Проблемы загрязнения почв Калужской области в условиях применения нетрадиционных видов удобрения

Проблемы загрязнения почв

Калужской области в условиях применения

нетрадиционных видов удобрения

Н.К. Сюняев, к.б.н., профессор, О.И. Сюняева, к.б.н., РГАУ МСХА им. К.А. Тимирязева (Калужский филиал); М.В. Тютюнькова, к.б.н., Калужский ГУ; А.В. Филиппова,

д.б.н., Оренбургский ГАУ

Почвенный путь утилизации осадков сточных вод (ОСВ) в сельском хозяйстве становится основным в мировой практике. Такое использование ОСВ в агросфере требует соблюдения требований нормативно-правовых документов. Одним из требований является проведение постоянных мониторинговых исследований состояния агроэкосистем в условиях применения ОСВ с целью составления долгосрочных прогнозов и принятия решений об эффективности почвенного пути утилизации ОСВ в АПК данного региона. В настоящее время для многих культур установлены экологически безопасные дозы применения ОСВ [1].

Одной из проблем, требующих решения при производстве сельхозпродукции с использованием нетрадиционных источников питания растений, является мониторинг загрязнения агросистем тяжёлыми металлами (ТМ).

В связи с этим целью нашего исследования стала оценка действия ОСВ различной важности на экологические показатели агроэкосистемы по величинам суммарного загрязнения (7С) и составление прогноза изменения содержания ТМ в агроэкосистеме расчётно-экспериментальным методом в условиях утилизации ОСВ.

Объекты, методы и условия исследования. Основными объектами исследования явились:

1) почва — дёрново-подзолистая супесчаная;

2) сельскохозяйственные растения — овёс, ячмень, картофель; 3) ОСВ — после механического обезвоживания на центрифугах с флокулянтами.

Научно-исследовательскую работу проводили на опытном поле Калужского филиала РГАУ — МСХА в течение 2004—2010 гг. Почвенные образцы отбирали послойно через 20 см с помощью почвенного бура. Растительные образцы отбирались во время уборки урожая соответствующих культур. Почвенные и растительные образцы анализировали на содержание ТМ атомно-абсорбционным методом [2].

Расчёт суммарного элементного загрязнения (2С), который характеризует общий эффект их воздействия на агроэкосистему при Кс > 1, проводили по формулам (1, 2):

г._ХК-

где Кс — коэффициент, показывающий, во сколько раз содержание ТМ в опытном варианте превышает фон;

С

К реальн.

С ^ 5

Сф

где Среальн. — концентрация металла в почве, мг/кг; Сф — фоновое содержание металла, мг/кг [3]. Согласно классификации загрязнённых почв, в условиях применения ОСВ почва подразделяется на слабо (2С < 10), средне (2С = 10—25) и сильно (2С >25) загрязнённую [4].

Для расчёта прогноза использовали формулы (3—5):

™пах _ Ьпах ' Рп 100,

где тпах — масса пахотного слоя абсолютно сухой почвы, в т/га;

Нпах — мощность пахотного слоя, см (принято 20 см);

рп — плотность почвы, г/см3 (принято 1,5 г/см3).

АМе шах _ Ме0,8ПДК — Ме п ,

где Метах — максимально допустимая добавка металла ОСВ в почву, кг/га;

Ме0,8ПДК = 0,8'ПДК'mпах, Ме0,8ПДК — максимально возможный запас ТМ, кг/га;

ПДК — предельно допустимая концентрация данного ТМ в пахотном слое почвы, мг/кг; Меп — фактическое содержание металла в почве, кг/га.

_____________АМешах______________ Ц

Т Меосв •

где т — время достижения металлом 0,8 ПДК в почве при рекомендованной дозе внесения ОСВ в т/га по сухому веществу (СВ) и установленном временном цикле внесения

оосв (Цосв);

МеОСВ — масса металла, вносимого в почву с рекомендованной дозой ОСВ, кг/га;

КМ — коэффициент миграции, установленный экспериментальным путём для данного таксона почвы, в долях единицы;

Кбт — коэффициент биотранслокации данного металла в хозяйственно-ценной части сельхозкультуры, установленный экспериментальным путём для данного агроланд-

Рис. 1 - Время достижения Сг, Сс1, 7п, Си, 0,8 ПДК

шафта, экспериментальная и справочная величина, в долях единицы.

Результаты исследований и их обсуждение. Исходя из уровней 2С, полученных при внесении осадков, выявлена слабая степень загрязнения ими исследуемых почв (2С < 10).

Полученные данные показывают, что при внесении осадков увеличивается степень загрязнённости почвы. Однако уровень содержания ТМ не превышает величины ПДК.

На рисунке представлена зависимость времени достижения 0,8 ПДК от дозы ОСВ. С повышением дозы ОСВ время достижения 0,8 ПДК уменьшается. На основании расчётноэкспериментального прогноза установлено, что при внесении в дёрново-подзолистую супесчаную почву рекомендованной дозы 10 т/га ОСВ по сухому веществу периодичностью через пять лет, время достижения 0,8 ПДК составляет 44 года из-за лимитирующего металла — цинка.

Выводы и заключение.

1. На основании расчётов значений показателя суммарного загрязнения (^,) ТМ, полученных при внесении осадков, выявлена слабая степень загрязнения ими изученных агроэкосистем.

2. Выполненный нами прогноз изменения содержания ТМ в условиях почвенного пути утилизации ОСВ показал, что концентрация металлов в почве при периодичности внесения один раз в пять лет дозой в 10 т/га достигнет уровня 0,8 ПДК не ранее чем через 44 года по лимитирующему металлу цинку и позже — по другим металлам.

В условиях почвенного пути утилизации ОСВ с иловых площадок ОСК г. Калуги в сфере АПК предлагается использовать расчётнопояснительный прогноз изменения содержания

ТМ в агроэкосистемах с учётом исходного содержания ТМ в почве, содержания ТМ в ОСВ, коэффициентов миграции, эрозии и использования ТМ сельскохозяйственными культурами. Рекомендуется применять сертифицированные ОСВ на почвах с низким естественным содержанием ТМ, с циклом внесения ОСВ — 5—10 лет и с внесением доз — от 5 до 10 т/га.

Необходимо подчеркнуть, что при соблюдении предельно допустимых нормативов сброса загрязняющих веществ со сточными водами, поступающими на очистные сооружения, концентрация ТМ и ОСВ будет значительно ниже по сравнению с существующими значениями. Для этого крупным промышленным предприятиям города, при наличии финансовых возможностей, необходимо удалять металлы из сточных вод до сброса в канализацию современными методами очистки. Актуальной задачей является создание замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий с возможной утилизацией всех продуктов очистки. Для очистки сточных вод предприятий приборостроения и электроники с их повторным использованием в основном технологическом процессе предприятия, необходимо применять два современных метода очистки стоков — ионный обмен и мембранные технологии.

Литература

1. Сюняев Н.К., Тютюникова М.В., Торшин С.П. и др. Прогноз изменения содержания ТМ в системе почва — растение при применении осадков сточных вод. Калуга: ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2008. 138 с.

2. Методические указания по определению тяжёлых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: цИНАо, 1992.

3. Методическое пособие и нормативные материалы для разработки адаптивно-агроландшафтных систем земледелия. Курск, Тверь: ЧуДо, 2001. 260 с.

4. Касатиков В.А. Агроэкологические основы применения ОГСВ в качестве удобрения: дисс. ... докт. с.-х. наук. М.: МСХА, 1989. 625 с.