на почвата, чрез процесите на изветряне при различни натоварвания на екосистемата. Доказано е, че различните начини на земеползване (горска и тревна растителност) при алувиално-ливадна почва и излужена смолница оказват влияние върху абсолютните стойности на компонентите на почвения разтвор, но не променят насоката на педогенното изветряне.

6. Антропогенните фактори, при условията на извежданите полски експерименти с различни култури (патладжан, домати, моркови, царевица, ечемик и пшеница) силно влияят върху химичния състав на почвения разтвор и придвижването на химичните елементи по дълбочина на почвения профил. Установено е, че при отглеждане на интензивни култури (патладжан и домати), при бездефицитен воден режим върху леки по механичен състав алувиално-ливадни почви се създава риск за измиване на хранителните елементи под еднометровия слой на почвата. Отглеждането на култури със слята повърхност (пшеница) редуцира чувствително износа на химични елементи извън коренообитаемия почвен слой.

7. Констатирано е, че след прибиране на отглежданите култури, почвеният разтвор от торените варианти остава обогатен с нитратен азот, калций и магнезий. Съдържанието на калий, натрий, хидрокарбонати и хлор в разтвора по целия почвен профил от изучаваните варианти се движи в границите на естествената вариабилност.

8. Износът на химични елементи с дренажния отток (лизиметричните води) извън коренообитаемия почвен слой е едно от най-важните пера на загуба на елементи в мас-баланса на веществата. За периода на изследване количеството на дренажния отток варира между 26,9 и 109,0 l/m². Констатирана е увеличена водна миграция на азота и калция и по-слабо изразена такава при магнезия. Износът на нитратен азот, в зависимост от нормите на торене, при отглеждане на различни култури се движи в границите от 0,30 – 3,80 kg.da^-1, а износът на калций варира съответно от 0,68 - 13,05 kg.da^-1.

9. Натрупването на остатъчен минерален азот в почвения профил след отглеждане на земеделски култури, повишаване на съдържанието му в почвения разтвор и лизиметричните води, миграцията му извън зоната на активната коренова дейност е сигнал за създаване на необходимите предпоставки за предвижването му по целия геоложки профил и обогатяване с нитрати на подземните води в резултат на земеделска дейност.

10. Съвременното интензивното земеделие (почвени обработки, торене, отглеждане на интензивни култури, поливане, прилагане на хербициди и други) оказва влияние върху химичния състав на плитките подземни води. Установено е, че съдържанието на нитрати се движи около ПДК за питейни води – 50 mg.l^-1, като по-високи концентрации се наблюдават главно през пролетта и лятото за целия изучаван период. При почви с лек механичен състав и плитко разположени подземни води е налице предпоставка за засилена миграция на химичните елементи по почвения профил.

11. Установено е, че подземните води под смесени урбанизирани територии се характеризират с по-ниски стойности на рН (дори под 7,5) и с по-високо съдържание на химичните елементи, докато водите от обследваните кладенци под обработваеми земи и постоянно затревени площи се характеризират в повечето случаи с алкална реакция и съдържание на химични елементи под или близки по съдържание до пределно-допустимите концентрации за питейни води.

ПРИНОСИ ОТ ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД
1. Получени са количествени параметри, характеризиращи течната фаза на излужена смолница, излужена канелена горска почва и алувиално-ливадна почва, в зависимост от земеползването при естествени и антропогенно натоварени екосистеми. Установените гранични стойности могат да се използват за експертни оценки на въздействието на земеделските практики в зони с екологични ограничения.

2. Направена е екологична оценка на промените в химичния състав на почвения разтвор и лизиметричните води, в условията на полски опити с различно торене и земеползване и под територии, заети с тревна и горска растителност. Разработен е методичен подход при провеждане на екологичен мониторинг на подземните води в нитратно-уязвимите зони.

3. Систематизирана и допълнена е многогодишната база данни за химичния състав на почвения разтвор, лизиметричните и подземните води в рискови за страната райони. Получената научна информация за течната фаза на почвата може да се използва за тестване на симулационни модели за предсказване на риска от замърсяване на отделните компоненти на агроекосистемата, а така също за екологична оценка на агротехнологиите, прилагани в уязвими по отношение на нитратно замърсяване на водите зони.


ПУБЛИКАЦИИ ВЪВ ВРЪЗКА С ДИСЕРТАЦИЯТА:
1.Стойчева Д., М. Керчева, В. Колева, Ц. Симеонова, 2007. Оценка на влиянието на земеползването върху химичния състав на почвения разтвор, Научни доклади. Международна конференция “Почвознанието-основа за устойчиво земеделие и опазване на околната среда”, 13-17 май, 2007, София, с. 210-214.

2.Стойчева Д., Ц. Симеонова, В. Колева, 2009. Влияние на антропогенните въздействия върху съдържанието на химични елементи в течната фаза на почвата и загубата им с дренажния отток, Международна конферендия по ISTRO “ Обработка на почвата и екология”, 1-5 септември, 2009, Албена, с. 437-444.

3.Симеонова Ц., 2009. Химичен състав на почвения разтвор в зависимост от земеползването, сп. Почвознание, Агрохимия и Екология, год. XLIII, кн. 3, 2009, с. 29-36.

4.Симеонова Ц., Д. Стойчева, В. Колева, П. Александрова, 2009. Динамика на химичния състав на подземните води при антропогенно натоварване, сп. Почвознание, Агрохимия и Екология, год. XLIII, кн. 3, 2009, с. 37-43.

( Summary)

Studying the processes of formation of soil solution at naturally land use gives valuable information for processes in the soil and has important theoretical and practical importance. It was studied the impact of different type of land use (forest, permanent grassland, fallow and different) on the composition and properties of the soil solution on three differеnt in their physico-chemical characteristics soils: Vertisol (Sredets, Stara Zagora region), Chromic Luvisol (Gorni Lozen, Sofia region) and Fluvisoils (Tsalapitsa, Plovdiv region) during 2005-2007. In the experimental field Tsalapitsa (Plovdiv) experiments with various crops - barley and aubergines (in 2005), wheat and tomatoes (in 2006), maize and carrots (in 2007) were conducted.

Significant changes in the components of the soil solution in the studied soils from surveyed areas are established. In Vertisol and Chromic Luvisol the highest values of elements in soil solution are defined under permanent crops and mixed forest, as at Fluvisoils - under acacia and permanent grassland.

The results obtained for the spatial variability of the individual components of the soil solution showed significant influence as to land use and soil of an individual difference. In all chemical elements fluctuations are in quite widely limits as the range is greatest in alluvial-meadow soil under fallow.

It was found that anion-cationic composition of the soil solution is influenced significantly by the status of the elements in the soil system. The soil solution obtained from the surface layer (0-30 cm) of three studied soils (under forest) was characterized with the highest nutrient content.

The results of statistical analyzing of the data show that land-use factor is statistically significant (p=0.05) with some basic characteristics of the soil solution as the content of potassium, calcium, magnesium and nitrate nitrogen.

Comparing data of the mineral composition of the studied soils with anion-cationic composition of the soil solution has been shown that different type of land use (forest and grass) in alluvial-meadow soil and Vertisol influence on the absolute values of the components of the soil solution, but not change the direction of weathering.

It was found that anthropogenic factors in the cultivation of different crops (aubergine, tomatoes, carrots, maize, wheat and barley) strongly influence on the chemical composition of soil solution and movement of chemical elements in soil profile depth. Found that after harvesting cultivated crops, fertilizing the soil solution variants remains enriched nitrate nitrogen, calcium and magnesium. The contents of potassium, sodium, chlorine and hydrocarbons in solution throughout the soil profile of the studied variants are moved within the natural variability.

Chemical elements uptake in the drainage outflow (lysimetric water) outside root- inhabited soil layer is one of the most important items of loss elements in mass balance of substances. Water migration of nitrogen and calcium is found increased and less for magnesium. According to the norms of fertilization nitrate nitrogen uptake varies in the range from 0,30 - 3,80 kg.da^-1, while calcium uptake varies respectively from 0,68 to 13,05 kg.da-¹.

It has been demonstrated experimentally that modern intensive agriculture (soil treatment, fertilization, cultivation of intensive crops, irrigation, application of herbicides, etc.) affect the chemical composition of shallow groundwater. It was found that the nitrate content is around standards for drinking water (50 mg.l^-1) as higher concentrations were observed mainly in spring and summer for the entire studied period. There is precondition for enhanced migration of chemical elements in soil profile at soils with light mechanical composition and shallow located groundwater.

It was found that the groundwater in mixed urban areas are characterized by lower pH values (even below 7.5) and higher content of chemical elements, while water from surveyed wells in arable land and permanent grassland is characterized in most cases with an alkaline reaction and content of chemical elements in or close by content to limit values for drinking waters.