Агроэкологическое обоснование применения осв для сельскохозяйственных культур

Агроэкологическое обоснование применения ОСВ для сельскохозяйственных культур

А.В. Филиппова, доцент, к.с-х.н,

А.А. Мелько, преподаватель, Оренбургский ГАУ

Ключевые слова: органические вещества, очистные сооружения, тяжелые металлы, химический состав, гигроскопичность, влажность.

Агроэкосистемы испытывают постоянный дефицит органического вещества. В то же время происходит накопление огромного количества органических отходов очистных сооружений в виде осадков сточных вод (ОСВ), которые можно использовать в качестве органических удобрений под различные сельскохозяйственные культуры [1].

Материалы и методы. Агроэкологическое изучение ОСВ проводили в 2004—2007 гг. Нами были обследованы ОСВ очистных сооружений ЮУФ ООО «Газпромэнерго» трехлетнего срока хранения.

Опыты закладывались в четырехкратной повторности, площадь опытной делянки — 10 м2 (2,0х5,0 м).

Варианты с внесением доз ОСВ были выбраны по рекомендациям Всероссийского научноисследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова:

1. Контроль (навоз в дозе 40 т/га);

2. ОСВ в дозе 40 т/га;

3. ОСВ в дозе 60 т/га;

4. ОСВ в дозе 80 т /га.

Опытные участки ежегодно менялись с учетом

требований по использованию осадков сточных вод (СанПиН 2.1.7.573-96), но закладывались на однородной по почвенно-климатическим условиям территории.

Определение химического состава осадков сточных вод проводили в лабораторных условиях общепринятыми методами: содержание органического вещества — по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91); валового азота — колориметрическим методом с реактивом Несслера; валовые фосфор и калий — по методу

Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91); реакцию почвенного раствора — потенциометрическим методом на рН-метре [2, 3].

Исследования ОСВ на содержание макро- и микроэлементов определяли фотометрическим методом. Определение содержания тяжелых металлов в ОСВ и почве проводили атомно-абсорбционным по методике ЦИНАО.

Также мы определяли агрофизические показатели: агрегатный состав ОСВ и почвы методом сухого просеивания по Н.И. Саввинову; удельную массу с помощью пикнометра; валовое содержание органики методом прокаливания; влажность методом сжигания спирта и термостатно-весовым методом; водопрочность структуры почвенных агрегатов определялась методом Д.Г. Виленского; максимальную гигроскопичность почвы по методу А.В. Николаева; максимальную молекулярную влагоемкость по методу А.Ф. Лебедева [4].

Результаты и их обсуждение. Изучаемые нами осадки сточных вод представляют собой землеподобную сыпучую массу 50—60%-ной влажности, содержат 36,34% 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 сточных вод (табл. 1). Этот санитарно-химический фактор часто становится ограничивающим при утилизации ОСВ в качестве удобрения.

1. Содержание тяжелых металлов в ОСВ очистных сооружений ЮУФ ООО «Газпром-энерго», мг/кг сухого вещества

Показатели изучаемых ОСВ Значение характе- ристик Нормативы РФ (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001) по группам, не более

I II

Хром 2,0 500 1000

Никель 4,18 200 400

Медь 2,20 750 1500

Цинк 120,5 1750 3500

Кадмий 0,60 15 30

Ртуть 0,22 7,5 15

Свинец 1,50 250 500

Низкие концентрации тяжелых металлов в изучаемых ОСВ приводят к отсутствию накопления их выше предельно допустимых концентраций в почве после внесения ОСВ в различных дозах. В наших опытных делянках концентрации тяжелых металлов были значительно ниже ПДК [5] по всем изучаемым вариантам (табл. 2).

Большое влияние на накопление, подвижность и степень доступности для растений тяжелых металлов оказывает реакция почвенного раствора.

В наших исследованиях с увеличением доз ОСВ водородный показатель сдвигается в ще-

лочную сторону в начальный период внесения (табл. 3). К концу опыта происходит незначительное подкисление почвы, что, видимо, связано с увеличением углекислоты, выделяемой при разложении органического вещества почвенной биотой.

Действие ОСВ на изменение рН почвенного раствора проявляется до глубины 60—80 см. Авторы отмечают [6], что наибольшая глубина, для которой проявлялось влияние ОСВ на рН почвенного раствора, в их исследованиях равнялась 75 см.

Послойное измерение водородного показателя водного раствора и соляной вытяжки было проведено в середине вегетации, в наиболее жаркий период времени, когда почвенные организмы активно мигрировали в нижние слои.

Данные показывают, что с увеличением доз ОСВ показатель рН незначительно сдвигается в кислую сторону, даже в глубоких слоях почвы.

Параллельно с исследованием химического состава осадков сточных вод и почв после их внесения мы проводили определение агрофизических характеристик, которые имеют большое значение при использовании осадков в качестве удобрения без какой-либо дополнительной доработки [7].

При сухом фракционном просеивании осадков сточных вод мы определили, что 66,9% составляют агрономически ценные фракции, которые к тому же имеют водопрочную структуру, что говорит о хороших агрофизических свойствах исследуемых осадков.

Результаты определения водопрочности агрегатов осадков по фракциям показывают, что наиболее устойчивы к размыву фракции 2—3—5 мм, а слабоустойчивые 10 и 0,5 мм. К среднеустойчивым к размыву можно отнести фракции 7 и 1 мм.

Таким образом, исследуемые ОСВ в целом имеют среднее значение водопрочности агрегатов, что говорит о приемлемых агрофизических свойствах изучаемых осадков и хорошей водоустойчивости отдельных агрегатов.

При добавлении осадков сточных вод в почву произошло привнесение дополнительного количества органического вещества, богатого микроорганизмами, которое оказало положительное действие на структурирование почв в экспериментальных делянках. А в оструктуренной почве, в свою очередь, после внесения ОСВ создаются оптимальные условия воздушного и водного режимов для роста растений.

В контрольном варианте общее количество агрономически ценных фракций составило 69,78%. При дозе внесения ОСВ 40 т/га количество агрегатов несколько увеличилось и составило 70,85%. Агрофизические свойства почвы значительно улучшились при внесении ОСВ в дозах 60 и 80 т/га. В варианте с дозой ОСВ 60 т/га количество агрегатов размером 1—5 мм составило 72,80%, а в варианте с дозой ОСВ 80 т/га общее

2. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в почве по вариантам исследования, мг/кг

Валовые формы

Варианты Си 2п Сг N1 Ає са РЬ

Контроль 18,2 29,2 - - - - 7,2 -

ОСВ 40 т/га 18,2 45,7 - - - - 7,6 -

ОСВ 60 т/га 20,9 23,6 - - - - 5,0 -

ОСВ 80 т/га 23,6 26,4 - - - - 5,0 -

ПДК 55,0 100,0 100,0 85,0 не норм. 0,5 30,0 не норм.

Подвижные формы

Контроль 31,4 56,5 - - - - 6,0 -

ОСВ 40 т/га 27,4 55,4 - - - - 7,0 -

ОСВ 60 т/га 26,4 50,7 - - - - 3,0 -

ОСВ 80 т/га 18,5 45,0 - - - - 5,0 -

ПДК 132,0 220,0 100,0 100,0 50,0 2,0 130,0 5,0

Примечание: «—» — не обнаружено.

3. Показатели рНвод и рНсол по вариантам опыта

Слой, см Контроль ОСВ 40т/га ОСВ 60 т/га ОСВ 80 т/га

рНвод рНсол рНвод рНсол рНвод рНсол рНвод рНсол

0-20 6,61 5,72 6,94 6,77 6,93 6,76 6,42 5,72

20-40 6,75 5,81 6,99 6,83 6,98 6,81 6,63 5,89

40-60 7,10 7,00 7,08 7,21 7,05 7,19 7,04 6,97

60-80 7,12 6,11 7,12 6,80 7,09 6,79 7,07 6,27

80-100 7,13 6,75 7,09 6,91 7,08 6,89 7,02 6,54

Ср. 0-100 6,94 6,27 7,04 6,90 7,02 6,88 6,83 6,28

количество этих фракций было максимальным — 73,08% (табл. 4).

При внесении ОСВ в дозе 40 т/га произошло увеличение агрономически ценных комочков по сравнению с контролем на 1,53%, процентное соотношение водопрочных агрегатов на 0,51%.

В варианте с дозой ОСВ 60 т/га превышение фракций 1—5 мм над контролем составило 4,32%, водопрочность агрегатов тех же фракций превысила на 3,62%. При дозе внесения изучаемых ОСВ 80 т/га количество ценных агрегатов было больше, чем в контроле, на 4,72%, а водопрочность на 4,14%.

Таким образом, внесение органического вещества в виде изучаемых ОСВ положительно влияет на структурно-агрегатный состав и водопрочность почвенных частиц. Улучшение водно-воздушного режима и пористости почвы связано с численностью почвенных животных, что согласуется с исследованиями других авторов [8].

В наших опытах в вариантах, где отмечается большая численность и видовое разнообразие почвенного сообщества, агрофизические показатели значительно улучшены. Ходы дождевых червей и личинок насекомых увеличивают пористость почвы, ускоряют проникновение твердых вещества ОСВ в нижние слои (в свою очередь, это влияет на абсорбцию воды) и увеличивают максимальную гигроскопичность почвы. Активность зоомикробиального комплекса значительно улучшает водопрочность почвенных частиц.

Максимальная гигроскопичность увеличивается в слое 10—15 см по всем вариантам опыта.

Прослеживается аналогичная закономерность увеличения значения в варианте с дозой внесения ОСВ 60 т/га, показатель которой составляет в слое 0—10 см 9,07%, в слое 10—15 см — 9,21% (табл. 5).

Наибольшего значения МГ достигает в опытной делянке с дозой ОСВ 60 т/га и составляет в среднем 9,14%. В контроле МГ в среднем имеет значение, равное 8,33%, в варианте с дозой ОСВ 40 т/га величина МГ составляет 8,31%, а с дозой 80 т/га - 8,47%.

Влажность устойчивого завядания (ВУЗ) максимальна, при дозе внесения осадка сточных вод 60 т/га и составляет в среднем 12,25%. При дозе внесения ОСВ 40 т/га значение ВУЗ в среднем составляет 11,13%, а при дозе осадка 80 т/га — 11,35%.

Показатели влажности в нашей засушливой степной зоне всегда имели большое значение. Известный факт, что свойства почвенной влаги зависят от механического состава, плотности, структуры и других физических показателей почвы, является доказанным [9]. Наши исследования подтверждают факт взаимной зависимости гигроскопичности и количества почвенных организмов.

При поступлении органического вещества в почву происходит улучшение ее структурности и как следствие — нормализация соотношения капиллярных пор к некапиллярным. Объемная масса изменяется с 1 до 0,8 г/см3 в зависимости от увеличения доз ОСВ.

Удельная масса почв в контрольном варианте имеет среднее значение 2,3 г/см3, с увеличением

4. Фракционный состав и водопрочность почвы опытных делянок

Варианты Размер фракции, мм Структурность почвы % водопрочных агрегатов от каждой фракции

масса, г %

l-10 263,96 26,38 21,5

Контроль 2-3-5 440,0 44,00 56,6

0,25-0,5-1 296,04 29,60 23,1

Всего 1000 100 -

l-10 263,56 26,35 20,5

2-3-5 46l,45 46,l4 56,l

0,25-0,5-1 268,99 26,89 24,0

Всего 1000 100 -

l-10 246,38 24,63 22,5

2-3-5 661,l0 66,1l 58,3

0,25-0,5-1 91,92 9,19 25,2

Всего 1000 100 -

l-10 244,2l 24,42 22,6

2-3-5 6l2,25 6l,22 59,0

0,25-0,5-1 83,48 8,34 24,1

Всего 1000 100 -

5. Агрофизические показатели почвы опытных делянок

Вариант Слой почвы, см Мощность слоя (Н), см Удельная масса, г/см 3 с с 3 я 3м ас ем б О Общий запас влаги (ОЗ), т/га а  пи £ о « § и ес а Нп па з Запас продуктивной влаги, мм Показатели влаги

максимальная гигроскопичность, % максимальная молекулярная влагоемкость, %

Контроль (с навозом) 0-10 10 2,2 1,0 30,50 10,88 19,62 8,12 2

ОСВ 40 т/га 0-10 10 2,2 1,0 30,50 10,92 19,58 8,15 2

ОСВ 60 т/га 0-10 10 2,1 0,9 27,45 12,15 15,30 9,07 2

ОСВ S0 т/га 0-10 10 2,0 0,8 24,41 11,10 13,3 8,29 2

дозы ОСВ удельная масса снижается и составляет в дозах внесения ОСВ 40, 60 и 80 т/га — 2,25; 2,15 и 2,05 г/см3 соответственно. В целом показатели объемной удельной массы по вариантам опыта (40; 60; 80 т/га) позволяют говорить о том, что за счет внесения ОСВ созданы оптимальные условия для роста растений.

Таким образом, улучшение агрохимических и агрофизических свойств почвы опытных делянок в вариантах с внесением ОСВ способствовало созданию оптимальных условий для произрастающих на них растениях, а также для почвенных организмов.

Литература

1. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения [Текст]: СанПиН 2.1.7.573-96. М.: Минздрав России, 1997. 54 с.

2. Агрохимические методы исследования почв [Текст]: метод. пос. 5-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, 1965. 656 с.

3. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв: метод. пособие [Текст] / Е.В. Аринушкина. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

4. Decker, A.H. Evaluation of sewage sladge fertilization of pastures for buf cattle [Text] / A.H.Decker [et al.] // Summ. of Papers XIV Int. Grassl. Congr. 19S1. P. 233-237.

5. Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почв и грунтов: учебно-методическое пособие [Текст] / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. М.: Высшая школа, 1961. 345 с.

6. Перечень ПДК и OДK химических веществ в почве № 622991. Oриентировочно допустимые концентрации ^ДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах. Дополнение № 1 к Перечню ПДК и OДK № 6229-91: Гигиенические нормативы 2.1.7.020-94 [Текст]. М.: Информ.-изд. центр Гос-комсанэпиднадзора России, 1995. S с.

7. Dumitru, M. The utilization tehnology of canalization sludge in agricultural [Text] / M.Dumitru [et al.] // Korrespond. Abwasser. 1989. № S. P. 672-696.

S. Агроэкологическая оценка осадка сточных вод искусственных очистных сооружений: мат. 2-й Росс. науч.-практ. конференции «Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика» [Текст] / А.В. Филиппова, А.А. Мелько. Oренбург: Изд. центр O^y, 2005. С. 91-96.

9. Цуркан, М.А. Городские отходы и способы их утилизации: монография [Текст] / М.А. Цуркан, O^. Архип, А.П. Русу. Кишинев: Штиинца, 19S9. 136 с.

10. Мухина, С.В. Агрохимические и экологические аспекты применения удобрений на черноземах юго-востока ЦЧЗ: автореф. дис... доктора с.-х. наук [Текст] / С.В. Мухина. Воронеж: ВГАУ, 2006. 46 с.