Изменение агроэкологических параметров дерново-подзолистой почвы при применении органо-растительного компоста на основе осадков сточных вод

Известия ТСХА, выпуск 4, 2005 год

УДК 631.879.2:631.816:631.445.24

ИЗМЕНЕНИЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ОРГАНО-РАСТИТЕЛЬНОГО КОМПОСТА НА ОСНОВЕ ОСАДКОВ

СТОЧНЫХ ВОД

ЧЖОУ ДУНСИН, В.А. КАСАТИКОВ*, В.А. РАСКАТОВ

В полевом опыте изучалось влияние осадков сточных вод (ОСВ) и органо-растительного компоста (ОРК) на агрохимические свойства почвы. Исследования показали высокую эффективность ОРК по сравнению с ОСВ, их положительное влияние на уровень доступных форм питательных элементов в почве. Действие и последействие ОРК и ОСВ имеют качественно различное влияние на кислотно-основные свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы, обусловленные агрохимическими свойствами удобрений.

При решении задач по очистке городских сточных вод неизбежно возникает проблема в утилизации образующихся осадков сточных вод (ОСВ). В составе ОСВ содержится большое количество органического вещества и питательных элементов, легко переходящих в доступные для растений формы, что является ценным сырьем для получения органических удобрений. Из существующих методов утилизации осадков наиболее надежным и экологически выгодным является использование ОСВ в качестве органического удобрения. Выявлено, что 10 млн т осадков сточных вод по содержанию сухого вещества, основных элементов питания и удобрительной ценности равноценны примерно 50 млн т навоза. Использование части ОСВ на удобрения позволит сохранить значительное количество минеральных туков, уменьшит дефицит гумуса [6].

ОСВ обладают высокими запасами углерода, азота и фосфора, обо-

* ВНИПТИОУ.

гащены полезной микрофлорой, положительно влияют на физические свойства почв. Различные виды осадков содержат 20-30% углерода и 25% гуминовых веществ, при внесении ОСВ в почву отмечено накопление общего углерода и гуминовых веществ, преимущественно фуль-ватного характера [9, 5, 7]. Это обуславливает целесообразность их широкого использования в качестве нетрадиционных органических удобрений в сельском хозяйстве, городском озеленении и т. д. Одновременно решается и задача устранения больших объемов загрязняющих веществ [6]. Поэтому использование ОСВ в качестве местных удобрений является также эффективным способом ликвидации этого отхода, хотя применение его требует определенной осторожности, поскольку некоторые виды ОСВ содержат повышенное количество тяжелых металлов и органических поллютантов [7].

В то же время для объективной оценки действия конкретного удоб-

рения, произведенного на основе тех или иных отходов, необходимы его испытание в системе агро-экологического мониторинга и разработка технологий по экологически безопасному, экономически выгодному его применению в менее ущербных звеньях экосистемы аг-роландшафтов [2].

В настоящий период применение традиционных минеральных и органических удобрений резко сократилось, в связи с этим растет интерес к использованию местных аг-роруд, а также отходов промышленности и коммунального хозяйства, среди них существенную долю занимают ОСВ. Наряду с ОСВ в сельском хозяйстве могут использоваться различные виды органических удобрений на их основе, производимые путем компостирования осадков с различными органическими наполнителями [1].

Отмечено, что внесение осадка улучшает физические свойства почв: повышается их водоудерживающая способность, уменьшается объемная масса, предотвращается образование поверхностной корки. В результате уменьшается опасность почвенной эрозии и снижаются потери питательных веществ с поверхностным стоком. Под влиянием осадка улучшается агрегатное состояние почв, подверженных выдуванию, вследствие чего снижается опасность ветровой эрозии. Проти-воэрозионное действие осадка и компостов, приготовленных на его основе, объясняется присутствием в нем органического вещества, повышающего оструктуренность, и также наличием грубых частиц и кальция, улучшающих водно-физические свойства почвы.

В настоящее время необходимость переработки ОСВ на удобрение не вызывает сомнений. Однако неясных и нерешенных вопросов

еще много. Прежде всего это поиски способов переработки, удовлетворительных и в экономическом, в экологическом отношениях и пригодных для разнообразных местных условий и разных масштабов переработки. В экологическом направлении усилия концентрируются на исследовании долговременных последствий внесения осадка в почву, что позволит установить, возможно ли длительное и безопасное для окружающей среды ведение с.-х. производства с применением удобрений из осадка сточных вод [8].

Цель исследований — изучить влияние органо-растительного компоста (ОРК) на основе ОСВ в составе органической и органоминераль-ной систем удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистой супесчаной почве и агрохимические свойства почвы по действию и последействию органических и ор-ганоминеральных систем удобрений на основе органо-растительного компоста и ОСВ.

Методика исследований

Полевые исследования проводятся на дерново-подзолистой супесчаной почве в полевых стационарных опытах Всероссийского научно-исследовательского, конструкторского и проектно-технологи-ческого института органических удобрений и торфа (ВНИПТИОУ) (Владимирская обл., п. Вяткино) в 2002-2003 (опыт 1) и 2003-2004 гг. (опыт 2). Почва опытных участков дерново-подзолистая супесчаная, подстилаемая суглинистой мореной. Пахотный горизонт находится в толще супесчаного отложения. Рельеф участка выровненный. Выращивание проводится для кормовой цели. Реакция среды пахотного слоя слабокислая, сумма поглощенных оснований — 6,92 мгэкв/100 г, со-

держание Р205о6щ. — 8,5, К2Оо6щ. — 4,1 мг/100г почвы.

ОРК приготовлен в 2002 г. из без-реагентного ОСВ г. Владимира и викоовсяной смеси. Соотношение компонентов 1:1 (по сухому веществу).

В образцах почвы, отобранных после вегетации растений, проводили анализ основных агрохимических показателей: рН солевой вытяжки — потенциометрически, Нг. — по Кап-пену, сумму поглощенных оснований — по Каппену-Гильковицу, фосфор в вытяжке 0,2 М НС1 — колориметрически по Дениже, калий в этой же вытяжке — методом пламенной фотометрии.

Схема опыта 1:1 — контроль (без удобрений); 2 — ОСВ 30 т/га; 3 — ОРК (экв. ОСВ 30 т/га по Р205).

Схема опыта 2: 1 — контроль (без удобрений); 2 — ОРК 15 т/га; 3 — ОРК 30 т/га; 4 — ОРК 15 т/га + + известь 3 т/га; 5 — ОРК 30 т/га + + известь 3 т/га; 6 — ОРК 15 т/га + + ЫвоКво; 7 — ЫРК (эквивалент ОРК 15 т/га).

Дозы ОСВ и компоста приведены к 50% влажности и выравнены по Р205. Размещение делянок рен-домизированное, повторность опыта 5-кратная, площадь делянки 3 м2, вокруг опыта защитная полоса шириной 0,5 м. Органические удобрения внесены весной 2003 г. под основную обработку почвы. Чередование культур: ячмень - овес - клевер. Все агротехнические приемы в опыте выполняют вручную.

Результаты и их обсуждение

Влияние ОСВ и ОРК на их основе на агрохимические свойства почвы определяется качественным и количественным составом органического вещества, зольной части осадка, а также свойствами ингредиентов, используемых при их производстве [4]. Физико-химические

свойства ОРК способствуют изменению агрохимических свойств почвы [3].

Агрохимические свойства ОСВ и ОРК приведены в табл. 1.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика органических удобрений

Показатель ОСВ ОРК

рН СОЛ 7,0 6,6

Влажность, % 52,0 31,2

Зольность, % 60,5 70,4

Общие формы,

% сухого вещества:

N 1,78 1,25

р2о5 2,05 1,81

к20 0,36 0,56

Углерод, % 20,1 17,4

В процессе компостирования ОСВ с растительной биомассой возрастает валовое содержание калия и подвижных форм азота, фосфора и калия. При этом общее содержание азота, фосфора и углерода в ОРК снижается в сравнении с ОСВ, что обусловлено процессами смешивания компонентов компостной массы и их компостированием. Наблюдаемое снижение содержания общего азота обусловлено развитием и активной жизнедеятельностью целлюлозоразлагающих микроорганизмов.

Внесение ОРК в дозах от 15 т/га по сухому веществу заметно повышает концентрацию фосфора в почве. В условиях применения органической и органоминеральной систем удобрений на основе ОСВ и ОРК требуется детальное рассмотрение характера и направленности их влияния на агрохимические свойства почвы.

В опыте 1 проводили исследования по сравнительному изучению действия ОСВ и ОРК на агрохимические свойства почвы в условиях «незагрязненного» внесением органических удобрений на основе ОСВ почвенного фона (табл. 2).

Таблица 2

Влияние ОСВ и ОРК на агрохимическую характеристику почвы, 0-20 см

Вариант

рНа

Нг, мгэкв/100 г

Э, мгэкв/100 г

Т, мгэкв/100 г

V, %

Р205, мг/100 г

К20, мг/100 г

Действие

1 4,90 2,22 4,96 7,18 69,1 5,14 4,2

2 5,15 2,10 5,38 7,48 71,9 15,1 4,1

3 5,18 2,03 5,33 7,36 72,4 19,6 3,6

НСРоб 0,18 0,1 0,25 0,11 0,31 0,71 0,29

Последействие

1 4,90 2,31 4,60 6,91 66,7 3,65 3,64

2 5,13 2,18 5,63 7,81 72,1 9,08 4,05

3 5,08 2,16 5,77 7,93 72,8 16,3 4,05

НСРоб 0,12 0,09 0,35 0,47 1,07 1,13 0,29

При исследовании их действий в соответствии с полученными данными в слое почвы 0~20 см произошло изменение агрохимических свойств как при внесении ОСВ в дозе 30 т/га, так и ОРК, эквивалентного ОСВ по содержанию Р205. В частности, достоверно снизились величины обменной и гидролитической кислотностей. Уровень Нг. снизился соответственно на 5,4 и 8,5%, что обусловлено действием 2- и 3-валентных катионов, попадающих в почвенный раствор в процессе разложения осадков сточных вод и органо-растительного компоста. При этом ОСВ и ОРК оказывают положительное влияние на сумму поглощенных катионов. Ее величина выросла соответственно на 8,5-7,5%.

При внесении ОСВ и ОРК содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы возрастает соответственно в 2,93 и 3,82 раза. Данная зависимость определяется, с одной стороны, содержанием фосфора в ОСВ и ОРК, с другой — скоростью разложения удобрений в пахотном слое почвы. В то же время содержание обменного калия в почве после внесения ОСВ и ОРК снижалось. Это объясняется, с одной стороны, низким исходным содержанием калия в ОСВ и ОРК, а с

другой — повышенным выносом калия возросшей биомассой ячменя.

Таким образом, ОСВ и ОРК на основе ОСВ и викоовсяной смеси в условиях «незагрязненного» почвенного фона эффективнее влияют на агрохимические свойства почвы.

Последействие ОСВ и ОРК положительно сказывается на агрохимических свойствах пахотного слоя почвы (Апах).. В условиях низкой буферной емкости Апах как и по действию происходит заметное изменение кислотно-основных свойств почвы. При этом по сравнению с действием выявлено увеличение обменной и гидролитической кислотностей почвы. Данная зависимость может быть обусловлена различием в климатических условиях 2002 и 2003 гг'. При этом сумма поглощенных катионов повысилась соответственно на 22 и 25%.

Уровень фосфатно-калийного режима пахотного слоя почвы по последействию ОСВ и ОРК определяется, с одной стороны, интенсивностью процессов разложения органических удобрений в почве, а с другой — выносом фосфора биомассой растений. В связи с этим выявлено увеличение Р205подв. по последействию ОРК в сравнении с контролем в 4,46 раза. В то время как для вариантов с ОСВ уровень Р205ПОДВ.

увеличился только в 2,5 раза, что ниже данных, полученных при изучении действия этих видов. В условиях «незагрязненного» почвенного фона положительное влияние последействия ОРК на основе ОСВ и викоовсяной смеси на динамику РгОбподв. существенно выше, чем последействие ОСВ. При этом в отличие от действия данных удобрений выявлено положительное влияние их последействия также и на динамику К200б„.

В опыте 2, согласно полученным данным, выявлено неоднозначное влияние рассматриваемых систем удобрений на агрохимические свойства почвы (табл. 3).

В вариантах 2, 3 внесение ОРК оказывает положительное действие на кислотно-основные свойства почвенного поглощающего комплекса в пахотном слое почвы (0~20 см). В то же время известкование по фону ОРК способствует дальнейшему снижению обменной и гидролитической кислотностей и увеличению суммы поглощенных оснований в пахотном слое почвы, что обусловлено действием 2-валентных катионов, поставляемых известью в почвенный раствор. В вариантах 6, 7 при внесении минеральных азотно-калий-ных удобрений в почве происходит незначительное повышение обменной и гидролитической кислотностей и снижение суммы поглощенных ос-

нований в сравнении с фоном ОРК 15 т/га.

В соответствии с полученными данными внесение органо-расти-тельного компоста в вариантах 23 приводит к увеличению концентрации подвижного фосфора в пахотном слое почвы на 48-76%. В то же время внесение извести способствует снижению концентрации подвижного фосфора в вариантах 4-5 на 10~12% по сравнению с фоновыми вариантами за счет образования Са-фосфатов.

Динамика калийного и фосфатного режимов почвы при внесении ОРК как отдельно, так и в сочетании с известью одинакова. При внесении ОРК в почву происходит увеличение содержания калия в ней по всем вариантам опыта на 39-50%. В то же время известкование почвы приводит к снижению концентрации обменного калия на 2-3%. Это свидетельствует о недостаточном уровне воздействия известкования на кислотно-основные свойства почвы и на степень изменения калийного режима почвы.

Таким образом, действие ОРК отдельно и в сочетании с известью оказывает неоднозначное влияние на фосфатно-калийный режим почвы. Оно обусловлено действием извести на обменные свойства почвенного поглощающего комплекса и интенсивностью процессов био-

Таблица 3

Действие органо-растительного компоста на агрохимическую характеристику почвы,

0-20 см

Вариант

рН0

Нг, мгэкв/100 г

Э, мгэкв/100 г

Т, мгэкв/100 г

V, %

Р205, мг/100 г

К2Э, мг/100 г

1 5,74 1,28 10,6 11,9 89,2 6,89 6,51

2 5,83 1,06 11,3 12,4 91,4 11,4 9,24

3 5,87 1,02 11,4 12,4 91,8 12,2 9,77

4 5,98 0,93 11,5 12,5 92,5 10,2 9,08

5 6,04 0,89 11,7 12,6 92,9 12,0 9,46

6 5,80 1,16 10,9 12,1 90,4 10,8 11,0

7 5,63 1,23 9,85 11,1 88,9 8,05 9,24

НСР05 0,08 0,06 0,65 0,42 0,54 0,72 0,54

логического разложения ОРК в почве.

В целом же действие ОРК как отдельно, так и в сочетании с известкованием и минеральными удобрениями оказывает существенное влияние на агрохимические свойства почвы. В ходе исследования выявлено наиболее эффективное влияние на агрохимические свойства почвы действия ОРК в дозах 15-30 т/га в сочетании с известкованием.

В опыте 2 по последействию ОРК, минеральных удобрений и известкования почвы выявлено неоднозначное влияние данных удобрений на агрохимические свойства почвы (табл. 4). В частности, в вариантах 2, 3 по последействию ОРК сохраняется их положительное влияние на кислотно-основные свойства почвенного поглощающего комплекса в пахотном слое почвы (0-20 см), выявленное по действию удобрений. В то же время известкование по фону ОРК способствует дальнейшему снижению обменной и гидролитической кислотностей и увеличению суммы поглощенных оснований в пахотном слое почвы, что обусловлено влиянием катионов Са2+, в составе доломитовой

муки, используемой для известкования почвы. В вариантах 6, 7 по последействию минеральных азот-но-калийных удобрений в почве

происходит повышение обменной и гидролитической кислотностей и снижение суммы поглощенных оснований в сравнении с фоном ОРК 15 т/га.

По последействию ОРК в вариантах 2-3 сохраняется его положительное влияние на концентрацию подвижного фосфора в пахотном слое почвы, выражающееся в ее увеличении на 74-88%. При этом последействие известкования приводит к дальнейшему росту концентрации подвижного фосфора в вариантах 4-5 в сравнении с фоновыми вариантами за счет очевидного распада Са-фосфатов, образовавшихся в почве при совместном внесении ОРК и доломитовой муки и интенсификации деструкции ОРК в почве по последействию доломитовой муки.

Динамика калийного режима почвы по последействию ОРК отдельно и в сочетании с известкованием однотипна фосфатному. И действительно, если по последействию ОРК в почве, как и по действию выявлено увеличение содержания калия в вариантах 2-3 на 24-37%, то при сочетании с известкованием рост концентрации обменного калия составил 52-86%.

Таким образом, ОРК отдельно и в сочетании с известью по действию и последействию оказывает неоднозначное влияние на фосфатно-калийный режим почвы. Оно обус-

Таблица 4

Последействие органо-растительного компоста на агрохимическую характеристику

почвы, 0-20 см

Вариант рНсол. Нг, мгэкв/100 г Э, мгэкв/100 г Т, мгэкв/100 г V, % Р205, мг/100 г К20, мг/100 г

1 5,54 1,19 5,94 7,13 83,3 5,37 , 5,12

2 5,90 1,03 5,88 6,91 85,1 11,1 7,60

3 5,84 1,01 6,99 8,00 87,4 12,0 8,39

4 6,16 0,75 6,73 7,48 90,0 11,9 9,31

5 6,20 0,77 7,52 8,29 90,7 13,0 11,4

6 5,85 1,13 6,37 7,50 84,9 9,58 7,22

7 5,63 1,15 6,37 6,52 97,7 7,02 7,60

НСР05 0,21 0,08 0,46 0,20 1,34 1,10 0,54

ловлено действием известкования на обменные свойства почвенного поглощающего комплекса и интенсивность процессов биологического разложения ОРК в почве во времени.

В целом же последействие ОРК как отдельно, так и в сочетании с известкованием и минеральными удобрениями оказывает существенное влияние на агрохимические свойства почвы. В ходе исследования выявлено наиболее эффективное влияние на агрохимические свойства почвы последействия ОРК в дозах 15-30 т/га в сочетании с известкованием. Данная зависимость соответствует выводу, полученному при изучении действия ОРК в сочетании с известкованием почвы.

Таким образом, органическая и органоминеральная системы удобрений как по действию, так и по последействию в зависимости от вида органического удобрения оказывает неоднозначное влияние на агрохимические свойства почвы, в частности, на кислотно-основные свойства, содержание подвижного фосфора и обменного калия. При этом они прямо или косвенно влияют на уровень доступности растениям макро- и микроэлементов, качество и продуктивность с.-х. культур.

Заключение

Результаты исследований позволяют обосновать агроэкологическую целесообразность широкого использования ОРК на основе ОСВ. Проведенные исследования показали высокую эффективность ОРК по сравнению с ОСВ и их положительное влияние на уровень доступных форм питательных элементов в почве: возрастает содержание Р205 — в 1,2— 4,5; К20 — в 1,1-2,2 раз.

Действие и последействие ОРК и ОСВ оказывают различное влияние на кислотно-основные свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы в зависимос-

ти от агрохимических свойств удобрений. При этом ОРК в сравнении с ОСВ способствует значительно большему снижению Нг. Аналогичная зависимость выявлена при рассмотрении действия ОСВ и ОРК на емкость катионного обмена.

Различия в действии и последействии ОРК и ОСВ на фосфатный режим почвы определяются более высоким содержанием Р205ПОДВ. в ОСВ. В то же время содержание К20обм. не зависит от вида удобрения, находясь в пропорциональной зависимости от их доз. Для органо-минеральных систем удобрений характер изменения фосфорного режима почвы определяется, с одной стороны, его повышенной концентрацией в органическом удобрении, с другой — действием фосфорных удобрений.

В то же время калийный режим почвы при органоминеральной системе определяется в основном внесением минерального калия. Известкование почвы по фону ОРК снижает концентрацию А РгОбпода. в Апах. на 10~ 12% за счет образования Са-фосфатов. По последействию известкования происходит рост концентрации Р205подв. в Аиах в сравнении с не-известкованным фоном за счет минерализации ОРК.

ЛИТЕРАТУРА

1. ДорошкевичС.Г., УбугуиовЛЛ., Ман-гатаве Ц.Д. и др. Продуктивность и качество картофеля при использовании органоминеральных удобрительных смесей на основе осадков сточных вод и цеолитов // Агрохимия, 2002. № 8. С. 41-48. — 2. Захаренко A.B. Использование органогенных бытовых и промышленных отходов в современном земледелии// Материалы международного симпозиума «экологические и технологические вопросы производства и использования органических и органоми- > неральных удобрений на основе осадков городских сточных вод и твердых бытовых отходов». Владимир, 2004. С. 3~ 5. — 3. Касатиков В.А. Агроэкологичес-кие особенности и оптимизация применения систем удобрений на основе торфа и осадков городских сточных вод в

Нечерноземной зоне РСФСР. Автореф. докт. дисс. Владимир. 1988. — 4. Касатиков В.А., Есъков А.И., Черников В.А. и др. Влияние мелиорантов и осадков городских сточных вод на миграцию тяжелых металлов в дерново-подзолистой супесчаной почве // Изв. ТСХА, 2003. № 1. С. 33-43. — 5. Касатиков В.А., Орлов Д.С., Амосова Я.М. Действие осадков городских сточных вод на структурные свойства гумусовых кислот дерново-подзолистой супесчаной почвы // Почвы среднего Поволжья и Урала. Теория и практика их использования и охраны. Тезисы докл. XII конф. почвоведов, агрохимиков... Казань, 1991. С. 209-212. —

6. Мохаммед А.Т. Агроэкологическая оценка влияния осадков городских сточных вод и мелиорантов на биогеохимические показатели полевого агроцено-за. Автореф. канд. дис. М., 2001. — 7. Отаббонг Э., Якименко О.С., Садовнико-ва Л.К. Влияние городских осадков сточных вод на доступность биогенных элементов в вегетационном эксперименте // Агрохимия, 2001. № 2. С. 55-60. — 8. Покровская С.Ф., Касатиков В.А. Использование осадка городских сточных вод в сельском хозяйстве. М.: Агрпромиздат., 1987. — 9. Deiana S., Gersa С., Мапип-za В. et al. // Soil Science, 1990. Vol. 150, № 1. P. 14-18.

SUMMARY

In the field experiment aiming to evaluate the impact of sewages (S) and organic — plant (OPC) compost on the agrochemical properties of soil was studied. The researches showed high efficiency the OPC in comparison with S also their positive influence on the level of nutritious elements in soil. Affect of OPC and S have quality a different influence on the acid-basic properties of sod-podzol soil, conditioned by agrochemical properties of fertilizes.