Применение осадков сточных вод в качестве удобрения в сельском хозяйстве Ульяновской области

2. Агрохимическая характеристика озерного сапропеля и речного ила

Удобрение Органическое вещество, % ^бщ., % мг/кг pH

n-nh4 N-NO3 Ca ± Мя

Сапропель оз. Малые Ирдяги 37,4 1,6 0,41 39,9 3,31 8,2

Ил реки Сухорыш 7,7 2,4 0,01 8,7 5,54 7,3

Сапропель имеет более четко выраженную щелочную реакцию по отношению к илу за счет оксидов № и К (0,30% на сухое вещество). Кроме того, сапропель содержит 2,9% (1,3-5,4%) железа, 0,12% (0,9-0,22%) фосфора, 24,0% (6,6-60,5%) кремния, 2,6% алюминия. Вид сапропеля по минералогическому составу - органо-известковый. Наличие в данном сапропеле тяжелых металлов и других токсикантов значительно меньше ПДК и кларков: Си - 4,0 мг/кг, РЬ -14,3 мг/кг, Н§ - менее 0,01 мг/кг, Лб - 1,2 мг/кг.

Эффективность сапропеля и ила оценивали по влиянию на урожай клубней картофеля при разбросном предпосевном и локальном в гнездо внесении в почву, а также по влиянию на урожай фитомассы однолетних кормовых трав - рапса (действие) и викоовсяной смеси (последействие). Кроме того, изучали влияние этих удобрений на содержание крахмала в клубнях картофеля, выхода его с гектара посевной площади и кормовые достоинства фитомассы кормовых трав. Оба изученных удобрения положительно влияли на величину урожая однолетних кормовых культур, продуктивность пашни по выходу продукции с гектара пашни, занятой кормовыми культурами, урожай клубней картофеля, содержащие в них крахмала и выход крахмала с гектара посевной площади. Опытами не выявлено преимущество сапропеля перед речным илом и локального их внесения в почву под картофель по сравнению с разбросным.

По опыту Канады, США и некоторых стран Европы на Урале, как и в России в целом, с каждым годом увеличиваются площади, удобренные измельченной соломой. Внесение в почву соломы малозатратно, так как производится в процессе уборки зерновых культур комбайнами с соломоизмельчителями с последующей заделкой ее почвообрабатывающими орудиями.

В условиях прохладного климата на Южном Урале разложение соломы в почве происходит медленно и культуры, высеваемые на удобренном соломой поле, обычно испытывают дефицит минерального азота. Поэтому на 1 т соломы требуется вносить 8-10 кг азота.

Следовательно при использовании в 2010 г. 800 тыс. т соломы дополнительно потребуется 6,4 тыс. т азотных удобрений в действующем веществе. Внесенную в почву солому следует рассматривать не как удобрение прямого действия, способного сразу повысить урожай культур, а как источник органического углерода, что очень важно в условиях дисбаланса гумуса. При медленном разложении пожнивных остатков и запаханной соломы на первом этапе в процессе их гумификации образуются мобильные органические вещества и происходит постепенное увеличение содержания гумуса.

В длительном стационарном опыте Челябинского НИИСХ систематическое внесение соломенной резки в течение 35 лет повысило содержание в выщелоченном черноземе гумуса с 5,62 до 5,74% и лабильных органических веществ с 0,722 до 0,982%. Установлено, что при ежегодном внесении в почву соломы происходит увеличение в почве фитотоксинов, угнетающих полезную микрофлору и ростовые процессы растений. Поэтому солому вносят в почву на полях, идущих под пар, а также предназначенных для посева зернобобовых, поздно высеваемых пропашных культур и травосмесей, например, викоовсяных смесей на сено или зеленый корм. В стационарном опыте в шестипольном зернопаротравя-ном севообороте внесение соломы в почву повысило выход основной продукции с 1 га севооборотной площади в сумме за ротацию на фоне отвальной обработки на 9,5 ц, комбинированной обработки - на 11,6 ц зерн.ед.

Таким образом, Челябинская область располагает огромными ресурсами разнообразных по происхождению, химическому составу и агрохимическим свойствам органических удобрений. С увеличением спроса на рынке продукции земледелия отечественного производства объемы применения органических удобрений в рациональном сочетании с минеральными будут возрастать. Это позволит устранить дисбаланс гумуса и элементов питания в почве и повысить продуктивность агроценозов.

УДК 631.863

ПРИМЕНЕНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

А.Х. Куликова, д.с.-х.н., Н.Г. Захаров, к.с.-х.н., Т.В. Починова, к.б.н.

ФГОУВПО «УльяновскаяГСХА», e-mail: agroec@yandex.ru

Изучена эффективность применения осадков сточных вод (ОСВ) в качестве удобрения. Установлено, что ОСВ городов Ульяновск и Димитровград соответствуют по своим показателям нормативным требованиям и могут применяться в качестве органоминерального удобрения в сельском хозяйстве, зеленом строительстве, на что получены соответствующие сертификаты соответствия.

Ключевые слова: осадки сточных вод, урожайность, сельскохозяйственные культуры, экологически безопасная продукция.

APPLICATION OF SEWAGE SLUDGE AS FERTILIZER FOR AGRICULTURE IN UL'YANOVSK REGION

A.Kh. Kulikova, N.G. Zakharov, T.V. Pochinova

The application efficiency of sewage sludge as fertilizer of crops has been studied. It has been found, that sewage sludge in the cities of Ulyanovsk and Dimitrovgrad meet the normative requirements on their parameters and can be applied as organic and mineral fertilizers in agriculture, in green construction, for what corresponding certificates of conformity have been received.

Keywords: sewage residues, yielding capacity, crops, ecologically safe produce.

Одна из главных экологических проблем существования и развития современных городов - утилизация хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. На территории очистных сооружений накапливается осадок сточных вод (ОСВ) - многокомпонентная смесь веществ в основном органоминерального происхождения. Сброс в водоемы сточных вод без предварительной очистки от взвешенных иловых частиц, избытка содержания химических ингредиентов, без обеззараживания от патогенной микрофлоры в России запрещен законодательством. Решая технологические вопросы, связанные с очисткой сточных вод, муниципальные предприятия во-допроводно-канализационного хозяйства неизбежно сталкиваются с проблемой утилизации их осадков.

По удобрительной ценности ОСВ не уступают подстилочному навозу и правильное применение их в сельском хозяйстве позволяет повысить плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур [1-3]. Однако существует ряд ограничений, сдерживающих применение ОСВ в сельском хозяйстве: наличие тяжелых металлов (ТМ), болезнетворных микроорганизмов и других токсикантов. Последнее обусловливает необходимость исследования на региональном уровне возможности использования ОСВ с учетом их химического состава в качестве удобрения [4]. В каждом конкретном случае требуется научно-обоснованный подход к применению ОСВ, так как состав их отличается качественным и количественным разнообразием химических соединений и присутствующих элементов. В связи с достаточно большим объемом накопления ОСВ на городских иловых площадках и отсутствием линий их утилизации в настоящие время перед крупными городами Ульяновской области стоит острая проблема поиска путей экологически безопасного их размещения.

Исследования по изучению влияния ОСВ на урожай-

ность и качество продукции сельскохозяйственных культур проводили на опытном поле Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии (УГСХА) в 20002003 гг. и на опытном участке Технологического института - филиала УГСХА в Димитровграде в 2005-2008 гг.

Почва опытного поля УГСХА чернозем выщелоченный среднемощный среднесуглинистый с исходным содержанием гумуса 4,91-5,28-%, очень высокой обеспеченностью подвижными соединениями фосфора (по Чи-рикову) (240 мг/кг), высокой - обменным калием (133 мг/кг), рНкс1 6,3-6,7; филиала академии - серая лесная легкосуглинистая с содержанием гумуса 3,01%, подвижных Р205 135 мг/кг, К2О 110 мг/кг, рНкс1 5,6.

Экспериментальные культуры: однолетние травы в качестве сидерата, кукуруза на зеленую массу, гречиха, томаты. Для проведения полевых опытов использовали ОСВ с иловых карт очистных сооружений левобережья Ульяновска 10-летнего хранения и Димитровграда - 5-летнего.

Данные таблицы 1 показывают, что осадки по сравнению с почвой содержат высокое количество общего азота и его минеральных форм, почти такое же количество подвижных соединений фосфора и значительно меньше - калия. Они также обогащены микроэлементами (2п - 28, Си - 47, Мп - 147 мг/кг). Однако главную опасность при использовании ОСВ в качестве удобрения представляют тяжелые металлы (ТМ).

Расчет уровней поступления ТМ с осадками сточных вод (табл. 2) показал, что, несмотря на достаточно высокое содержание в них отдельных элементов (кадмий, никель, свинец, хром), количество их при использовании ОСВ в дозах 10 и 20 т/га не превышает предельно-допустимые уровни (ПДУ) поступления в почву с ОСВ. Аналогичные расчеты были проведены по ОСВ г. Ди-митровграда, которые показали относительную безопасность их почвенного размещения в дозах 20 и 40 т/га.

1. Агрохимическая характеристика ОСВ с иловых карт

городов Ульяновск и Димитровград в сравнении с почвой опытного поля

Объект Азот общий, % PHKCl Подвижные, мг/кг мг-моль/100 г

P2O5 K2O N-NO3 n-nh4 Ca Mg

ОСВ Ульяновска 2,05 6,8 94 62 69,6 85 24,3 3,9

ОСВ Димитровграда 2,9 7,0 30 32 не опр. не опр. 68,2 не опр.

Почва опытного поля 0,29 5,75 107 116 64 69 14,0 1,7

2. Содержание ТМ (мг/кг а.с.в.), радиоактивных изотопов (Бк/кг) в осадках сточных вод __и ^ уровни поступления их в почву____

ТМ Zn Cu Cd Pb Ni Cr* Hg As Sr90 Cs137

В ОСВ 88,7 26,1 3,6 23,2 39,7 28,5 0,105 0,55 3,17 30,8

Поступление в почву, кг/га с ОСВ 10 т/га 0,887 0,261 0,036 0,232 0,397 0,285 0,0011 0,0055 0,0317 0,308

с ОСВ 20 т/га 1,74 0,52 0,072 0,464 0,794 0,57 0,0022 0,11 0,063 0,616

ПДУ внесения в почву, кг/га 9,0 2,0 не уст. 0,5 1,0 5,0 не уст. не уст. не уст. не уст.

ПДК в почве, мг/кг 110 23,0 5,0 32,0 35,0 100 2,1 2,0 не уст не уст

* хром трехвалентный, хрома шестивалентного, ПДК которого составляет 0,05 мг/кг, в сточных водах не обнаружено.

3. Урожайность зеленой массы кукурузы и викоовсяной смеси, 20( 1-2003 гг., т/га

Основная обработка Кукуруза Отклонение от контроля Викоовсяная смесь Отклонение от контроля

т/га % т/га %

Без ОСВ

Отвальная 47,2 - - 23,3 - -

Плоскорезная 32,7 14,5 30,7 20,0 3,3 14,2

Комбинированная в севообороте 42,7 4,5 9,5 20,4 2,9 12,4

Поверхностная 34,3 12,9 27,3 19,4 3,9 16,7

ОСВ, 30 т/га

Отвальная (заделка ОСВ плугом на 25-27 см) 52,6 5,4 11,4 30,2 6,9 29,6

Плоскорезная (заделка ОСВ в слой 0-10 см, основная обработка плоскорезная на 25-27 см) 41,8 9,1 27,8 25,9 5,9 29,5

Комбинированная в севообороте (заделка ОСВ в слой 0-10 см, основная обработка плугом со стойкой СибИМЭ на 25-27 см) 49,3 6,6 15,5 27,9 7,5 36,7

Поверхностная (заделка ОСВ в слой 0-10 см, основная обработка плоскорезная на 0-10 см) 42,4 8,1 23,6 25,9 6,5 33,5

НСР05 * 2,7-3,7 0,9-1,7

** 3,8-5,3 1,3-2,4

* осадки сточных вод, ** системы основной обработки почвы

Исходя из вышеизложенного, дозы ОСВ при проведении полевых опытов составили 20-40 т/га. При этом исходили из требований максимально безопасного их применения.

Лабораторные анализы осуществляли по общепринятым методикам и соответствующим ГОСТам в сертифицированных лабораториях ФГУ САС «Ульяновская» (№ аккредитации РОСС.Яи.0001.510.251) и испытательной лаборатории «Ульяновская ГСХА» (№ РОСС.Яи 0001.513.748).

Исследования в 2000-2003 гг. проведены на базе стационарного опыта кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии Ульяновской ГСХА по изучению систем обработки почвы в шестипольном зернопропашном севообороте с чередованием культур: пар сидеральный (викоовсяная смесь) - озимая рожь - кукуруза - яровая пшеница - горох - овес методом расщепления делянок. Результаты их представлены в таблице 3.

Прежде всего следует отметить, что с момента закладки стационарного опыта (1988 г.) урожайность зеленой массы кукурузы независимо от складывающихся погодных условий была значительно выше по отвальной системе обработки почвы, обусловленная ее повышенной требовательностью к строению пахотного слоя и питательному режиму в соответствии с биологическими особенностями. 2001-2003 гг. в этом отношении не были исключением: урожайность по вспашке (1-й вариант, контроль) в среднем была выше на 14,5 т/га, чем в варианте с плоскорезным рыхлением на такую же глубину (28-30 см) и на 12,9 т/га - с поверхностной обработкой. В отдельные годы (2001) разница в урожайности зеленой массы между 1-м и 2-м вариантами достигала 18,5 т/га.

Внесение ОСВ привело к значительному повышению урожайности, которое в отдельные годы и по отдельным вариантам составляло от 4,0 до 15,8 т/га, в среднем за 3 года - от 5,4 до 9,1 т/га. При этом следует отметить, что прибавка урожайности от внесения ОСВ была выше по плоскорезному (в т.ч. поверхностному) фону, что связано с улучшением как агрофизического состояния, так и питательного режима. Зависимость урожайности зеле-

ной массы кукурузы от вышеуказанных факторов представлена следующим уравнением множественной корреляции:

у = 119,874 - 83,495 Х1 + 2,986 Х2,

где Х1 - плотность почвы (г/см3), Х2 - содержание минеральных форм азота (мг/кг).

Что касается сидератов, крайне важно совершенствование технологий возделывания их в направлении получения максимальной биомассы, так как она определяет уровень воспроизводства плодородия за счет зеленого удобрения. В этом отношении внесение ОСВ под сиде-ральную культуру целесообразно не только с точки зрения повышения урожайности, но и создания условий для нормального функционирования биоценоза, так как возделывание сидерата снижает отрицательное действие тяжелых металлов на ее микрофлору [5].

Анализ урожайности сидерата и его качества позволяет сделать следующие выводы:

- урожайность зеленой массы викоовсяной смеси при внесении осадков сточных вод в зависимости от способа заделки повышалась на 5,9-7,5 т/га. При этом содержание N Р, К в зеленой массе относительно снижалось. Однако общее накопление элементов в растительной массе в связи с увеличением урожайности при использовании ОСВ повышалось: по азоту на 27-33%, фосфору -18-32%, калию - 28-34%;

- викоовсяная смесь в качестве сидерата является азотно-калийным удобрением. Возврат элементов питания при использовании ОСВ в среднем за 3 года составил: азота 81-98 кг/га, калия 95-112 кг/га, тогда как фосфора - только 20-25 кг/га.

Эффективность ОСВ Димитровграда в качестве удобрения также была значительной: прибавка урожайности зеленой массы кукурузы в среднем составляла 5,7 (от 20 т/га ОСВ) и 8,8 (от 40 т/га ОСВ) т/га (табл. 4).

На второй год оценивали влияние ОСВ, внесенных в 2005 г., на урожайность гречихи. Прибавка урожайности зерна гречихи в зависимости от дозы осадков варьировала от 0,18 до 0,25 т/га.

В 2006-2007 гг. изучали влияние ОСВ на урожайность

4. Влияние ОСВ города Димитровграда на урожайность зеленой массы кукурузы,

Вариант Кукуруза Отклонение от контроля Гречиха Отклонение от контроля Томаты Отклонение от контроля

т/га % т/га % т/га %

Контроль 26,2 - - 0,75 - - 6,75 - -

ОСВ, 20 т/га 31,5 5,7 21,7 0,93 0,18 24 - - -

ОСВ, 30 т/га - - - - - - 8,91 2,16 32

ОСВ, 40 т/га 35,0 8,8 33,6 1,0 0,25 33 - - -

5. Содержание ТМ

в томатах, мг/кг в натуральном веществе

Вариант Zn Cu Pb Cd Cr» Ni Hg As

Контроль 1,01 0,7 0,028 0,012 0,11 0,11 0,00004 0,0015

ОСВ, 30 т/га 1,00 0,68 0,027 0,007 0,11 0,06 0,00002 0,0007

ПДК 100 30 5,0 0,3 0,05 3,0 0,05 0,5

НСР05 0,1 0,020 0,001 0,003 0,004 0,01 0,003 0,0006

и качество томатов. Результаты показали, что средняя масса плода в варианте внесения ОСВ увеличилась на 110 г по сравнению с контролем, где масса плода составила 261 г, что в пересчете на 1 га составило 6,75 т/га в контроле и 8,91 т/га на опытном варианте, или урожайность увеличилась на 32%.

При использовании ОСВ в качестве удобрения мониторинг содержания ТМ и других токсикантов в растениеводческой продукции обязателен. При этом многие исследователи отмечают, что нормированное внесение ОСВ в почву не приводит к накоплению ТМ в продукции выше предельно-допустимых уровней [1, 4].

Результаты экологической оценки зеленой массы возделываемых культур по содержанию нитратов и ТМ показали, что система основной обработки почвы - фактор, в значительной степени определяющий поступление их в сельскохозяйственную продукцию как с внесением, так и без применения ОСВ в качестве удобрения. Наиболее эффективной системой обработки, способствующей снижению поступления ТМ в сельскохозяйственную продукцию, была отвальная. По всем другим вариантам происходило большее поступление ТМ в растения. Например, при возделывании кукурузы в зеленой массе по поверхностной обработке без внесения ОСВ свинца накапливалось на 7% больше, на фоне ОСВ - на 26%, кадмия соответственно на 21 и 25%, никеля на 42 и 60%, хрома на 41 и 38% по сравнению с контролем.

Особую остроту приобретает знание поступления и распределения ТМ в овощных культурах. Установлено,

что все показатели по ТМ значительно ниже ПДК (табл. 5). Следовательно, действие ОСВ положительно влияли на урожайность, товарность и качество получаемой продукции (экологически безопасная).

Таким образом, результаты исследований показали на возможность безопасного использования ОСВ с иловых карт очистных сооружений городов Ульяновск и Димитровград в качестве удобрения зерновых, пропашных и овощных культур. При этом не происходит поступления ТМ в продукцию, более того, наблюдалось снижение накопления их в томатах. Последнее обусловлено тем, что в самих осадках содержание ТМ находится в пределах установленных норм с одной стороны, с другой-происходит так называемое «биологическое разведение» за счет более энергичного роста растений, который ведет к распределению элементов в большем объеме биомассы. Кроме того, при создании оптимального режима питания поступление ТМ в продукцию снижается.

На основе исследований получены сертификаты (№ 00000272, № 00000858), которые рекомендуют использование осадков непосредственно или в виде ком-постов в качестве органических удобрений в сельском хозяйстве, в промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, лесных и декоративных питомниках, для создания плодородного слоя при рекультивации нарушенных земель.

Литература

1. Михайлов Л.Н., Пужайкин И.В., Марковская М.П., Марковская Г.К. Научные основы применения осадков городских сточных вод в качестве удобрения. - Самара: Кн. изд-во, 1998. - 160 с.

2. Шуравилин А.В., Сурикова Н.В. Опыт удобрения почв осадком сточных вод в Московской области // Агрохимический вестник, 2006, № 1. - С. 24-27.

3. Болышева Т.Н., Валитова А.Р., Кижапкин П.П., Касатиков В.А. Результаты утилизации осадков сточных вод во Владимирской области // Агрохимический вестник, 2006, № 1. - С. 28-29.

4. Анциферова Е.Ю., Болышева Т.Н., Касатиков В. А., Юмвихозе Э. Распределение микроэлементов в профиле дерново-подзолистой почвы при внесении осадков сточных вод и извести // Мат. Междунар. науч. конф. «Биологические ресурсы и устойчивое развитие», Пущино, Моск. обл., 29 окт. - 2 нояб., 2001. - М., 2001. - С. 11.