Влияние органических удобрений на основе осв на содержание тяжелых металлов в растительной продукции

Пескарев А.А.

Аспирант, кафедра экологии, Российский государственный аграрный университет —

МСХА имени К. А. Тимирязева

ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОСВ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ Аннотация

Целью исследования было изучение влияния осадка сточных вод и компостов на его основе на содержание тяжелых металлов в зерне ячменя и зеленой массе горчицы белой. Приведена сравнительная характеристика применяемых органических удобрений на основе ОСВ по основным агрохимическим показателям. Исследования такого рода необходимы для разработки экологически безопасной утилизации осадков сточных вод в качестве нетрадиционных органических удобрений.

Ключевые слова: осадки сточных вод, компост, органическое удобрение, тяжелые металлы. Keywords: of sewage sludge, compost, organic fertilizer, heavy metals.

Введение

Ситуация, создавшаяся в сельскохозяйственном производстве России, вызывает необходимость пополнения ресурсов удобрений, в частности органических, путем использования дополнительных источников питательных веществ и органических материалов в земледелии, в том числе за счет муниципальных и промышленных отходов, прежде всего осадков сточных вод [5, 129].

За рубежом, в зависимости от региональных геоэкологических особенностей стран, в агропроизводстве используют от 10 до 90% накапливающихся ОСВ, в среднем в Западной Европе - 30-40%. В мире прослеживается устойчивая тенденция к ежегодному росту этого показателя в общих объемах утилизации. По прогнозам, в США к 2010 г. он составит не менее 60%. В нашей стране по самым оптимистическим оценкам использование ОСВ в агрикультуре пока достигает лишь 5-7%. С учетом резкого дефицита минеральных и органических удобрений высказывается мнение о том, что только дозы ОСВ 30-40 т/га и более могут привести к значимым изменениям агрохимических свойств почв и будут экономически рентабельны [3, 4].

Однако широкое применение ОСВ затрудняется тем, что именно в них при очистке сточных вод концентрируются различного рода загрязнители, содержащиеся в этих водах, в том числе и тяжёлые металлы. Поэтому основным условием экологически безопасного применения осадков в качестве удобрения является их обеззараживание тем или иным способом. Помимо технологий, применяемых в этих целях непосредственно на очистных сооружениях, перспективным является компостирование осадков с различными компонентами (наполнителями), что повышает их агрономическую ценность и снижает риск загрязнения почв [5, 7].

Компостирование ОСВ во многих странах рассматривается как важный элемент стратегии повторного использования отходов. Так, в Нидерландах перерабатывается на компост 30-40% бытовых отходов, в Австрии и Бельгии около 25%, во Франции 8% [2, 8].

Исходя из вышесказанного, целью научного исследования было изучение влияния ОСВ и компостов на его основе на содержание тяжелых металлов в зерне ячменя и зеленой массе горчицы белой.

Методика исследования

Исследования проводились в опытном хозяйстве Всероссийского научноисследовательского, конструкторского и проектно-технологического института органических удобрений и торфа (ВНИПТИОУ, Владимирская область, п. Вяткино). Полевой опыт заложен по мелкоделяночной схеме:

1. Контроль без удобрений

2. ОСВкомп. 30 т/га*

3. ОСВисх. 30 т/га

4. ОСВисх. 30 т/га + известкование 3 т/га

5. ВКосв 15 т/га

6. ВКОСВ 15 т/га + известкование 3 т/га

7. ВКосв 15 т/га + ^2сК 120**

8. ВКосв 15 т/га + N120^20 + известкование 3 т/га

Примечание: *Дозы ОСВ и ВКОСВ даны на 50 % влажность

**Дозы минеральных удобрений в сумме за звено севооборота

Звено севооборота: ячмень - овес - горчица белая.

Опыт заложен в 4-х кратной повторности с рендомизированным расположением делянок. Площадь делянки 3 м2.

Применеяемые органические удобрения:

ОСВисх. - механически обезвоженный свежий осадок сточных вод с очистных сооружений МУП «Владимирводокал» г. Владимира;

ОСВкомп. - осадок, прошедший стадию мезофильного компостирования в естественных условиях в течение 10 месяцев на открытой площадке хранения;

ВКосв - вермикомпост из ОСВисх. с добавлением навоза КРС (1: 0,15).

Вермикомпостирование ОСВисх. г. Владимира осуществлялось культурой червя Eisenia foetida (навозный червь) в ложах размером 2 х 1 м и высотой 0,5 м в закрытом помещении при естественной температуре воздуха (не ниже 18-20°) и влажности субстрата 70-75 %.

Органические удобрения и доломитовая мука были внесены в 2006 г. под первую культуру звена севооборота в расчете на 50 % влажность согласно схеме опыта. Минеральные удобрения вносились под ячмень в 2006 г. и под овес в 2007 г. в дозах по 60 кг д.в. N и К перед посевом.

Все агротехнические мероприятия проводили вручную в соответствии с общепринятыми требованиями к возделыванию культур в Нечерноземной зоне, согласно методике закладки и проведения мелкоделяночных опытов.

В образцах органических удобрений определяли параметры агрохимической характеристики по следующим методам: рН солевой вытяжки - потенциометрически; азот -по Тюрину; содержание органического углерода - колориметрически по методу Тюрина в модификации Никитина; подвижные формы фосфора и калия определяли в вытяжке Кирсанова: фосфор - колориметрически по Дениже, калий - методом пламенной фотометрии; гидролитическую кислотность - по Каппену; сумму поглощённых оснований -по Каппену-Гильковицу, подвижные формы ТМ - 1 М ацетат-аммонийным буфером (рН 4,8) [4]. В золе растений, полученной после озоления образцов в муфельной печи при температуре +4500 °С и растворения в царской водке, определенно содержание ТМ методом атомной адсорбции на атомно-адсорбционном спектрофотометре фирмы НкасЫ с корректором фона Зеемана.

Результаты и их обсуждение

Сравнительная агрохимическая характеристика применяемых в опыте органических удобрений представлена в таблице 1.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика ОСВ и компостов на его основе и

Показатели ОСВисх. ОСВком п ВКо СВ ГОСТ Р 17.4.3.072001

Влажность, % 69,1 60,4 58,4 н/н*

Сорг., % на сухое вещество 45,4 43,8 48,4 >20

рНсол 7,6 6,6 6,4 5,5-8,5

Содержание общих фо рм макроэлементов, % на сухое вещество

^^общ 2,30 1,58 1,68 >0,6

Р 2О5общ. 4,05 4,55 3,86 >1,5

К2О общ. 0,53 0,53 0,77 н/н

Содержание подвижных форм макроэлементов, на сухое вещество

N-N03, мг/кг 60 880 4180

Р2О5, мг/100 г 1786 980 1567

К2О, мг/100 г 157 90 490

Валовое содержание микроэлементов, мг/кг на абсолютно сухое вещество

I II**

Кадмий (Cd) 3,6 3,3 1,50 15 30

Медь (Си) 13 128 119 750 1500

Свинец (РЬ) 32 28 49 250 500

Никель (№) 29 19 25 200 400

Хром (Сг) 246 103 166 500 1000

Цинк ^п) 397,0 382 388 1750 3500

Ртуть (Н^) 0,64 0,40 0,40 7,5 15

Мышьяк (As) 5,51 4,51 0,82 10 20

Примечание: *н/н - показатель не нормируется

**допустимое валовое содержание тяжелых металлов в осадках I и II

группы

Осадок и компосты, изучаемые в полевом опыте, превосходили регламентируемые показатели содержания органического вещества в 2-2,5 раза, общего азота до 4-х раз по ОСВисх. и общего фосфора в 2,5-3 раза. В то же время следует отметить несбалансированность ОСВ и компостов по содержанию питательных элементов: соединения фосфора заметно преобладают над азотом и калием.

Используемый в опыте осадок сточных вод г. Владимира содержал широкий спектр микроэлементов. Так как валовое содержание элементов, относящихся к группе тяжелых металлов, было значительно ниже ПДК, то данный осадок отвечал требованиям ГОСТа РФ 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почва. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрения».

Следует отметить влияние вермикомпостирования на снижение уровня подвижных форм ТМ: кадмия - в 2,3 раза, хрома, свинца, меди - в 1,5-1,3 раза, цинка и никеля - в 1,2 раза, что может быть обусловлено фиксацией таких элементов, как Си, Zn, №, вследствие усиливающейся гумификации субстрата и иммобилизацией микроэлементов в протоплазме бурно развивающихся микроорганизмов, способствуя переводу доступных растениям форм в малоподвижные соединения.

Большая часть микроэлементов в составе удобрений на основе ОСВ присутствует в составе металлоорганических комплексов, последовательное разрушение которых в почве

способствует изменению подвижности металлов. Важным фактором, влияющим на подвижность элементов, является длительность периода последействия, поэтому изучение динамики концентрации подвижных форм ТМ по последействию - необходимый этап разработки экологических основ технологии применения ОСВ и компостов из ОСВ.

Для оценки изменения и интенсивности накопления ТМ в растениях под влиянием ОСВ и вермикомпоста использовались параметры Кс и Zс.

Кс - коэффициент, характеризующий отношение аномальной концентрации элемента в варианте опыта (Сак) к концентрации этого элемента в контроле (Сфон):

Кс = Сак : Сфон

Zс - показатель суммарного превышения уровня элементов в пределах аномалий над фоном (контроль):

Zc = ^Кс - (п - 1), где п - число элементов с Кс > 1

Влияние ОСВ и удобрений на их основе на элементный состав растений определяется в основном содержанием микроэлементов и ТМ в самих удобрениях, агрохимическими свойствами почв и биологическими особенностями растений. Известно, что наибольшей способностью к накоплению ТМ обладают овощные, меньшей - технические и зерновые культуры. Преимущественное накопление ТМ происходит в корнях и вегетативных органах.

Увеличение содержания подвижных форм ТМ в почве при внесении ОСВ и ВКОСв привело к некоторому повышению концентрации микроэлементов и ТМ в растительной продукции (табл. 2).

Таблица 2

Влияние ОСВ и вермикомпоста на содержание ТМ в растительной продукции, мг/кг

о

*

а

и

сухого вещества

Элементы М ДУ для кор- м ов 1 Зерно ячменя

[  а ( ло рт X о < < < 5 J £ ; ^ < ? ( 0 ^ < Л т с е в § + СЗ и т03 3 5 J э : т о о < 5 а ? ! п а ( ло орт н о ^ < < J э а ^ < т 3 І ( Л т с е в СО к ь а ^ ; ^ ( 0 3 5 : э

Свинец 5 0 0 С 0 2 4 1 1

,45 ,82 ,97 ,42 ,55 ,25 ,65 ,40

1 2 0 1 0 0

,82 ,16 ,93 ,67 ,65 ,55

Кадмий 0 0 0 0 0 0 0 0 0

,3 ,035 .087 ,071 ,076 ,055 ,099 ,143 ,089

2 2 2 1 2 1

,49 ,03 ,17 ,80 ,60 ,62

Медь 3 5 6 6 5 1 1 1

0 ,31 ,72 1 ,27 Д5 1 ,14 ,60 1 ,05 1 1,84 5,42 1 ,30 1,10 0 ,94 1,94 1 ,01

Цинк 5 0 3 9,5 7 38 1 ,87 6 2,5 1 ,58 6 7,3 1 ,70 7 2,35 1 23,1 4 1 ,70 7 2,37 1 ,00 7 7,53 1 ,07

Никель 1 0 ,62 0 Д7 1 ,40 0 ,78 1 ,26 0 ,54 0 ,87 3 ,19 8 ,86 2 ,78 4 ,20 1 ,32 3 ,34 1 ,05

Хром н /н 0 ,62 1 ,02 1 ,65 0 ,86 1 ,39 0 ,80 1 ,29 4 ,86 1 5,94 3 ,28 5 ,70 1 ,17 4 ,58 0 ,94

Zс 5 ,50 4 ,56 3 ,21 7 ,53 3 ,10 1 ,75

Примечание: в числителе - содержание микроэлемента, мг/кг

в знаменателе - коэффициент концентрации

На основании МДУ содержание большинства элементов в зерне ячменя не превышало установленных норм.

Концентрация Zn в зерне ячменя возросла в 1,6-1,9 раза, повысив МДУ при внесении ОСВ в 1,5 раза. Суммарный показатель загрязнения зерна ячменя при внесении ОСВисх. 30 т/га составил 5,5 ед., при внесении ВКосв 15 т/га - 3,21 ед. Известкование способствовало снижению Zc на 1 ед.

Вегетативная масса горчицы белой аккумулировала Сг, №, Cd. Коэффициент концентрации для этих элементов при удобрении ОСВ 30 т/га составили, соответственно, 3,28; 2,78; 1,80. Zc для горчицы белой был равен 7,53 ед. Известкование более чем вдвое снижало уровень суммарного загрязнения Zc.

Выводы

В ходе выполнения научного исследования по изучению влияния ОСВ и компостов на содержание тяжелых металлов в зерне ячменя и зеленой массе горчицы белой было выявлено, что:

- применяемые органические удобрения на основе ОСВ соответствовали требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 по содержанию микроэлементов;

- минимальное содержание тяжелых металлов характерно для вермикомпоста вследствие гумификации субстрата и иммобилизацией микроэлементов в протоплазме бурно развивающихся микроорганизмов;

- на основании МДУ содержание большинства элементов в зерне ячменя не превышало установленных норм;

- известкование более чем вдвое снижало уровень суммарного загрязнения в зеленой массе горчице белой;

- по последействию ОСВ и вермикомпостов снижаются коэффициенты концентрации тяжелых металлов и, как следствие, показатели суммарного загрязнения.

Литература

1. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001

2. Еськов А.И. Проблемы и перспективы производства применения удобрений на основе промышлено-бытовых отходов и осадков сточных вод // Материалы международного симпозиума «Экологические и технологические вопросы производства и использования органических и органоминеральных удобрений на основе осадков городских сточных вод и твердых бытовых отходов». Владимир, 2004. С. 6-19.

3. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения: учебное пособие / Е.П. Пахненко. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. - 311 с.: ил.

4. Практикум по агрохимии: учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. В.Г. Минеева. - М.: Изд-во МГУ, 2001. - 689 с.

5. Стратегия использования осадков сточных вод и компостов на их основе в агрикультуре. Под редакцией академика Россельхозакадемии Н.З. Милащенко / ВИУА им. Д.Н. Прянишникова. М.: Агроконсалт, 2002, - 140 с.