Экологически безопасные приёмы мелиорации почвы при возделывании пропашных культур

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.6

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ПРИЁМЫ МЕЛИОРАЦИИ ПОЧВЫ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР А.Е. Новиков, кандидат технических наук

ГНУ ВНИИОЗ Росселъхозакадемии В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Изучено комплексное влияние осадка сточных бытовых вод и глауконита на выращивание картофеля и сои, определены экологически безопасные дозы внесения мелиорантов, приведены динамика тяжёлых металлов и нитратов в почве и продукции, физические свойства почвы и режимы орошения культур.

Ключевые слова: осадок сточных бытовых вод, кварцглауконитовый песок, тяжёлые металлы, нитраты, орошение, влажность и плотность почвы.

Основными методами утилизации осадков бытовых сточных вод (ОСВ) в экосистеме являются сбрасывание в отвалы, сжигание, длительное хранение на иловых площадках. Ежегодное накопление ОСВ в мире оценивается в 20 млн т сухого остатка. Перспективным и эффективным методом утилизации ОСВ является использование его в качестве удобрений при рекультивации нарушенных земель, в лесном хозяйстве, а также на пашнях регулярного пользования.

При утилизации ОСВ в сельском хозяйстве необходимо учитывать содержание твёрдых частиц общего и аммонийного азота, фосфора, калия, кальция и органических загрязнителей. Наибольшая сбалансированность питательных элементов по азоту и фосфору достигается при внесении 40 т/га ОСВ один раз в три года [4, 5 и др.]. Содержание общего азота составляет при этом 368 кг/га, а фосфора -172 кг/га. Однако надо учитывать, что даже при самой оптимальной дозе внесения ОСВ происходит несбалансированность по калию.

Для устранения дефицита калия нами использовался кварцглауконитовый песок (глауконит) - это минерал, водный алюмосиликат железа, относящийся к группе гидрослюд. Содержание оксида калия (КгО) находится на уровне 10 %.

На основании анализа литературных источников и проведённых ранее исследований, нашей целью было изучить комплексное влияние мелиорантов на урожайность пропашных культур, их качественные и количественные характеристики, а также физико-химические свойства почвы.

При проведении исследовании руководствовались методикой полевых опытов Б.А. Доспехова. Опыт закладывался систематическим методом. Общая площадь опыта - 0,11 га. Площадь посадочной делянки 1200 м2, а учётной - 100 м2. Повторность вариантов - трёхкратная. Почвы тяжелосуглинистого механического состава. Количество гумуса в пахотном слое (0,20-0,25 м) 1,6-2,0 %. Почва слабо обеспечена доступными формами азота (38 мг в 1 кг воздушно-сухой почвы), содержание фосфора среднее (83 мг/кг), калия - недостаточное (370

мг/кг после внесения минеральных удобрений). Реакция почвенного раствора слабощелочная (pH 6,5-7,2). Плотность сложения пахотного горизонта 1,25-1,30 т/м3, плотность твёрдой фазы - 2,53 т/м3; порозность - 47-50 %, наименьшая влагоёмкость - 23-24 % массы сухой почвы.

Схемой полевого опыта предусматривалось три варианта внесения в почву обеззараженного ОСВ: I- 20 т/га, II - 40 т/га и III - 60 т/га. Соотношение ОСВ и глауконита составляет 10:1, то есть 2, 4 и 6 т/га соответственно. Мелиоранты вносили осенью (в 2008 году) предусмотренными дозами на поверхность поля (в виде мульчирующего слоя) после основной обработки почвы лемешно-отвальным плугом на глубину 0,24-0,27 м. В первый год (2009) проводили посадку картофеля, а на второй год (2010), для проверки последействия мелиорантов, - сою, при этом основную обработку не проводили. На контроле, согласно рекомендациям ВНИИ орошаемого земледелия, вносились минеральные удобрения в кг д.в./га: под картофель - \13СР1з<>К115., П°Д сою -К11С.Р1МК7& [3 и др.]. Весенние работы сводились к боронованию и культивации. В качестве посадочного материала использовали сорт картофеля Ароза и сорт сои ВНИИОЗ-76. Посадка семенного картофеля проводилась 24 июня, а посев сои - 13 мая. Полив растений осуществлялся капельным методом. Поддерживаемый режим влажности почвы под картофель в слое 0,6 м - дифференцированный - 70-80-70 % НВ, а под сою - 70-70 % НВ. Уборку картофеля проводили 29 сентября, а сои - 20 октября.

По условиям теплообеспеченности годы исследований были близкими к среднемноголетним (табл. 1).

Таблица 1 - Погодные условия вегетационных периодов

Календарные месяцы Г оды исследований

2009 2010

Р. мм °С ГТК V р, мм I *,°с ГТК

Май 70,5 454 1,55 116,5 538 2,16

Июнь 12,1 713 0,17 3,0 754 0,04

Июль 32,1 778 0,41 7,9 845 0,09

Август 75,5 604 1,25 8,0 840 0,09

Сентябрь 10,6 508 0,21 28,4 540 0,53

Итого 200,8 3057 0,66 163,8 3517 0,47

ои

Год Культура Слой почвы, м Контроль Вариант I Вариант П Вариант III

г-1 Картофель ОД 16,2 1,24 12,8 / 1,27 16,5 1,23 ТзТо ^ ТГ2У 17,4 1,22 13,0 ^ 1,26 18,8 1,21 13,5 7 1,25

0,2 16,3 1,24 ЩГ Г28 16,5 1,23 Щ)"7 1^27 17,4 1,22 1^0 7 йб 18,8 1,21 13,5'/1^25

0:3 16.3 1,26 12.3 ^ 1,30 16.6 1,25 12.7 ^ 1,30 17,2 1,23 12,8 / 1^28 18,7 1,22 13,2 7 1,27

0,4 16,4 1,27 12,3 ^ 1,31 16,6 1,26 12,7 ^ 1,30 17,2 1,25 12,7''Ч.зо 18,7 1,24 13,0 ^ 1,30

0.5 16,5 1,27 12,0 ^ 1,31 16,7 1,27 12,5 ^ 1,31 17,1 1,26 12,6 ^ 1,30 18,6 1,25 13,0 ^ 1,30

0,6 16,5 1,28 12,0''Чзг 16,7 1,27 12,5 ^ 1,31 17,1 1,26 12,6 ^ 1,31 18,6 1,26 12,6 7 1,30

2010 Соя 0,1 18,0 1,24 11,2^ 1,27 18,5 1,23 11,4'' 1,27 20.0 1,23 13.0 11,26 20.4 1,21 13.5 ! 1,25

0,2 18,0 1,24 11,2 / 1,27 17,9 1,24 11,4 ^ 1,27 20.0 1,23 13.0 / 1,26 20.4 1,22 13.5 / 1,25

0,3 17,8 1,26 11,0 ^ 1,31 17,9 1,25 11,2 ^ 1,30 19,5 1,24 12.^ 1.24 20.0 1,23 13.0 1^28

0,4 17,8 1,27 11,0 ^ 1,31 17,9 1,26 11,2 ^ 1,31 19,3 1,26 12,0'' 1,29 19,5 1,25 12,2 7 1,29

0,5 17.7 1,27 10.8 ^ 1,32 18,0 1,28 11,0^ 1,31 19.0 1,27 12.0 7 1,30 19,5 1,25 12,2 ^ 1,30

0,6 17.7 1,28 10.8 / 1,33 18.0 1,29 11.0 ! 1,32 19,0 1,28 11,7 / 1,31 19,2 1,26 12,0 / 1,30

* - в первой дроби в числителе сюит влажность почвы до посадки или посева, в знаменателе - влажность почвы после уборки пропашных культур (% в воздушно- сухом образце); во второй дроби в числителе стоит плотность почвы до посадки или посева, в знаменателе - плотность почвы после уборки пропашных культур (т/м3).

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

По сумме положительных температур за период активной вегетации посадки картофеля и посевы сои были обеспечены теплом до полного вызревания (3057-3517 °С). Максимальные суммарные положительные температуры были в июле и августе 2010 г. (845 и 840 °С). В сравнении с аналогичными месяцами 2009 г., температура была ниже на 8 и 28 % соответственно.

Распределение осадков за периоды вегетации было неравномерным. Май и август 2009 г. были влажными, выпало почти две нормы осадков, в мае 2010 г. - почти три нормы. Крайне сухими месяцами за два года были июнь, июль и август 2010 г. с суммой осадков 18,9 мм, сухими - июнь и сентябрь 2009 г. с суммой осадков 22,6 мм. По гидротермическому коэффициенту Г.Т. Селянинова 2009 г. был сухим, ГТК=0,66, а 2010 г. - крайнесухим, ГТК=0,47. В соответствии с погодными условиями 2009-2010 гг. (табл. 1) формировались запасы продуктивной влаги (табл. 2) и определялись режимы орошения сельскохозяйственных культур (табл. 3, см. рис.).

Таблица 3 - Режимы орошения пропашных культур

Год исследований Культура Уровень предполивной влажности почвы, % НВ / глубина увлажнения, м Количество поливов за сезон Статьи водного баланса Поливная норма, м3/га Суммарное водопотребление, м3/га

Потребление из почвы, м3/га Осадки за вегетационный период, м3/га Оросительная норма, м3/га

2009 Картофель 70 - 90 - 70 11 320 2008 2200 110 200 290 4528

0,6

О 70 - 70 100

о Соя 14 498 1638 2800 205 4936

сч 0-6 130

Рисунок - Режимы орошения, климатические условия и влажность почвы б слое 0.6 м на контрольном участке (а - на посадках картофеля; б - на посевах сои): 1 - относительная влажность воздуха; 2 - температура воздуха; 3 - суммарные осадки за декаду; 4 - поливы; 5 - распределение влаги в почве

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Для изучения эффективности использования ОСВ и глауконита в фазу массового цветения картофеля замеряли глубину залегания и развития корневой системы, а также определяли товарность клубней. Наибольшая глубина залегания корневой массы отмечена на III и II вариантах - от 0,3 до 0,4 м. Развитие корневой массы при внесении ОСВ 20 т/га и глауконита 2 т/га практически не отличалось от контрольного варианта, была слаборазвитой, менее мочковатой, корни залегали на глубине 0,1-0,2 м.

При определении товарности отбирали клубни диаметром 40-50 мм и взвешивали общую массу с одного куста. Таким образом, количество и масса товарных клубней в фазу полного цветения с одного растения по вариантам опыта составила: 15 шт., 610 г - вариант III; 13 шт., 550 г - вариант II; 11 шт. 370 г - вариант I; 10 шт. 350 г - контроль.

Главным критерием оценки технологии является экологическая безопасность почвы выращиваемой продукции. В связи с этим, мы на каждом этапе исследования отбирали образцы на тяжёлые металлы (табл. 4).

Таблица 4 - Основные критерии оценки ОСВ и глауконита на картофеле

Вариант Влажность Содержание Содержание Содержание Урожайн

опыта почвы в ІП нитратов ость

среднем по сезону в слое 0,6 в % к контролю Си и: РБ в слое почвы 0-0,4 м (мг/кг) (мг/кг), сухого вещества и крахмала (%)в клубнях картофеля Си Гс в клубнях картофеля (мг/кг) картофел я, т/га

29,4- 86.4 6,5

Контроль 100 10.7 0-28 5.3 ТО 11,7 4.7 0,13 0.63 20,6

32.7 96.0 7.1

1-20:2 105-110 11.9 С.31 5.9 ТсТ 13,0 4,3 0.14 0.65 23,9

33.1 137.0 а 4

11-40:4 110-115 12.? 032 6.0 21.5 13-3 5.2 0,1д 0,65 35,9

Зс.З 227.0 3,9

111-60:6 120-130 14,4 шт 6,2 22.5 14,: 5,6 та 0,7 43,6

Для комплексной оценки тяжёлых металлов, относящихся к 1 -му классу опасности (РЬ, Сё, 2п, Си) в горизонте почвы 0-0,4 м мы использовали суммарный показатель загрязнения Zc:

где п - число определяемых элементов; КС1 - коэффициент концентрации элемента (отношение реального содержания элемента к фоновому).

Таким образом, на I и II вариантах показатель загрязнения Zc составил 1,444 и 1,607 мг/кг соответственно, что ниже 2, а значит степень загрязнения земель допустимая; а на III варианте - 2,446 мг/кг -степень загрязнения слабая, находится в пределах от 2 до 8 [1].

По содержанию тяжёлых металлов в клубнях картофеля с учётом фонового содержания, продукцию можно классифицировать как «чистая» пищевая продукция (содержание тяжёлых металлов 1-го класса ниже предельно допустимых концентраций) [2]. При этом необходимо отметить, что внесение ОСВ и глауконита положительно сказывается на качественных показателях продукции: наблюдается повышение сухого вещества и крахмала до 22 % в зависимости от доз внесения мелиорантов.

Для изучения последействия мелиорантов на делянках, где был картофель, сеяли сою. Внесённые ОСВ и глауконит положительно отразились на урожайности зерна сои: контроль - 2,30; вариант I - 2,50; вариант II - 3,10; вариант III - 3,30 т/га. Таким образом, повышение урожайности составило 8; 26 и 30 % по сравнению с контролем.

По результатам проведённого исследования, дополнительно к вышесказанному, можно сделать следующие обобщения:

1. При использовании мелиорантов можно значительно снизить или исключить внесение в почву минеральных удобрений.

2. Внесение ОСВ и глауконита на поверхность слоя почвы создаёт защитный экран, который препятствует испарению продуктивной влаги и способствует её аккумуляции из воздуха.

3. Применение мелиорантов в зависимости от доз внесения увеличивает содержание органического вещества в почве от 3 до 27 %, NPK - от 10 до 20 %, при этом не происходит экологического загрязнения земель.

На основании выполненных исследований можно рекомендовать дозы внесения осадка сточных бытовых вод на уровне 45-50 т/га, глауконита - 4-5 т/га.

Библиографический список

1. ГН 2.1.7.2042-06. Ориентировочно-допустимые концентрации химических веществ в почве: введён 1.04.2006 г.

2. ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения: введён с 01.01.1985 г.

3. Мелехов, В.В. Резервы картофельного поля [Текст] / В.В. Мелихов. П.И. Кузнецов, А.А. Навитняя // Вестник АПК. - 2008. - № 03 [283]. - С. 25-27.

4. Новиков, А.Е. Влияние структурообразующих мелиорантов на водопроницаемость и влагоудерживающую способность светло-каштановых почв [Текст] / П.И. Кузнецов, А.Е. Новиков // Доклады РАСХН. - 2010. - № 4. - С. 36-38.

5. Эффективное использование сточных вод и их осадка для орошения и удобрения сельскохозяйственных культур [Текст]: монография / А.В. Шуравилин, А.С. Овчинников, Н.В. Сурикова, В.В. Бородычёв и др. - Волгоград: .Волгоградская ГСХА, 2009. - 636 с.

E-mail: va.andrev.novikov@vandex.ru