Воспроизводство плодородия почв с помощью осадков сточных вод

Воспроизводство плодородия почв с помощью осадков сточных вод

А.В. Филиппова, к.с-х.н, зав. кафедрой, А.А. Мель-ко, зав. лабораторией, Оренбургский ГАУ

В настоящее время наблюдается все возрастающая тенденция истощения плодородия почв. В связи с этим возникает острая необходимость применения нетрадиционных видов удобрений, способных восстановить плодородие или хотя бы снизить деградацию почв. К таким нетрадиционным видам удобрений относятся, в частности, осадки сточных вод (ОСВ).

Как показывает зарубежный опыт, одним из основных методов утилизации ОСВ служит их сельскохозяйственное использование. Так, в среднем по странам в качестве удобрения используется 32,4% осадков. В США за последние 25 лет внесение осадков сточных вод в почву увеличивалось с 0,93 до 4 млн.т (в расчете на сухое вещество). Налажено успешное использование для этих целей осадков из городов Чикаго, Мэдисон, Колумбус и др. В 1993 г. Агентство по охране окружающей среды США опубликовало правила, регулирующие применение осадков, сводящие к мини-

муму риск для здоровья человека и качества окружающей среды. Федеральные правила стимулируют использование осадков в качестве удобрения как почвоулучшителя [1, 2].

Осадки сточных вод многих городов по действию на агроценозы могут рассматриваться как ценные органические удобрения, аналогичные навозу или компостам [3].

ОСВ способствуют повышению активности почвенных микроорганизмов, которые участвуют в гумусообразовании не только косвенно, благодаря процессам разложения, но и непосредственно включаясь в синтез гумусовых веществ почвы, что в свою очередь приводит к повышению урожайности почвы [4].

В 2004—2006 гг. проводились исследования ОСВ очистных сооружений ЮУФ ООО «Газпром-энерго», п. Павловка Оренбургского района Оренбургской области.

Химические анализы почвы, ОСВ и растительных образцов проводились на базе Центра агрохимической службы «Оренбургский». Содержание тяжелых металлов в ОСВ и растительных

образцах определялось на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Определение нитратов проводилось ионоселективным методом. Определение содержания гумуса в почве после внесения ОСВ проводили методом Никитина. В растениях определяли накопление в товарной части урожая нитратов из среднесмешанного образца стандартных плодов. Минерализация растительных проб осуществлялась методом сухого озоле-ния. Исследование изучаемого ОСВ на яйца гельминтов проводилось по методике Н.А. Романенко (1996) [5].

Влияние ОСВ на растения изучалось в мел-коделяночном полевом опыте рендомизирован-ным способом размещения делянок, в прямом воздействии. Опыт был заложен в четырехкратной повторности по следующей схеме: 1. Контроль — навоз КРС в дозе 40 т/га; 2. Доза внесения ОСВ — 40 т/га; 3. Доза внесения ОСВ — 60 т/га; 4. Доза внесения ОСВ — S0 т/га. Во время вегетации проводились фенологические и биометрические измерения по методикам ТСХА. Динамику урожая определяли методом прямого взвешивания.

Почвенную активность определяли методом льняных полотен («аппликаций») [4] на 40-й день после высадки культур. Посев почвенных образцов для микробиологических исследований проводили в разведении 1:1000 на МПА. Количественный учет микроорганизмов провели методом микроскопирования на фиксированных препаратах, окрашенных по Грамму. По размеру и форме колоний, а также цвету, профилю и консистенции колоний провели родовое определение микробио-тического сообщества.

Изучаемый осадок сточных вод после пяти лет хранения на иловых площадках представляет собой землеподобную массу 50—60% влажности, содержит 36% (от сухого) органических веществ, до 2,24% общего азота, до 1,26% валового фосфора (Р2О5), до 0,3% калия (К2О), богатый набор микроэлементов. Особые требования предъявляются к содержанию тяжелых металлов в осадках [6]. Этот санитарно-химический фактор может стать ограничивающим при утилизации осадков в качестве удобрения. Изучаемый нами осадок не показал превышения ни по одному из регламентированных тяжелых металлов [7].

Таким образом, осадки очистных сооружений п. Павловка ЮУФ ООО «Газпромэнерго» противопоказаний для применения в качестве органических удобрений не имеют. Для изучения влияния данного ОСВ в качестве органического удобрения мы провели ряд опытов с использованием фитообъектов. Растением-индикатором, хорошо реагирующим на содержание солей тяжелых металлов, является кресс-салат (Lapidum sativum). Выращивание его на определенных соотношениях почвы и ОСВ показало, что активность росто-

вых процессов значительно возрастает при использовании осадков.

Анализ, проведенный на накопление тяжелых металлов в вегетативной массе индикаторного растения, показал отсутствие превышения ТМ. Это дало основание провести эксперимент на растениях с высокой биологической продуктивностью для оценки удобрительных качеств изучаемых ОСВ.

Выбранные для эксперимента овощные культуры в нашем случае играют роль тест-объектов, так как и перец, и баклажан являются не только высокоотзывчивыми культурами, но и индикаторами засоления почвы. Результаты ростовых процессов показывают, что по всем изучаемым вариантам шел активный прирост.

Опережение в росте перцев на 14—15 см наблюдалось в конце вегетации на варианте при дозе внесения ОСВ 60 т/га. Высота растений баклажана, выращенных на дозе с ОСВ 80 т/га, превышает высоту растений, выращенных на контрольном варианте, на 16—20 см в течение всего изучаемого периода. Изучаемые ОСВ оказывают положительное влияние на рост и развитие перцев и баклажанов в период всей вегетации.

Изучение динамики урожайности показывает, что при внесении ОСВ наблюдается повышение количества плодов по сравнению с контрольным вариантом (табл. 1). Наибольшее превышение урожайности перцев наблюдается при дозе внесения ОСВ 60 т/га, у баклажанов достигнута небольшая разница превышения урожайности над контролем на вариантах при внесении доз ОСВ 60 т/га и 80 т/га. Разница по всем изучаемым вариантам существенна и может считаться закономерной, так как обусловливается изучаемым фактором.

1. Урожайность перцев и баклажанов в технической спелости

Варианты Урожайность кг/м2

средняя урожайность прибавка к контролю

Перцы

Контроль 3,0б -

ОСВ 40 т/га 4,45 1,39

ОСВ б0 т/га 5,90 2,84

ОСВ S0 т/га 4,25 1,19

Баклажаны

Контроль б,0б -

ОСВ 40 т/га 7,70 1,б4

ОСВ б0 т/га 8,04 1,98

ОСВ S0 т/га 8,0б 2,00

Для определения содержания тяжелых металлов и нитратов, поступающих в конечную продукцию при внесении различных доз ОСВ в почву, был проведен химический анализ овощей по стандартным методикам (табл. 2).

2. Содержание ТМ и нитратов в плодах при различных дозах внесения ОСВ, мг/кг

Варианты Содержание в натуральном веществе Массовая концентрация нитратов

Cu Zn Pb Cd Fe

Перцы

Контроль 0,60 0,77 0,06 0,006 3,62 6,46

ОСВ 40 т/га 0,57 0,81 0,08 0,006 4,13 4,99

ОСВ 60 т/га 0,43 0,60 0,03 0,010 4,13 5,60

ОСВ 80 т/га 0,45 0,62 0,08 0,006 4,48 4,56

Баклажаны

Контроль 0,45 0,63 0,90 0,010 5,98 16,32

ОСВ 40 т/га 0,27 0,68 1,08 0,007 4,89 9,07

ОСВ 60 т/га 0,30 0,65 0,05 0,007 5,80 14,51

ОСВ 80 т/га 0,28 0,66 0,91 0,007 4,89 11,24

ПДК 5,0 10,0 0,5 0,03 290,0 200,0

Анализ растений, выросших на почвах с применением различных доз ОСВ, показал, что в изучаемых вариантах произошло снижение содержания меди при использовании ОСВ. Органическая составляющая применяемых ОСВ и нейтрализация кислотности в варианте с дозой 60 т/га увеличили емкость катионного обмена и активизировали образование коллоидных соединений, что позволило перевести тяжелые металлы в малоподвижное и недоступное для растений состояние. Превышение содержания свинца в плодах баклажана, по сравнению с контролем, мы наблюдали по всем вариантам опыта, исключая вариант с дозой внесения 60 т/га. Скорее всего, это происходило за счет внесения оптимальной дозы ОСВ, способствующей инактивации соединений свинца и перевода его в малоподвижные формы [8]. Во всех остальных случаях превышения установленных норм ПДК ни по одному из тяжелых металлов не наблюдалось.

Изучение целлюлозолитической активности микробиотического комплекса проводилось методом льняных полотен по изучаемым вариантам [9].

На контрольном варианте разрушение поверхности ткани составило в среднем 52%, при дозе внесения ОСВ 40 т/га—70%, при дозе ОСВ 60 т/га — 74%, на дозе 80 т/га микроорганизмами было уничтожено 82% льняной поверхности.

Разложение льняного полотна объясняется увеличением численности актиномицетов и грибов [9], что подтверждается нашими микробиологическими посевами. Численность актиномицетов при дозе внесения ОСВ 80 т/га превышает контрольную в 2 раза и составляет 672 колонии рода Actinomyces на 1 г почвы. Развитие грибных колоний (родов Aspergillus, Mucor, Penicillium) шло

также активно на варианте при дозе внесения ОСВ 80 т/га и превышало контрольный вариант в 1,5 раза. Но большая численность грибов наблюдалась при внесении ОСВ в дозе 60 т/га и составила 108 колоний на 1 г почвы, что превысило контроль более чем в 2 раза. Многими экспериментальными работами [4] показано участие в разрушении почвенного гумуса грибов из родов Aspergillus, Penicillium. В разложении органического вещества принимают участие неспоровые бактерии рода Sarcina, численность которых в нашем случае превышает контроль в 1,6 раза при дозе ОСВ 60 т/га и составляет 18756 колоний на 1 г почвы. Наибольшая численность колоний неспоровых бактерий рода Pseudomonas, разлагающих органику и участвующих в денитрификации, была при дозе внесения ОСВ 60 т/га 498, при дозе 80 т/га — 786 колоний на 1 г почвы.

Литература

1. Lue-Hing C., Zens, D.R., Piets, R.J., Granato, T.S. Encouraging the feneficial use of sewage sludge // Amer Soc Agron. Annu. Meet. Cincinnati, 1993. P. 322.

2. Organik materials have their place / Idaho Farmer-Stockman. 1980, 98, №4. P. 24-25.

3. Decker, A.H., Charey, R.L., Davidson, J.P., Hemmond, R.S. and Mohanty S.B. Evaluation of sewage sladge fertilization of pastures for buf cattle // Summ. of Papers XIV Int. Grassl. Congr., 1981.

4. Аристовская, Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л.: Наука, 1980. 187 с.

5. Методы санитарно-паразитологических исследований: методические указания. МУК 4.2.796-99 от 22.12.1999 г.

6. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.7.573-96. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения. М.: Минздрав РФ, 1997.

7. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений.

8. Байдина, Н.Л. Инактивация тяжелых металлов гумусом и цеолитом в техногенно загрязненной почве // Почвоведение. 1994. №9. С. 121-125.

9. Мишустин, Е.Н. Микробиология / Е.Н. Мишустин, В.Т. Ем-цев. М.: Агропромиздат, 1987. 386 с.