Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агроэкологическая эффективность применения компостов на основе осадков сточных вод на дерново-подзолистой почве в условиях северо-запада Нечерноземья

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическая эффективность применения компостов на основе осадков сточных вод на дерново-подзолистой почве в условиях северо-запада Нечерноземья"

На правах рукописи

Власова Ольга Александровна

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОСТОВ НА ОСНОВЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДА НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2014

1 5 МАП 2014

005547928

Работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д. Н. Прянишникова

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

член-корреспондент Россельхозакадемии Байбеков Равиль Файзрахманович Официальные оппоненты: Борисов Борис Анорьевич

доктор биологических наук, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, кафедра почвоведения, доцент Фрид Александр Соломонович доктор сельскохозяйственных наук ГНУ Почвенный институт имени В.В. Докучаева, отдел биологии и биохимии почв, главный научный сотрудник Ведущая организация: ГНУ Агрофизический

научно-исследовательский институт

Защита диссертации состоится «05» июня 2014 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д. 006.029.01 при ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 31 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова и на сайте: http://www.vniia-pr.ru/zashita/02-2014t.htm

Автореферат разослан «^^v&U^eju^ 2014 года.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 127550, г.Москва, ул. Д.Н. Прянишникова, д. 31 а, ученому секретарю диссертационного совета. E-mail: dissovet_vniia@mail.ru

Ученый секретарь диссертационного совета

Никитина Любовь Васильевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Возрастающая потребность и необходимость обеспечения населения России высококачественным продовольствием, а так же проблемы экологической безопасности природной среды требуют устойчивого развития сельскохозяйственного производства. Одним из основных условий обеспечения высокой и устойчивой продуктивности земледелия является сохранение и повышение плодородия почв. Важным резервом восполнения органического вещества могут служить отходы коммунального хозяйства, в том числе осадки сточных вод (ОСВ).

На предприятиях Вологодской области действуют 247 очистных сооружений канализации. Общая мощность очистных сооружений предприятия МУП ЖКХ «Вологдагорводоканал» составляет 120 тыс. м3 жидких стоков в сутки.

Утилизация муниципальных отходов представляет серьезную экологическую проблему. При этом важно учитывать, что осадки сточных вод имеют высокую ценность как органическое удобрение для сельскохозяйственных культур, но наличие в них примесей токсичных элементов может служить ограничительным фактором их применения в агроценозе.

Внесение осадков городских сточных вод в почву в виде компостов — это один из путей решения проблемы утилизации. Решением этой задачи может быть также переработка отходов в сухие гранулированные органоминеральные удобрения (ОМУТ) с высокой концентрацией биогенных элементов. К преимуществам таких удобрений относится транспортабельность и возможность внесения на поля обычной сельскохозяйственной техникой. Однако в настоящее время научных исследований по применению переработанных осадков сточных вод в условиях северных регионов страны не достаточно.

Для рационального использования ОСВ в т.ч. компостов на их основе, ОМУТ в качестве удобрений в конкретном регионе важно изучить их агрохимические и экологические свойства, определить влияние различных доз компостов на плодородие почвы и продуктивность агроценозов, на качество сельскохозяйственных культур по хозяйственно-полезным показателям, а также по содержанию токсичных элементов.

Цель и задачи исследования. Цель исследований заключалась в изучении закономерностей влияния компостов на основе осадка сточных вод очистных сооружений г. Вологды и торфа, органоминерального удобрения на продуктивность льна-долгунца и картофеля, установление эффективных,

экологически безопасных доз удобрений при возделывании этих культур в полевом севообороте на дерново-подзолистой почве.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Изучить агрохимические и экологические свойства компостов на основе осадков сточных вод г. Вологды и гранулированных органоминеральных удобрений.

2. Определить влияние различных доз компостов на ОСВ и ОМУГ на агрохимические, эколого-токсикологические и биологические свойства почвы.

3. Определить эффективность ОМУГ и различных доз компостов на основе ОСВ вод на урожайность и качество сельскохозяйственных культур, содержание токсичных элементов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Влияние различных доз компостов на основе осадков сточных вод и гранулированных органоминеральных удобрений на агрохимические, биологические и эколого-токсикологические свойства почвы.

- Действие и последействие компостов на основе сточных вод на урожайность и качество сельскохозяйственных культур, содержание в них токсичных элементов.

Научная новизна. В результате проведенных исследований впервые определена эффективность компостов на основе осадков сточных вод г. Вологды в возрастающих дозах и гранулированного органоминерального удобрения — на дерново-подзолистой почве в условиях северо-запада Нечерноземья. Установлены закономерности их действия на агрохимические, биологические и санитарно-токсикологические свойства почвы, урожайность льна-долгунца и картофеля, продуктивность звена полевого севооборота, качество растительной продукции. Показано, что на дерново-среднеподзолистой почве Северо-Запада Нечерноземья для получения продуктивности полевого севооборота на уровне 42 ц к.е. с 1 га рекомендуемая доза компоста на основе ОСВ и торфа составит 6 т/га сухого вещества.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при разработке технологий экологически безопасного использования ОМУГ и компоста из осадка сточных вод очистных сооружений г. Вологды и торфа в агроценозах, обеспечивающих повышение плодородия почв и получение экологически безопасной продукции.

Личный вклад автора. Соискатель принимал непосредственное участие в проведении полевых работ. Соискателем самостоятельно были проведены анализы и обобщение экспериментальных данных, а также их статистическая обработка.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований доложены на 46-й международной научной конференции молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук «Эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур (г. Москва, ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2012), на 47-й международной научной конференции молодых ученых, специалистов-агрохимиков и экологов «Перспективы применения средств химизации в ресурсосберегающих агротехнологиях» (г. Москва, ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2013).

По материалам статьи опубликовано 5 печатных работ, в том числе две -в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов исследования соискателями ученых степеней.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, трех глав экспериментальной части, выводов, предложений производству и приложения. Список использованной литературы содержит 165 наименований, в том числе 14 на иностранных языках. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц и 6 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, объекты и методы проведения исследований

Исследования проводили в условиях полевого опыта в 2010-2013 гг. на дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почве в звене севооборота: лен-долгунец раннеспелого сорта Зарянка, картофель среднераннего сорта Елизавета. Повторность опыта трехкратная. Размещение вариантов систематическое. Площадь опытной делянки составляла 10 м2 (4x2,5 м), общая площадь под опытом — 210 м2. Опыт заложен на 3 полях, которые вводили последовательно в 2010, 2011, 2012 гг.

В схему опыта включен вариант без удобрений (1) и 6 вариантов с удобрениями: варианты 2 — 4 — органическая система с возрастающими дозами компоста, вариант 5 минеральная система, вариант 6 - органоминеральная система, 7 вариант - органоминеральное гранулированное удобрение (ОМУГ). Варианты 5, 6 по содержанию питательных веществ эквивалентны варианту 3. Для расчета доз внесения были отобраны образцы ОСВ на содержание влаги, органического вещества, общего азота, фосфора и калия. В опыте расчет доз удобрений проведен по потребности в азоте первой культуры в звене севооборота - льна-долгунца.

Изучали эффективность компоста на основе осадка сточных вод г. Вологды и торфа, приготовленного на очистных сооружениях МУП ЖКХ

«Вологдагорводоканал» и ОМУТ. Образцы удобрения для внесения отбирали перед закладкой опыта. Гранулированное органоминеральное удобрение, создано на основе обезвоженного осадка сточных вод. ОМУТ производится в виде гранул размером 14x20 мм. Все удобрения в изучаемых дозах внесены в почву в год закладки полей севооборота.

Таблица 1

Схема опыта и дозы внесения ОТК с удобрениями

Схема опыта N р2о5 К20

кг д.в./ га

1. Контроль - без удобрений - - -

2. Компост 2 т /га*) 40 16 6

3. Компост 4 т/га 80 32 16

4. Компост 6 т /га 120 48 24

5. №К, эквивалентно варианту 3 80 32 16

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, 80 32 16

эквивалентно 2 т/га компоста

7. ОМУГ — 4 т/га 112 124 100

*) дозы компостов (ОСВ с торфом в соотношении 1:1) указаны по сухому веществу.

Исходная дерново-слабоподзолистая среднесуглинистая почва в слое 0-20 см содержала гумуса 3,92%, подвижного фосфора и калия (по Кирсанову) -соответственно 230 и 113 мг/кг, рНКсь — 5,3 ед., Нг — 3,Змг-экв/100 г., Б — 17,5 мг-экв./ЮО г., Си - 5,2 мг/кг, Ъп- 24,7 мг/кг, РЬ - 9,1 мг/кг, С<1 - 0,48 мг/кг, Мп -277 мг/кг, № - 9,9 мг/кг, Сг - 11,1 мг/ кг, Аэ - 1,3 мг/кг, Щ - 0,023 мг/кг, Со -5,7 мг/кг.

Химический состав и содержание токсичных элементов применяемых в опыте удобрений представлен в таблицах 2 и 3. Результаты анализов химического состава исследуемых удобрений по обеспеченности питательными веществами подтверждают их высокую удобрительную ценность. В сухом веществе компост содержал до 66,9 % органического вещества, до 2,80 % общего азота, 0,8-3,1 % общего фосфора, 0,3-2,5 % общего калия при нейтральной реакции среды. По результатам содержания токсичных элементов установлений, что их концентрация ниже норм по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 для ОСВ при использовании на удобрение.

Таблица 2

Химический состав и свойства органических удобрений на основе ОСВ, в среднем за годы исследований

Наименование Золь ность, % рН Массовая доля, % на сухое вещество

органическое вещество общий азот общий фосфор калий

Торф 20,0 4,6 80,0 1,90 0,06 0,15

ОСВ 37,0 6,5 63,0 2,60 1,6 1,7

ОСВ + торф 33,2 6,3 66,8 1,95 0,8 0,3

ОМУГ 77,5 7,5 22,5 2,80 зд 2,5

Нормативы по ГОСТР 17.4.3,07-2001 не норм 5,5-8,5 не менее 20 не менее 0,6 не менее 1,5 не норм

Таблица 3

Валовое содержание токсичных элементов в компостах на основе сточных вод в среднем за годы исследования, мг/ кг сухого вещества

Наименование Результаты испытаний

Си Ъп РЬ Сё № Сг Мп Со АБ

Торф 8,4 19,3 3,8 0,58 5,8 3,6 144 2,3 0,05 1,7

ОСВ 107 406 28,0 1,44 20,4 38 123 4,8 0,32 0,9

ОСВ + торф 45 140 14,3 1,06 13,4 12 217 4,3 0,11 1,2

ОМУГ 406 1584 69,8 14,6 34,1 236 701 6,7 1,40 2,6

Нормативы по ГОСТР 17.4.3 .07-2001, не более 750 1750 250 15 200 500 не норм не норм 7,5 10

Опыты заложены и проведены согласно общепринятым методикам. Химические анализы в почве и растениеводческой продукции выполнены согласно утвержденным ГОСТам и методикам в аккредитованной испытательной лаборатории ФГУ ГЦАС "Вологодский".

Химический состав на качественные показатели товарной и нетоварной частей биомассы льна - долгунца и картофеля определяли после мокрого озоления: азот - по Къельдалю, фосфор — на фотоколориметре, калий - на

пламенном фотометре. Определение содержания токсичных элементов в растительной продукции (ботва, клубни картофеля, солома, семена, мякина льна-долгунца) проводили по методикам - ГОСТ 30178-96; МУ № 01-19/47-1, МУ 5178-90, ГОСТ 26930-86, ГОСТ 27997-88 .

В почвенных образцах определяли: рН солевой вытяжки -потенциометрически, содержание подвижного фосфора и калия - по Кирсанову, гумуса - по Тюрину, гидролитическую кислотность по Каппену в модификации ЦИНАО, сумму поглощенных оснований по Каппену-Гильковицу, степень насыщенности основаниями - расчетным методом (Петербургский, 1968; Ягодин и др., 1987, Аринушкина, 1970).

Для определения в почве валовых и подвижных форм тяжелых металлов, использовали методики - ФР 1.31.2007.04106, мышьяка - Методические указания по определению мышьяка в почвах фотометрическим методом (1993), ртути - Руководство по санитарно-химическому исследованию почвы (1993).

Статистическую обработку урожайных данных проводили дисперсионным методом по Б.А. Доспехову (1985) с использованием программы Excel.

Анализ метеорологических условий показал, что в годы проведения исследований они значительно различались. Наиболее засушливыми были 2010, 2011 и 2013 гг. (ГТК по Селянинову - 0,8 и 1,0, 1,04), в то же время 2012 г. оказался слабо засушливый (ГТК -1,1).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Действие и последействие компостов из осадков сточных вод и ОМУГ на урожайность льна-долгунца и картофеля

Согласно экспериментальным данным, применяемые удобрения оказали положительное влияние на рост урожайности культур в звене полевого севооборота (табл. 4, 5).

Наибольшие прибавки урожая льносоломы в среднем за 3 года при урожайности на контроле 21,5 ц/га были получены при внесении 4 т/га ОМУГ-8,3 ц/га; 2 т/га ОСВ+торф + NPK, - 5,5 ц/га, 6 т/га компоста - 5,3 ц/га. В вариантах с внесением компоста из осадка и торфа с ростом доз от 2 до 6 т/га отмечено повышение урожайности льносоломы.

Высокие прибавки урожайности семян были в варианте 4 при внесении компоста на основе ОСВ с торфом в дозе 6 т/га, варианте 7 - ОМУГ в дозе 4 т/га, варианте 6 - ОСВ+торф 2 т/га + NPK и варианте 3 - компоста из осадка сточных вод с торфом в дозе 4 т/га, которые составили от 26 до 44%. Малоэффективным было внесение минеральных удобрений (вариант 5) и

компоста в низкой дозе 2 т/га (вариант 2). Последействие удобрений на основе ОСВ изучали при возделывании картофеля. Результаты учёта урожайности семенных клубней и ботвы картофеля сорта Елизавета приведены в таблице 5.

Таблица 4

Влияние удобрений на основе ОСВ на урожайность соломы и семян льна-долгунца сорта Зарянка (в среднем за 2010-2012 гг.)

Варианты опыта Солома Семена

ц/га прибавка ц/га прибавка

ц/ га % ц/ га %

1. Контроль 21,5 - - 2,3 - -

2. Компост 2 т /га 23,1 1,6 7,4 2,5 0,2 8,7

3. Компост 4 т/га 25,0 3,5 16,2 2,9 0,6 26,1

4. Компост 6 т /га 26,8 5,3 24,7 3,3 1,0 43,5

5. №К, эквивалентно варианту 3 24,4 2,9 13,4 2,6 0,3 13,0

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 27,0 5,5 25,4 3,1 0,8 34,8

7. ОМУГ - 4 т/га 29,8 8,3 38,6 3,3 1,0 43,5

НСР05 1,5 0,2

Таблица 5

Влияние удобрений на основе ОСВ на урожайность семенных клубней и ботвы

Варианты опыта Клубни Ботва

ц/га Прибавка ц/га Прибавка

ц/га % ц/га %

1. Контроль 187 - - 143 - -

2. Компост 2 т /га 195 8 4,3 147 4,7 3,3

3. Компост 4 т /га 198 И 5,9 153 10,0 7,0

4. Компост 6 т /га 213 26 13,9 170 27,8 19,5

5. ИРК, эквивалентно варианту 3 194 7 3,7 146 3,0 2,1

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 201 14 7,5 150 7,0 4,9

7. ОМУГ-4 т/га 224 37 19,8 174 31,2 21,9

НСР05 8,3 8,5

На контроле урожайность клубней в среднем за 3 года составила 187 ц/га клубней. Более высокая урожайность достигнута в вариантах 7 (ОМУГ-4т/га), 4 (ОСВ + торф -бт/га), 6 (ОСВ + торф 2 т/га + ЫРК), где получены существенные прибавки, составившие соответственно, 37 ц/га (19,8 %), 26 ц/га (13,9 %), 14ц/га (7,5 %). В варианте 3 (ОСВ + торф - 4 т/га) эффект последействия составил 5,9 %. Компосты на основе ОСВ и торфа, ОМУГ улучшили развитие вегетативной массы растений картофеля. Достоверный прирост ботвы картофеля получен в вариантах 7, 4 и 3, где биомасса превышала контроль на 21,9%, 19,5% и 7,0 %.

По результатам исследования установлено, что продуктивность звена севооборота лен-долгунец — картофель увеличивалась под влиянием применяемых удобрений (рис.1). Наибольшая суммарная продуктивность биомассы льна получена при внесении ОМУГ, ОСВ+ торф (6 т/га), где она достигла в среднем за год - 41,8 и 38,8 ц. к. е. с 1 га, что на 22 и 13 % превышало контроль без удобрений.

Рис. 1. Продуктивность звена полевого севооборота

Таким образом, компост на основе осадка сточных вод очистных с торфом и гранулированное органоминеральное удобрение обеспечивали в годы их внесения (2010, 2011 и 2012 гг.) достоверное повышение урожайности льна-долгунца, а в последействии (2011, 2012 и 2013 гг.) - клубней картофеля. В то же время применение минеральной системы было эффективным только в год внесения удобрений.

Влияние удобрений на качественные показатели льна-долгунца и картофеля

Согласно результатам проведенных исследований, внесение органических и минеральных удобрений не оказало значительного влияния на изменение химического состава соломы и семян льна-долгунца. Незначительное повышение содержания азота на уровне тенденции можно отметить при анализе соломы в варианте минеральных удобрений и в варианте 6 т/га компоста из ОСВ+торф (0,11, 0,06 % по отношению к контролю). В семенах содержание азота колебалось от 4,24% в варианте 2 до 4,67% в варианте 3 (ОСВ+торф в дозе 4 т/га). Содержание фосфора и калия в соломе и семенах льна-долгунца незначительно варьировало по вариантам.

Анализ изменения химического состава клубней картофеля в зависимости от применяемых удобрений также показал, что содержание азота, фосфора и калия мало изменялось по вариантам опыта. Во всех вариантах с удобрениями отмечен рост содержания крахмала в клубнях картофеля. Более высокая крахмалистость получена в вариантах с компостом, где содержание крахмала было на 2,3-2,9 % выше контроля.

Удобрения на основе осадка сточных вод и ОМУГ улучшали морфологические признаки соломки льна, на 1,8-6,7 см по сравнению с контролем повышали техническую длину льна.

Влияние компостов на основе осадков сточных вод на изменение содержания тяжелых металлов и мышьяка в растениях

Влияние удобрений на возможное накопление тяжелых металлов и мышьяка в продукции льна-долгунца представлено в таблице 6.

Определение содержания тяжелых металлов в биомассе льна-долгунца в среднем за годы исследований показало, что внесение компоста в дозе 6 т/га приводило к некоторому увеличению свинца и мышьяка в растениях. В целом следует отметить, что использование всех изучаемых удобрений существенно не влияло на повышение их содержания, а имеющаяся вариация по вариантам обусловлена пестротой почвенного плодородия и неучтенными случайными факторами. При сравнении содержания токсичных элементов с МДУ 123-4/28187 для кормов превышение не наблюдается.

Влияние удобрений на изменение содержания тяжелых металлов и мышьяка в продукции картофеля представлено в таблице 7.

Сравнение содержания токсичных элементов с ПДК для клубней так же показало, что превышения по тяжелым металлам и мышьяку в вариантах опыта не было установлено.

Содержание тяжелых металлов и мышьяка в соломе и семенах льна-долгунца (средневзвешенные значения за годы исследования), мг/кг в сухом веществе

Варианты опыта Си гп рь са N1 сг мп Со н8 аэ

Солома

1. Контроль 1,9 18,4 0,53 0,28 0,50 0,6 19,2 0,11 0,01 0,08

2. Компост 2 т /га 1,7 17,8 0,57 0,26 0,39 0,5 18,0 0,13 0,01 0,13

3. Компост 4 т/га 1,8 16,4 0,51 0,23 0,46 0,5 16,8 0,07 0,01 0,07

4. Компост 6 т /га 1,7 14,7 0,66 0,24 0,56 0,6 15,7 0,10 0,01 0,13

5. №К, эквивалентно варианту 3 1,7 14,8 0,56 0,25 0,42 0,5 17,1 0,11 0,01 0,08

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 1,5 13,2 0,56 0,20 0,39 0,7 15,8 0,06 0,01 0,11

7. ОМУГ — 4 т/га 1,7 14,0 0,51 0,25 0,39 0,8 18,5 0,24 0,01 0,06

Семена

1. Контроль 9,2 42,1 0,90 0,13 0,79 0,4 15,5 0,16 0,01 0,05

2. Компост 2 т/га 6,4 35,9 0,72 0,09 0,58 0,3 13,2 0,13 0,01 0,07

3. Компост 4 т/га 10,6 44,4 0,88 0,11 0,74 0,3 13,7 0,16 0,01 0,06

4. Компост 6 т /га 10,0 47,9 1,09 0,13 0,86 0,4 20,7 0,10 0,01 0,05

5. ЫРК, эквивалентно варианту 3 7,1 48,3 0,94 0,14 1,04 0,4 16,9 0,14 0,01 0,1

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 5,6 35,3 0,68 0,10 0,81 0,2 18,5 0,16 0,01 0,05

7. ОМУГ-4 т/га 8,9 41,9 0,75 0,13 1,14 0,3 15,3 0,15 0,01 0,04

МДУ 123-4/281-87 30,0 50,0 5,0 0,3 3,0 0,5 - 1,0 0,05 0,5

Необходимым условием для объективной оценки экологической обстановки в агроценозе является баланс тяжелых металлов. При расчете баланса в статье прихода принимали во внимание поступление элементов с компостами на основе осадков сточных вод и минеральными удобрениями. В статью расхода включен вынос металлов с основной и побочной продукцией.

В приходной части баланса тяжелых металлов и мышьяка учтено их поступление с компостами на основе осадков сточных вод (табл. 8). Минеральные удобрения в своем составе в качестве примесей также содержат определенное количество токсичных элементов. Наиболее высокие показатели, которые характеризуют количество поступающих тяжелых металлов и

мышьяка с удобрениями, получены при внесении ОМУГ в дозе 4 т/га, что обусловлено высоким их содержанием.

Таблица 7

Содержание тяжелых металлов и мышьяка в клубнях картофеля сорта Елизавета (средневзвешенные значения за годы

исследований)

Варианты опыта Си Ъп РЬ С<1 N1 Сг Мп Со Аб

1. Контроль 1,4 7,1 0,37 0,027 0,21 0,15 4,2 0,08 0,01 0,02

2. Компост 2 т /га 1,2 7,5 0,33 0,027 0,16 0,12 4,4 0,05 0,01 0,03

3. Компост 4 т/га 1,2 7,5 0,28 0,025 0,22 0,14 5,0 0,04 0,01 0,02

4. Компост 6 т /га 1,2 5,8 0,33 0,020 0,09 0,16 4,6 0,04 0,01 0,02

5. №К, эквивалентно варианту 3 1,4 8,2 0,30 0,021 0,18 0,18 6,5 0,03 0,01 0,02

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 1,1 6,6 0,42 0,022 0,20 0,17 5,5 0,05 0,01 0,02

7. ОМУГ-4 т/га 1,2 8,4 0,29 0,030 0,25 0,13 4,5 0,05 0,01 0,02

МДУ 123-4/281-87 30 50 5,0 0,3 3,0 0,5 - 1,00 0,05 0,5

ТРТС 021/2011* 0,5 0,03 0,02 0,2

нормативы даны при натуральной влажности

Таблица 8

Внесено ТМ и мышьяка с органическими и минеральными удобрениями, г/га

Варианты опыта Си гп РЬ Сй N1 Сг Мп Со н8 Ав

1. Контроль -

2. Компост 2 т/га 90 280 29 2,1 27 24 434 9 0,2 2,4

3. Компост 4 т /га 180 560 57 4,2 54 48 868 17 0,4 4,8

4. Компост 6 т /га 270 840 86 6,4 80 72 1302 26 0,7 7,2

5.1МРК, эквивалентно варианту 3 1,4 ' 5,7 7,5 0,4 4,4

6. Компост 2 т/га с.в. +№К, эквивалентно 2 т/га компоста 91 283 32 2,3 29 24 434 9 0,2 2,4

7. ОМУГ - 4 т/га 1624 6336 279 58,4 136 944 2804 27 5,6 10,4

Среди исследуемых культур наибольшим выносом элементов с урожаем особенно цинка и марганца характеризовался картофель (табл. 9). Максимальный вынос наблюдался при внесении компоста на основе ОСВ в дозе 6 т/га и ОМУГ в дозе 4 т/га. В выносе элементов с урожаем льна-долгунца отмечена та же тенденция.

Таблица 9

Влияние органических и минеральных удобрений на хозяйственный вынос ТМ и мышьяка за годы исследований, г/га

Варианты опыта Си гп РЬ Сс1 № Сг Мп Со н8 Аб

Лен-долгунец

1. Контроль 6,2 49,2 1,3 0,6 1,3 1,3 45 0,3 0,01 0,2

2. Компост 2 т /га 5,6 50,1 1,5 0,6 1,0 1,3 45 0,3 0,02 0,3

3. Компост 4 т /га 7,6 53,9 1,5 0,6 1,4 1,4 46 0,2 0,02 0,2

4. Компост 6 т /га 8,0 55,5 2,1 0,7 1,8 1,6 49 0,3 0,02 0,4

5. ЫРК, эквивалентно варианту 3 6,1 49,2 1,6 0,6 1,3 1,3 46 0,3 0,02 0,2

6. Компост 2 т/га с.в. + №К, эквивалентно 2 т/га компоста 5,9 46,6 1,7 0,6 1,3 1,9 48 0,2 0,02 0,3

7. ОМУГ-4 т/га 8,0 55,5 1,8 0,8 1,5 2,4 60 0,8 0,02 0,2

Карто< >ель

1. Контроль — без удобрений 85 640 27 2,5 26 30 720 4,3 0,3 1,1

2. Компост 2 т /га 104 636 27 2,8 28 30 820 5,3 0,3 1,8

3. Компост 4 т /га 92 771 27 2,2 31 32 452 4,1 0,4 1,1

4. Компост 6 т /га 109 951 30 2,8 41 31 859 5Д 0,4 1,5

5. №К, эквивалентно варианту 3 141 637 24 7,4 43 30 416 3,1 0,3 1,6

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 98 1073 32 7,2 42 37 878 4,7 0,4 1,4

7. ОМУГ-4 т/га 173 987 37 10,8 49 41 668 6,0 0,5 2,1

На основании полученных в опыте данных был произведен расчет баланса цинка, меди, свинца, кадмия, кобальта, марганца, ртути, мышьяка, хрома и никеля в дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почве.

Согласно расчету за ротацию севооборота сложился положительный хозяйственный баланс тяжелых металлов по меди, кадмию, хрому, марганцу, ртути в вариантах с внесением компостов в дозах 4 и 6 т/га и ОМУГ, по свинцу,

никелю, кобальту и мышьяку в вариантах с внесением возрастающих доз компоста с 2 до 4 т/га и ОМУГ, по цинку лишь в варианте с ОМУГ. Балансовые расчеты показывают, что опасности загрязнения почв тяжелыми металлами за счет применения компостов на основе ОСВ не наблюдается. При внесении ОМУГ происходит накопление цинка, меди, марганца, т.е. элементов необходимых для роста и развития растений.

Таблица 10

Баланс тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве, г/ га

Варианты опыта Си Ъъ РЬ са N1 Сг Мп Со Щ Аб

1. Контроль -92 -689 -29 -3 -5 -32 -765 -5 0 -1

2. Компост 2 т /га -18 -397 0,4 -1,1 22,8 -7,6 -423 3,0 -0,1 0,4

3. Компост 4 т /га 82 -255 28,8 1,6 48,1 15,4 378 12,9 0,1 3,5

4. Компост 6 т /га 154 -156 53,6 3,0 77,0 39,7 403 20,5 0,2 5,4

5. ЫРК, эквивалентно варианту 3 -144 -672 -17,4 -7,6 -0,2 .

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста -12 -829 -1,0 -5,4 23,9 -14,3 -484 3,7 -0,2 0,8

7. ОМУГ-4 т/га 1444 5303 241 47 130 901 2087 20,2 5,1 8,2

Таким образом, нормированное внесение удобрений на основе осадка сточных вод не повышало содержания тяжелых металлов и мышьяка в продукции льна-долгунца и картофеля. С увеличением дозы компоста на основе ОСВ и торфа в два и три раза четких закономерностей в изменении содержания токсичных элементов в почве и растительной продукции не отмечено. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в почве и продукции льна и картофеля при удобрении компостом соответствовало гигиеническим нормам, принятым в Российской Федерации.

Влияние удобрений на агрохимические, биологические и санитарно-гигиенические свойства почвы.

Агрохимические свойства почвы.

Изучение влияния удобрений на изменение агрохимических свойств почвы проводили на двух полях звена севооборота. Результаты анализов почвы по первому полю (закладка опыта 2011 г.) и по второму полю (закладка опыта 2012 г.) - представлены в таблице 11.

Действие компостов на основе ОСВ и ОМУГ на агрохимические свойства

почвы (поле № 1,2)

Варианты опыта Показатели, воздушно-сухой массы в с.в.

рНм Орган. вещ-во, % р2о5 к2о Нг Б V

мг/кг мг-экв/100 г %

Осень 2012 г. (1 год последействия, поле № 1)

1. Контроль 5,1 3,13 215 104 4,14 20,4 86,7

2. Компост 2 т /га 5,2 3,28 238 101 3,79 18,9 85,2

3. Компост 4 т/га 5,1 3,27 239 106 4,05 18,1 84,7

4. Компост 6 т /га 5,2 3,22 257 100 3,71 17,4 84,4

5. №К, эквивалентно варианту 3 5,0 3,28 236 92 3,49 14,9 81,9

6. Компост 2 т/га с.в. + №К, эквивалентно 2 т/га компоста 5,1 3,33 227 99 3,71 16,4 83,1

7. ОМУГ-4 т/га 5,1 3,25 271 126 3,19 16,2 83,8

Осень 2013г. (1 год последействия, поле №2)

1. Контроль 5,3 2,69 263 94 2,57 17,3 87,1

2. Компост 2 т /га 5,3 2,82 282 107 2,86 18,7 86,7

3. Компост4 т/га 5,3 2,78 266 99 2,74 17,9 86,7

4. Компост 6 т /га 5,3 2,56 274 102 2,62 18,8 87,8

5. ЫРК, эквивалентно варианту 3 5,1 2,76 253 86 3,05 16,9 84,7

6. Компост 2 т/га с.в. + ИРК, эквивалентно 2 т/га компоста 5,0 2,64 261 91 3,13 16,7 84,2

7. ОМУГ-4 т/га 5,0 2,71 293 108 3,05 17,2 84,9

Анализ данных таблицы показывает, что компосты на основе осадков сточных вод оказывали большое влияние на агрохимические свойства почвы. Об этом свидетельствуют результаты исследований динамики содержания агрохимических показателей в звене севооборота лен - картофель.

В последействии наблюдалось увеличение содержания подвижного фосфора в вариантах 7 и 4 (ОМУГ и компост на основе ОСВ в дозе 6 т/га). Другими словами, использование органических удобрений заметно улучшало фосфатный режим в первый год последействия. В то же время содержание подвижного калия в почве снижалось во всех вариантах, что было связано с низкой обеспеченностью этим элементом осадка сточных вод. Исключение

составил вариант с ОМУГ, где при создании удобрении в качестве добавки были использованы калийные удобрения (5 % д.в.).

Анализ изменения агрохимических показателей почвы в первый год последействия удобрений в поле № 2 показал, что в целом баланс питательных элементов определялся размером урожайности культур и сбалансированностью питательных элементов вносимых удобрений. Эффект последействия компоста на основе ОСВ и ОМУГ в 2013 г. получен за счет подвижного фосфора.

В год последействия в пахотном слое почвы наблюдали тенденцию снижения гумуса как на контроле, так и в вариантах удобрений. Это можно объяснить невысокими дозами удобрений, биологической особенностью первой культуры - льна, характеризующейся высоким выносом питательных элементов, и интенсивной обработкой почвы при уходе за картофелем (рыхление, окучивание), в результате чего усилилась минерализация органического вещества.

Баланс питательных веществ рассчитывался путем сопоставления количества элементов питания, поступивших в почву, с их расходом на создание урожая.

По результатам расчетов при внесении удобрений по всем вариантам опыта в сумме за 2 года исследований наблюдался отрицательный баланс по калию, который колебался от 4 % в варианте 2 с внесением 2 т/га компоста до 57 % в варианте с ОМУГ, что обусловлено его низким содержанием в компостах.

При внесении возрастающих доз компоста от 2 до 4 т/га баланс по фосфору был бездефицитным, в варианте с ОМУГ в дозе 4/га -положительным.

Слабоотрицательный баланс по азоту наблюдался в варианте с ОМУГ, при внесении компоста в возрастающих дозах его интенсивность возрастала с 33 до 93%.

При внесении органоминеральной системы отмечен отрицательный баланс по всем элементам, особенно по калию.

Таким образом, удобрения на основе ОСВ являются источниками поступления питательных веществ в растения и получения достоверных прибавок урожайности. Исходя из полученных результатов для обеспечения положительного баланса элементов питания в звене севооборота лен -картофель следует вносить компост на основе ОСВ в дозе 6 т/га совместно с калийными удобрениями. Применение ОМУГ более эффективно при внесении в почву с низким содержанием фосфора.

Санитарно-гигиенические свойства почвы

Влияние удобрений на накопление валовых форм токсичных элементов в пахотном горизонте представлено в таблице 12.

Таблица 12

Влияние удобрений на основе осадков на содержание валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почве, мг/кг

Варианты опыта Показатели, мг/кг воздушно-сухой массы в с.в.

Си Zn Pb Cd Ni Cr Mn Co Hg As

Осень 2012 г. (1 год последействия, поле № 1)

1. Контроль 5,5 24,1 5,9 0,35 10 8,5 205 6,2 0,03 2,2

2. Компост 2т/га 5,0 22,9 5,1 0,37 9,2 8,6 226 6,0 0,02 2,1

3. Компост 4 т/га 5,1 22,9 5,5 0,35 9,3 8,0 206 5,9 0,02 2,4

4. Компост 6 т /га 5,1 22,8 5,1 0,38 8,9 8,2 204 6,5 0,02 2,0

5. ЫРК, эквивалентно варианту 3 6,0 25,0 5,7 0,43 9,0 7,9 166 5,8 0,02 3 2,1

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 5,8 24,2 5,9 0,39 9,7 8,2 166 5,8 0,03 2,0

7. ОМУГ - 4 т/га 5,9 24,1 5,1 0,42 8,6 7,8 172 5,7 0,03 1,9

Осень 2013 г. (1 год последействия, поле № 2)

1. Контроль 7,9 25,8 7,0 0,34 10,6 8,7 202 7,8 0,01 1,5

2. Компост 2 т /га 7,1 24,6 6,9 0,32 9,2 8,7 203 5,9 0,02 1,5

3. Компост 4 т /га 7,0 25,0 7,0 0,37 9,8 8,3 202 5,7 0,02 1,5

4. Компост 6 т /га 7,3 26,7 6,9 0,37 10,3 8,9 196 6,4 0,02 1,3

5. ИРК, эквивалентно варианту 3 6,8 23,7 6,9 0,36 9,0 8,4 187 5,6 0,04 1,4

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 7,2 23,3 7,0 0,37 8,7 8,3 168 5,8 0,02 1,4

7. ОМУГ-4 т/га 6,7 25,1 7,0 0,37 9,7 9,0 182 6,1 0,02 1,4

ПДК/ОДК 66 110 65 1 40 не норм 1500 не норм 2,1 5,0

По данным проведенных анализов (поле №1), при сравнении с контролем в первый год последействия удобрений в почве повысилось содержание меди, мышьяка во всех вариантах и снизилось я цинка, марганца, свинца, кадмия.

Показатель суммарного элементного загрязнения (Хс) дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы

Варианты опыта Коэффициент концентрации Кс ЕКс гс

Си I Ъл | РЬ | Сй | № | Сг | Мп Со | Ня | Аб

Осень 2012г. (поле №1)

1. Контроль - - - - - - - - - - -

2. Компост 2 т/га 0,91 0,95 0,86 1,06 0,92 1,01 1,10 0,97 0,67 0,95 9,40 0,40

3. Компост 4 т/га 0,93 0,95 0,93 1,00 0,93 0,94 1,00 0,95 0,67 1,14 9,45 0,45

4. Компост 6 т/га 0,93 0,95 0,86 1,09 0,89 0,96 1,00 1,05 0,67 0,95 9,34 0,34

5.КРК, эквивалентно варианту 3 1,09 1,04 0,97 1,23 0,90 0,93 0,81 0,94 1,00 1,00 9,90 0,90

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 1,05 1,00 1,00 1,11 0,97 0,96 0,81 0,94 1,00 0,95 9,81 0,81

7. ОМУГ-4 т/га 1,07 1,00 0,86 1,20 0,86 0,92 0,84 0,92 1,00 0,90 9,58 0,58

Осень 2013г. (поле № 2)

1. Контроль - - - - - - - - - - - -

2. Компост 2 т/га 0,90 0,95 0,99 0,94 0,87 1,00 1,00 0,76 1,00 1,00 9,41 0,41

3. Компост 4 т/га 0,89 0,97 1,00 1,09 0,92 0,95 1,00 0,73 1,00 1,00 9,55 0,55

4. Компост 6 т/га 0,92 1,03 0,99 1,09 0,97 1,02 0,97 0,82 1,00 0,87 9,69 0,69

5.№К, эквивалентно варианту 3 0,86 0,92 0,99 1,06 0,85 0,97 0,93 0,72 2,00 0,93 10,22 1,22

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 0,91 0,90 1,00 1,09 0,82 0,95 0,83 0,74 1,00 0,93 9,19 0,19

7. ОМУГ-4 т/га 0,85 0,97 1,00 1,09 0,92 1,03 0,90 0,78 1,00 0,93 9,48 0,48

В целом концентрация валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почве опытных делянок с удобрениями и на контроле за период с 2011 года по 2013 год не превышала 0,47 ПДК (ОДК) для данных почв, т.е. загрязнения почвы при исследуемых дозах ОСВ не было отмечено.

Анализируя и сравнивая результаты содержания валовых форм токсичных элементов в почве в вариантах с внесением ОСВ за период с 2012 по 2013 год (поле № 2), можно отметить, что отклонения по всем показателям, не превышали допустимой относительной погрешности анализов. Кроме того, наблюдалось снижение концентрации свинца, хрома, марганца, ртути.

По результатам дисперсионного анализа в опыте за два года наблюдений не выявлено четкой зависимости в накоплении валовых форм и росте подвижности токсичных элементов в пахотном слое почвы от внесения компостов на основе ОСВ и ОМУГ по отношению к неудобренному контролю.

При анализе данных первого года последействия установлено, что в период с 2011 по 2012 год наблюдалось снижение подвижности металлов по сравнению с контролем. В целом концентрация подвижных форм в почве опытных делянок с удобрениями и на контроле не превышала 0,11 ПДК для данных почв, что отвечает гигиеническим нормам.

На основе полученных данных содержания загрязняющих веществ в почвах был рассчитан суммарный показатель загрязнения Zc.

Величина суммарного загрязнения почв 2с варьировала от 0,34 до 0,90 в поле № 1 и от 0,19 до 1,22 в поле № 2, что ниже допустимой категории загрязнения (< 16).

Таким образом, нормированное внесение удобрений на основе осадка сточных вод не привело к повышению содержания тяжелых металлов и мышьяка в почве. С увеличением дозы компоста на основе ОСВ и торфа в два и три раза четких закономерностей в изменении содержания токсичных элементов в почве не было отмечено.

Биологические свойства почвы

Действие компостов на основе осадков сточных вод на биологическую активность почвы определяли по содержанию каталазы в пахотном слое почвы и по интенсивности разложения целлюлозы.

Активность каталазы определяли три раза за вегетационный период при выращивании льна-долгунца и картофеля при изучении действия и последействия удобрений.

В период полных всходов льна (2 июня) существенный рост активности каталазы отмечен при внесении 4 т/га ОМУГ (табл. 14). К периоду активного роста стебля льна и к моменту уборки льна наблюдался рост активности

каталазы в вариантах с внесением возрастающих доз компоста. Наибольшая и стабильная каталазная активность за вегетационный период была в вариантах 4 (ОСВ+торф ,6 т/га с.в.) и 7 (ОМУГ в дозе 4 т/га с.в.).

Таблица 14

Активность каталазы в звене севооборота, мл.0,1н КМп04 на 1 г. почвы

за 20 мин (закладка опыта 2011 г.)__

Лен-долгунец (действие) Картофель (1 год последействия)

сроки отбора

2.06. 28.06. 27.07. 5.06 27.06 25.07.

1. Контроль 2,8 3,7 4,2 2,3 2,5 2,3

2. Компост 2 т/га 2,7 3,7 4,4 3,3 2,7 2,3

3. Компост 4 т/га 2,9 4,1 4,5 3,0 3,0 2,8

4. Компост б т/га 3,0 3,8 4,5 2,8 3,1 2,9

5. ЫРК, эквивалентно варианту 3 2,7 3,8 4,1 2,6 2,8 3,0

6. Компост 2 т/га с.в. + ЫРК, эквивалентно 2 т/га компоста 3,0 3,7 4,1 2,6 2,9 2,9

7. ОМУГ-4 т/га 3,1 3,9 4,8 2,7 3,2 2,9

НСР05 0,3 0,3 0,3 0,5 0,5 0,5

60 ........................................................................-..................51.........................-5*2-............................................-.........-.................-.............. м б.........

I I | I I I I

^ / / / / ^

Вариант

Рис. 2. Влияние последействия удобрений на разложение целлюлозы в почве за

годы исследований

При анализе последействия удобрений в период всходов картофеля максимальным этот показатель был в варианте 3 с внесением 4 т/га компоста, в дальнейшем вплоть до уборки в вариантах 3, 4 с внесением 4 и 6 т/га компоста и 4 т/га ОМУГ. Перед уборкой картофеля каталазная активность увеличилась в вариантах с применением минеральных удобрений и внесением половинных доз компоста и минеральных удобрений.

Внесение ОСВ и компостов на его основе благоприятно сказалось на развитии почвенного микробоценоза.

Анализ интенсивности разложения целлюлозы показал (рис.2), что за годы исследований наибольшей она была в вариантах 7 (4 т /га ОМУГ) и 4 (6 т / га ОСВ+торф) - 51,6 и 55,2 %. Слабое разложение целлюлозы отмечалось на контроле (23,8 %) и в варианте 2 с низкой дозой компоста.

Таким образом, компост на основе осадков сточных вод и ОМУГ повышали биологическую активность почвы по показателям каталазной и целлюлозолитической активности.

Экономическая и энергетическая эффективность удобрений

В среднем энергетический КПД (энергоотдача) применения различных доз удобрений (ОСВ+ торф, ОМУГ) колебался от 0,65 ед. в варианте 5 (ЫРК, эквивалентно 4 т/га компоста ОСВ+торф) до 5,64 ед. в варианте 7 (ОМУГ 4 т/га). За годы исследований более высокой энергоотдача была при применении ОМУГ (4 т/га).

Наибольшая рентабельность достигалась в вариантах 4, 3 с внесением компоста в дозах 6 и 4 т/га, это объясняется меньшими затратами на их производство. Высокий уровень рентабельности был и в варианте 7, составивший 178 %. Малоэффективным оказалось применение минеральных удобрений в эквивалентной дозе, где рентабельность составила 32 %.

Наибольший чистый доход 8246 руб./га получен в варианте 7 при применении ОМУГ. Для сравнения на контроле он составил 1672 руб./га. Это можно объяснить сбалансированным составом ОМУГ, применение которого обеспечило более высокий выход продукции с единицы площади по сравнению с другим вариантам, который составил 73,7 ц зерновых единиц с 1 га.

ВЫВОДЫ

1. Компосты на основе осадков сточных вод г. Вологды и торфа и органоминеральное удобрение (ОМУГ) обладают высокой удобрительной ценностью. По результатам анализов, в сухом веществе компостов из ОСВ и торфа содержится 66,9 % органического вещества, 2,0 % общего азота, 0,8 % общего фосфора, 0,3 % общего калия, в ОМУГ — 22,5 % органического вещества, 2,8 % общего азота, 3,1 % общего фосфора, 2,5 % общего калия.

Содержание токсичных элементов в удобрениях на основе осадков сточных вод существенно ниже норм ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 .

2. Внесение компостов и ОМУГ в годы опыта (2010-2012 гг.) обеспечивало достоверное повышение урожайности льна-долгунца, а в последействии и картофеля. Наибольшая прибавка урожайности льносоломы (в среднем за 3 года) была получена при внесении ОМУГ в дозе 4 т/га - 38,6 % к контролю. Применение компоста в дозе 2 т/га совместно с минеральными удобрениями (в эквивалентном по ЫРК количестве) увеличивало урожайность на 25,4%. Внесение возрастающих доз компоста способствовало достоверному увеличению урожайности льносоломы с 23,1 до 26,8 ц/га, что на 1,6-5,3 ц/га (7,4 - 24,7 %) выше по сравнению с контролем.

3. В первый год последействия при возделывании картофеля наиболее эффективным было применение ОМУГ в дозе 4 т/га и компоста в дозе 6 т/га. В этих вариантах прибавки по отношению к контролю составили 37 ц/га (19,8 %) и 26 ц/га (13,9 %) соответственно.

4. Использование компоста на основе осадка в дозах 6 т/га и 2 т/га совместно с КРК, а также ОМУГ увеличивало техническую длину стеблей льна-долгунца на 3 — 6 см по сравнению с контролем.

5. Внесение компоста на основе осадка сточных вод и ОМУГ повышало в семенах льна-долгунца содержание азота до 0,18 %, фосфора до 0,21 %, но не оказывало влияния на содержание калия. Применение компоста в дозе 4 т/га сопровождалось ростом содержания сухого вещества в клубнях картофеля (до 23,6 %), а также увеличением крахмалистости на 2,9 % к контролю.

6. Компосты на основе ОСВ и ОМУГ улучшали агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы, повышали обеспеченность растений питательными веществами, что положительно влияло на их урожайность. Для обеспечения положительного баланса элементов питания в звене севооборота лен - картофель целесообразно вносить компост на основе ОСВ в дозе 6 т/га совместно с калийными удобрениями.

7. При использовании компостов на основе осадка и ОМУГ повышалась биологическая активность почвы: увеличивалась интенсивность дыхания, катал аз пая и целлюлозолитическая активность. Интенсивность разложения целлюлозы в среднем за 2 года по сравнению с контролем увеличивалась на 11,8-31,3%.

8. Нормированное внесение удобрений на основе осадка сточных вод не повышало содержания тяжелых металлов и мышьяка в почве и растительной продукции. С увеличением дозы компоста на основе ОСВ и торфа в два и три раза четких закономерностей в изменении содержания токсичных элементов не отмечено. Величина суммарного показателя загрязнения почвы Ъс варьировала

от 0,34 до 1,22, что ниже допустимого загрязнения (<16). Содержание тяжелых металлов и мышьяка в почве и растительной продукции при удобрении компостами в различных дозах соответствует гигиеническим нормам.

9. В звене севооборота: лен - картофель наибольший энергетический эффект (5,64 ед.) получен в варианте с применением ОМУГ в дозе 4 т/га, наименьший (0,65 ед.) — в варианте минеральных удобрений (ЫРК, эквивалентно 4 т/га компоста). Высокая рентабельность достигнута в варианте с органоминеральным удобрением ОМУГ - 178 %, что обусловлено его сбалансированностью по химическому составу.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

На дерново-подзолистой среднесуглинистой почве северо-запада Нечерноземья для получение продуктивности звена севооборота лен-долгунец - картофель в среднем за год на уровне 41,8 ц кормовых единиц с 1 га и улучшения качественных показателей растительной продукции целесообразно применять компост на основе осадка сточных вод г. Вологды и органоминеральное гранулированное удобрение ОМУГ, которые характеризуются высокой удобрительной ценностью и соответствуют требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Рекомендуемая доза внесения компоста на основе осадка сточных вод и торфа - 6 т/га сухого вещества, гранулированного удобрения ОМУГ - 4 т/га. ОМУГ целесообразно вносить разбрасывателями минеральных удобрений, что значительно сокращает затраты на внесение и обеспечивает более равномерное распределение по поверхности. Вносить удобрения на основе осадка сточных вод рекомендуется один раз за ротацию севооборота при систематическом контроле за содержанием токсичных элементов в удобрениях, почве, а также растительной продукции.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Власова О. А. Использование осадков сточных вод на удобрение / Байбеков Р. Ф., Мерзлая Г. Е., Афанасьев Р. А., Власова О. А., Ханова Н. А., Налиухин А. Н. // Плодородие, 2013, №5. - С. 33.

2. Власова О. А. Влияние компостов на основе осадков сточных вод на урожайность льна-долгунца и биологическую активность дерново-подзолистой почвы // Эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. Материалы 46-й международной научной конференции молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук (ВНИИА), 26-27 апреля 2012 г. М.: ВНИИА, 2012. - С. 28-31.

3. Власова О. А. Влияние компостов на основе осадков сточных вод на содержание тяжелых металлов в почве и растениях // Материалы 47-й международной научной конференции молодых ученых, специалистов -агрохимиков и экологов (ВНИИА) «Перспективы применения средств химизации в ресурсосберегающих агротехнологиях». - М.: ВНИИА, 2013. -С. 27-29.

4. Власова O.A. Влияние органических удобрений на урожайность льна и многолетних трав / Мерзлая Г.Е., Налиухин А.Н., Власова O.A., Ханова H.A. // Доклады ТСХА. Выпуск 284. М.: Издательство РГАУ - МСХА, 2012. С. 41-43.

5. Власова O.A. Изучение удобрений на основе осадков сточных вод. / Байбеков Р.Ф., Мерзлая Г. Е., Власова О. А., Налиухин А. Н. //Агрохимический вестник, 2013, № 6. - С. 28-30.

Работа по изданию выполнена в редакционно-издательском отделе ВНИИА Лицеюия на издательскую деятельность ЛР 040919 от 07.10.98 Лицешия на полиграфическую деятельность ПЛД № 53-468 от 13.08.99 Подписано в печать 24.03.2014 Формат 60x84/16 Бум. писч. бел. Печать офсетная Усл. печ. л. 1,6 Заказ № 4 Тираж 100 экз.

127550, Москва, ул. Прянишникова, 31 А Тел. (499) 976-25-01, e-mail: pl@vniia-pr.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Власова, Ольга Александровна, Москва

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова

На правах рукописи

04201457687

Власова Ольга Александровна

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОСТОВ НА ОСНОВЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО - ЗАПАДА

НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент Россельхозакадемии Байбеков Равиль Файзрахманович

Москва - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................................... 4

1. Обзор литературы.

Использование осадков сточных вод для удобрения..................7

1.1 Современное состояние применения осадков сточных вод в России и за рубежом..................................................... 7

1.2 Химический состав и удобрительная ценность осадков сточных вод................................................................ 13

1.3 Влияние осадков сточных вод на агрохимические, санитарно-гигиенические и биологические свойства почв.................... 16

1.4 Влияние осадков сточных вод на урожайность и качество сельскохозяйственных культур.......................................... 31

2.0 Объекты, методы и условия проведения исследований 35

2.1 Объекты исследований.................................................. 35

2.2 Методы проведения исследований................................................. 37

2.3 Условия проведения исследований.................................. 40

3.0 Результаты исследования............................................ 48

3.1 Агрохимическая и санитарно-токсикологическая оценка компостов на основе ОСВ............................................ 48

3.2 Действие и последействие компостов из осадков сточных вод и ОМУГ на урожайность льна-долгунца и картофеля............. 51

3.3 Влияние удобрений на качественные свойства льна-долгунца

и картофеля................................................................ 56

3.4 Влияние компостов на основе осадков сточных вод на изменение содержания тяжелых металлов и мышьяка в растениях................................................................... 61

3.5 Влияние удобрений на агрохимические, биологические и санитарно-гигиенические свойства почв............................ 67

3.5.1 Агрохимические свойства................................................ 67

3.5.2 Биологические свойства..................................................................................................73

3.5.3 Санитарно-гигиенические свойства. Влияние удобрений на содержание тяжелых металлов в почве..........................................................76

4.0 Баланс питательных веществ в звене севооборота лен-

долгунец - картофель..................................................................................................83

5.0 Экономическая и энергетическая эффективность удобрений применения удобрений..................................................................86

5.1 Энергетическая эффективность удобрений применения удобрений..................................................................................................................................86

5.2 Экономическая эффективность удобрений применения

удобрений..................................................................................................................................88

Выводы..........................................................................................................................................91

Рекомендации производства......................................................................................93

Список литературы................................................................................................................94

Приложения................................................................................................................................110

Важная задача земледелия - это обеспечение сохранения, воспроизводства и стабилизации плодородия, получение высоких урожаев растениеводческой продукции и охрана об окружающей среде. Важным резервом восполнения органического вещества могут служить отходы коммунального хозяйства, в том числе осадки сточных вод (ОСВ).

На предприятиях Вологодской области действуют с разной степенью эффективности 247 очистных сооружений канализации. Общая мощность очистных сооружений предприятия МУП ЖКХ «Вологдагорводоканал» составляет 120 тыс. м3 жидких стоков в сутки.

Утилизация муниципальных отходов представляет серьезную экологическую проблему. При этом важно учитывать, что осадки сточных вод имеют высокую ценность как органическое удобрение для сельскохозяйственных культур, но наличие в них примесей токсичных элементов может служить ограничительным фактором.

Внесение осадков городских сточных вод в почву и применение для производства компостов - это один из путей решения проблемы утилизации. Решением этой задачи может быть также переработка отходов в сухие гранулированные органоминеральные удобрения (ОМУГ) с высокой концентрацией биогенных элементов. К преимуществам таких удобрений относится транспортабельность и возможность внесения на поля обычной сельскохозяйственной техникой. До последнего времени исследования имели ограниченный характер, не было достаточного научного обоснования применения переработанных отходов.

Для рационального использования компостов на основе ОСВ, ОМУ Г в качестве удобрений в конкретном регионе важно изучить их агрохимические и экологические свойства, определить влияние различных доз компостов на плодородие почвы и продуктивность агроценозов, на качество сельскохозяйственных культур по хозяйственно-полезным показателям, а также по содержанию токсичных элементов.

Цель и задачи исследования

Цель исследований заключалась в изучении закономерностей влияния компостов на основе осадка сточных вод очистных сооружений г. Вологды и органоминерального удобрения ОМУГ на продуктивность льна-долгунца и картофеля, установление эффективных, экологически безопасных доз удобрений при возделывании этих культур в полевом севообороте на дерново-подзолистой средне - суглинистой почве.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Изучить агрохимические и экологические свойства компостов на основе осадков сточных вод г. Вологды и ОМУГ.

2. Определить влияние различных доз компостов на основе осадков сточных вод и ОМУТ на агрохимические, эколого-токсикологические и биологические свойства почвы.

3. Определить эффективность ОМУГ и различных доз компостов на основе осадков сточных вод на урожайность и качество сельскохозяйственных культур по качественным показателям, содержание токсичных элементов.

Объекты исследования: почва - дерново-слабоподзолистая среднесуглинистая почва, компост на основе ОСВ и торфа, органоминеральное удобрение, лен-долгунец Зарянка, картофель Елизавета.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Влияние различных доз компостов на основе осадков сточных вод и ОМУГ на агрохимические, биологические и эколого-токсикологические свойства почвы.

- Действие и последействие компостов на основе сточных вод на урожайность и качество сельскохозяйственных культур, содержание в них токсичных элементов.

Научная новизна. На основе исследований впервые определена эффективность компостов на основе ОСВ г. Вологды в различных дозах и ОМУГ на северо-западе Нечерноземья. Установлены закономерности их влияния на агрохимические, биологические и санитарно - токсикологические свойства почвы, урожайность и качество продукции.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при разработке технологий экологически безопасного использования ОМУГ и компоста из осадка сточных вод очистных сооружений г. Вологды и торфа в агроценозах полевых культур, обеспечивающих повышение плодородия дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почвы и получения экологически безопасной продукции.

1. Обзор литературы.

Использование осадков сточных вод для удобрения 1.1. Современное состояние применения осадков сточных вод в России и

за рубежом

Производственная деятельность человека связана с образованием различного типа отходов, которые поступают в окружающую среду тем или иным способом. С ростом городского населения, развитием промышленности повышается водопотребление, а вместе с тем и водоотведение, увеличиваются объемы сточных вод и их осадков. Разнообразие химического состава осадков, содержание в них токсичных веществ, в частности тяжелых металлов патогенной микрофлоры и яиц гельминтов, делает их использование небезопасным для удобрения почвы в эколого - гигиеническом отношении (В. Ф. Ладонин, Г. Е. Мерзлая, Р. Ф. Афанасьев, 2002).

В Вологодской области актуальна проблема - сокращение объема накопленных и вновь образованных отходов за счет их использования в хозяйственном обороте, внедрения и совершенствования технологий по их переработке.

В области за 2011 год из всего объема образовавшихся отходов использовано, обезврежено, а также передано для использования 13,411 млн. тонн, что составляет 82%.

Решаются проблемы по утилизации осадков очистных сооружений МУП «Водоканал» г. Череповца и МП ЖКХ «Вологдагорводоканал». Осадки после обработки в цехах мехобезвоживания полностью используются на городских свалках для изоляции отходов. (Доклад о состоянии и охране окружающей среды Вологодской области в 2011 году).

Современными наиболее распространенными способами утилизации и использования ОСВ являются: изготовление активированных углей (сорбентов); термофильное сбраживание в метантенках с получением биогаза;

7

компостирование; использование в качестве добавки при производстве керамзита и других строительных материалов; сжигание; пиролиз, захоронение вермикомпостирование; применение в качестве удобрений, рекультиванта нарушенных земель и полигонов ТБО и другие (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001, А. 3. Евилевич, 1988).

Также одним из способов утилизации осадков сточных вод является его использование в качестве органоминерального удобрения, в результате решается ряд важных задач - исключается необходимость хранения (захоронения), повышается урожайность сельскохозяйственных культур и улучшается плодородие почв, не загрязняется окружающая природная среда.

В настоящее время осадок сточных вод (ОСВ) используют в малых количествах из-за содержания в них токсичных веществ, но опыт показывает, что при правильно подобранных дозах внесения и технологиях утилизация ОСВ в качестве удобрения может быть экономически и экологически целесообразной. Ввиду больших объемов их накопления на очистных сооружениях использование ОСВ является также важной природоохранной проблемой. Ежегодное накопление в мире оценивается в 200 млрд. т, а в России - свыше 2 млн. т сухого остатка. Основными приемами утилизации осадков сточных вод, применяемыми в США, Канаде и большинстве стран Европы, являются: захоронение на полигонах (до 40-50%), использование в качестве удобрений (35%), использование для рекультивации земель (до 15- 25 %). (В. А. Касатиков, К. Е. Баринова, В. Е. Руник, С. М. Касатикова, 1987, С. Д. Беляева, 2011, Б. С. Семенов, Б. 3. Сытин, 1998).

В Центральном Федеральном округе РФ только за счет внесения ОСВ можно экономить на минеральных удобрениях до 300 млн. руб. ежегодно (В. А. Касатиков, 2013).

I

Накопленный в России опыт, по использованию осадков сточных вод на различных видах почв в качестве удобрений для многих сельскохозяйственных культур, подтверждает высокую агрохимическую ценность (Р. А. Афанасьев,

Г. Е.Мерзлая, 2003, И. П. Гугняев, О. С. Куликова, А. И. Куликов, 1982, Л. И.Сергиенко, В. П. Кривошеев, 1996). Также такие же исследования проводились и в других странах.

В зависимости от региональных геологических особенностей стран зарубежья, в сельском хозяйстве используют от 10 до 90 % ОСВ, в среднем в Западной Европе - 30-40 %. Ежегодно в мире прослеживается устойчивая тенденция роста этого показателя в общих объемах утилизации.

Во многих странах мира компостирование осадков сточных вод с различными наполнителями рассматривается как важный элемент стратегии вторичного использования отходов. Так, в Австрии и Бельгии перерабатывается на компост около 25 %, в Нидерландах 30 - 40 %, во Франции 8 % бытовых отходов (А. И. Еськов, 2004).

Лишь 5 - 7 % осадков сточных вод в качестве удобрений используется российскими сельхозпроизводителями (Е. В. Курганова, О. А. Копейкина, Л. И. Гюнтер, С. Д. Беляева, 1999). Скорее всего, это связано с недостаточным внедрением на очистных сооружениях передовых технологий по их переработке и подготовке к использованию в сельском хозяйстве и малой информированностью в этой области потребителей о питательной ценности осадков сточных вод.

Проблема утилизации ОСВ стоит остро и за рубежом и в России. В настоящий момент, основная масса осадков сточных вод складируется на иловых площадках, создавая экологические и технологические проблемы. Только правильное применение ОСВ позволит повысить урожайность сельскохозяйственных культур и плодородие почв, обеспечит охрану окружающей среды. Наличие в осадках солей тяжелых металлов является основным фактором, сдерживающим применение их в растениеводстве. Кроме того они не сбалансированы по химическому составу. К химическому составу осадков сточных вод в Российской Федерации разработаны, определенные

нормативы предъявляемые с учетом того, что они не будут отрицательно

9

воздействовать на качество растениеводческой продукции, на мелиоративное состояние почвы и не приведут к гибели микрофлоры (СанПиН 2.3.2.560-96 и ГОСТ Р 17.4.3.07 - 2001, Е. П. Пахненко, 2007, О. А. Лучицкая, С. М. Севастьянов, 2007, Д. П. Гладких, 2009).

Осадки, которые образуются в процессе очистки вод и стоков, весьма разнообразны по химическим свойствам и физическим характеристикам.

В зависимости от их химического состава различают три группы осадков:

1) из неорганических (минеральных) веществ;

2) из органических веществ с зольностью менее 10 %;

3) смеси органических и неорганических веществ с зольностью, лежащей в пределах от 10 до 60 % (Д. А. Кривошеин, П. П. Кукин, В. Л.Лапин и др., 2008).

И.С. Туровский (1982) предлагает следующую классификацию осадков и указывает, что «осадки сточных вод - это суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической (реагентной) очистки». Он их классифицирует на: грубые примеси (отбросы), тяжелые примеси (песок), сырой осадок, плавающие примеси (жировые вещества), активный ил, сгущенный активный ил, осадок анаэробно сброженный, уплотненный активный ил, аэробно стабилизированный активный ил.

На предприятии МУП ЖКХ «Вологдагорводоканал» обработка осадка основана на механическом обезвоживании на пресс-фильтрах и компостировании на открытых площадках.

Сооружения для обработки осадков сточных вод включают в себя: илоуплотнитель, метентенки, цех механического обезвоживания, площадки компостирования и иловые. Образуемая смесь сырого осадка и уплотненного ила на очистных сооружениях канализации составляет 1 % от объема сточных вод.

• илоуплотнители предназначены для уплотнения избыточного активного

ила;

• метантенки - для сбраживания осадка;

• цех механического обезвоживания - для обработки осадка и его обезвоживания;

• площадки компостирования - для приготовления и хранения компостной смеси.

• иловые площадки - для размещения осадка в качестве аварийного резерва.

Свежий осадок при компостировании при помощи вспашки, боронования и фрезерования высушивают до влажности 50-55 %, затем сгребают бульдозером в рыхлые штабеля для биотермического обеззараживания. При хорошем доступе воздуха в штабеле температура быстро повышается до 60°, что приводит к гибели яиц и личинок мух, неспоровых микроорганизмов и гельминтов. При таком компостировании, из-за невысокого отношения С : 14, теряется большое количество азота и органического вещества. Поэтому осадок предварительно необходимо смешать с торфом в отношении 3:1 (В. А. Васильев, Н. В. Филиппова, 1988).

Основная часть осадка активного ила (70 - 75 %) и из первичных отстойников (60 - 75 %) - это органические вещества.

После обработки и в зависимости от технологической схемы для использования в качестве удобрения потребителям могут быть переданы три вида осадков: термически высушенные, влажностью 10-40 %, подсушенные или обезвоженные, влажностью 60-80 %; жидкие, влажностью 92 - 97 % (А.Х. Шеуджен, Л.М. Онишенко, В.В. Прокопенко, 2005).

Основной фактор, который сдерживает применение осадков сточных вод в сельском хозяйстве — это наличие в них солей тяжелых металлов, влияние которых еще пока мало изучено. Поэтому для решения этого вопроса имеется много неразрешимых задач (Л. Н. Михайлов, 2008, Л. Н. Александрова, Л. Н. Михайлов, 2008).

Прежде всего, необходим дифференцированный подход к их применению в качестве удобрения, так как они индивидуальны по составу и свойствам. Поэтому для оптимального использования осадков сточных вод необходимо в каждом конкретном регионе определить их влияние на почву, качество и продуктивность сельскохозяйственных культур (М. С. Черемис, 2005).

1.2 Химический состав и удобрительная ценность осадков сточных вод

Большая часть продукции растениеводства (зерно, плоды, овощи и т.д.) являются для людей пищей. В результате пищеварения выделения организма человека содержат много азота и зольных составных час�