АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ

Касатиков, Виктор Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ
ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ"

%<ЗЇНЄ

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ 'СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

Иа правах рукописи

КАСАТИКОВ Виктор Александрович Кандидат сельскохозяйственных наук

УДК 631.879.2 1631.95

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ

Специальность 06.01.04 — агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

МОСКВА 1989

/уоо с^'^о V- , ъ ■ -

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском, конструкторском и проектно-технологнческом институте органических удобрений и торфа Всесоюзного научно-производственного объединения «Союзсельхозхимия».

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дерюгин И. П., доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сдобникова О, В., доктор технических наук, профессор Туровский И. С.

Ведущее предприятие — Центральный институт агрохимического обслуживания.

Защита состоится с 3. > а 1990 г.

в « /^ » час. на заседании специализированного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева (Д 120.35.02) по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета —

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Одним из результатов антропогенной деятельности человека в урбанизированном мире является накопление городских отходов, в том числе осадков городских сточных вод (ОСВ). Ежегодные объемы их производства превышают 5 млн. т по сухому веществу. Использование осадков в сельском хозяйстве — один из альтернативных способов их утилизации. Органическое вещество, высокое содержание фосфора, наличие удобрительных микроэлементов делает этот вид городских отходов потенциально ценным удобрением.

При условии применения всего объема ОСВ, производимых на городских станциях аэрашш, сельское хозяйство может дополнительно получить около 100 тыс. т азота, 130— 160 тыс, т фосфора и 15—20 тыс. т калия. Однако бесконтрольное использование ОСВ может повысить экологическую нагрузку на агроэкоснстему за счет введения в нее ряда тяжелых металлов —Ай, С(1, Сг3+, Си, Нд, N1, РЬ, Эг, 2п. Отсутствие объективной агроэкологической оценки ОСВ, мониторинга за производством и применением осадков затрудняет решение одной из важнейших в настоящее время экологических проблем — утилизации городских отходов.

Основная цель исследований—теоретическое обоснование агрохимических, экологических и технологических аспектов применения ОСВ в качестве удобрения, определение их места в системе химизации сельского хозяйства. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: определить классификационные различия между осадками городских сточных вод и оценить их влияние на агрохимические свойства почвы; выявить удобрительную ценность технологически различных видов ОСВ и определить их влияние на агрохимические и агрономические показатели роста растений в зависимости от периодичности внесения осадков и вида культур звена севооборота; изучить характер-изменения мнкроэлементного состава почвы и растений под действием ОСВ и минеральных удобрений: разработать экологи: ЦЕНТРАЛЬНАЯ 1 ( - '-74 БИБЛИОТЕКА ,, : . Г. 'ПДОУКИ

I .;,.,1?,сооа

чески оптимальные системы удобрений на основе стандартизированных ОСВ; разработать экономические, технологические и организационные принципы решения проблемы утилизации ОСВ в качестве удобрения.

Научная новизна работы. В диссертации впервые в СССР дано комплексное агробиологическое обоснование одного из альтернативных способов утилизации осадков городских сточных вод — применение в качестве удобрения. Получены оригинальные экспериментальные данные и дано теоретическое обоснование агрохимическим и экологическим положениям рационального использования осадков, систем мониторинга при их производстве н применении. Создана научная платформа и разработаны подходы для углубления экологических исследований на стыке почвоведения, агрохимии и биогеохимии при изучении эффективности и последствий применения органических удобрений на основе бытовых и про* мышленных отходов.

Защищаемые положения. 1. На дерново-подзолистых почвах легкого механического состава осадки городских сточных вод в отличие от торфяного (подстилочного) навоза являются: а) азотнофосфорным удобрением; б) имеют длительное последействие. 2. Агрономическая эффективность, дозы, сроки и способы внесения осадка, соотношение органических н минеральных компонентов в системе удобрений определяются не только видом звеньев севооборотов, периодом их ротации, но также технологией производства ОСВ, их физико-химическими свойствами и мнкроэлементным составом. 3. Экологически оправданной системой удобрений на основе стандартизированных ОСВ является органоминеральная — ОСВ 15— 30 т/га в сочетании с озотно-калннным удобрением и внесением осадков раз в 3—5 лет в зависимости от вида и количества культур в севообороте, элементного состава почвы и осадков сточных вод. 4. В формировании биогеохимических аномалий активную роль играют не только ОСВ как кои-кретный вид городских отходов, но и органомннеральные системы на их основе при пониженном влиянии минеральных удобрений. 5. Стоимостная оценка к экономическая эффективность применения осадков городских сточных вод определяются народнохозяйственной значимостью их утилизации.

Практическое значение исследований и реализация их результатов. В результате комплексной -научной проработки проблемы найдены экологически обоснованные пути применения систем удобрении на основе ОСВ для Нечерноземной зоны СССР. Определены конкретные научно-производствен-ние рекомендации по применению этих видов удобрений в системе станция аэранни — агропромышленный комплекс. Обоснован способ определения предельно-допустимой дозы 2

ОСВ расчетным путем по валовому содержанию и подвижным формам тяжелых металлов. Разработаны проекты стандарта СЭВ на осадок городских сточных оод и ГОСТа на компост из твердых бытовых отходов, формы паспортов на них, а также форма проектно-сметпой документации на использование данных видов отходов при агрохимическом окультуривании полей.

Разработана система экологического мониторинга с участием проектпо-изискательскнх станций химизации за использованием осадков сточных вод и других видов городских отходов в качестве органического или органоминерального удобрения. Определены основные технологические схемы производства и применения органических и оргапомннеральных удобрений на основе ОСВ с обоснованием системы машин и механизмов.

(Материалы диссертации использованы при разработке рекомендаций но применению осадков городских сточных под, компостов из твердых бытовых отходов и торфа:

1. «Рекомендации по комплексному использованию торфа к сельском хозяйстве». М., Россельхозиздат, 1978, 16 с.

2. «Применение термически высушенных осадков городских сточных вод в качестве органоминерального удобрения (рекомендации)*. М,, Россельхозиздат, 1982, 15 с.

3. «Рекомендации по применению осадков городских сточных вод с иловых площадок п качестве удобрения». Владимир, 1984, 22 с.

4. «Рекомендации по применению компостов из бытовых отходов в сельском хозяйстве». Владимир, 1984, 22 с.

5. «Применение обработанных химическими реагентами осадков городских сточных вод в качестве удобрения». Владимир, 1986, 32 с.

6. «Методические рекомендации по применению городских отходов в системе комплексного агрохимического окультуривания полей», Владимир, 1987, 20 с.

«Рекомендации по комплексному использованию торфа п сельском хозяйстве» и «Рекомендации по применению термически высушенных осадков городских сточных вод» рассмотрены и утверждены на НТС МСХ РСФСР, а «Рекомендации но применению компостов нз бытовых отходов в сельском хозяйстве»— НТС МСХ СССР. Остальные рекомендации утверждены ВПНО «Союзсельхозхнмни».

Внедрение перечисленных рекомендаций осуществляется в различных регионах страны. Непосредственно под руководством автора внедрение осуществлено во Владимирской, Горь-ковской, Московской н Ивановской областях.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и доложены на Всесоюзных и региональных

совещаниях участников Географической сети опытов с удобрениями (1975, 1976, 1981, 1982, 1984 гг.), научных конференциях ТСХЛ (март 1980 г., декабрь 1980 г.), Всесоюзном совещании по органическим удобрениям (1981 г.), научно-технических сонетах МСХ РСФСР и СССР (1981, 1983 гг.), Всесоюзном координационном научио-техннческом совещании «Использование осадкой городских сточных вод и твердых бытовых отходов'в сельском хозяйстве» (Владимир, 1983 г.), Всесоюзной научно-технической конференции «Химизация сельскохозяйственного производства» (Кишинев, 1983 г.), Всесоюзных и региональных совещаниях, посвященных обработке осадков городских сточных иод и их использованию в сельском хозяйстве (1982, 1983, 1984, 198G гг.); IV научной конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов Волго-Вятского экономического района (1987 г.); региональных научных совещаниях по «Гигиенической оценке продуктов питания, подученных при использовании сточных вод и активного ила в сельском хозяйстве» (Ростов-на-Дону, 1984, 1987 гг.); Всесоюзной конференции «Проблема гумуса и ресурсы органических удобрений», Владимир, 198? г., межобластном семинаре «Гигиенические аспекты утилизации и обезвреживания осадков сточных вод и других промышленных отходов», Куйбышев, 1987, 1988 гг.; тематических семинарах ВДНХ «Увеличение производства и повышение эффективности использования органических удобрений», 1985, 1986, 1989 гг.

Основные результаты исследований опубликованы в 54 научных работах, в т. ч. 6 рекомендациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и общих выводов, рекомендаций производству, списка цитируемой литературы л приложений, выделенных в отдельный том. Основной материал изложен на 317 стр. машинописного текста, содержит 74 таблицы, иллюстрирован 20 рисунками. Список литературы включает 556 наименований, из которых 270 иностранных авторов. Приложение на 132 стр.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по агроэкодогической проблеме использования в агропромышленном комплексе осадков городских сточных вод проводились с 1975 по 1988 г. Опыты были заложены на дерново-слабонодзолистой супесчаной почве, развитой на мало- и среднемощнон супеси, подстилаемой с глубины 40—60 см тяжелосуглинистой мореной и моренным песком. В почве содержится 1,3—1,9% гумуса, 7,5—12,0 и 4,3— 9,0 мг/100 г. PaOs подв. и КгО обм. соответственно при рН сол. 5,2—6,4 и емкости обмена—3,4—7 мг-экв./100 г почвы.

Выбор данной почвенной разности обусловлен с одной стороны — значительным распространением дерново-подзолистых супесчаных почп и Нечерноземной зоне СССР, с другой стороны —наибольшей потребностью данных почв-в применении органических удобрений, их пониженной экологической устойчивостью по отношению к органическим и неорганическим токсикантам, вводимым в почву в составе осадков сточных вод. Элементный состав почвы опытного участка характеризуется низким фоновым уровнем ряда элементов. По сравненню с кларковым содержанием почва недонасыщена Сг3+- в 4 раза, Cd—5 раз, Мо— 2,5 раза, Ni — 3,5 раза и Zn — 2 раза.

Полевые исследования по различным аспектам взаимодействия осадкой сточных вод и торфяных удобрений с агро-экосистемон дерпово-подзолистон супесчаной почвы проводили в зерновых, зерпопропашпых звеньях и севооборотах. По общепринятым методикам проведено 17 полевых и мелкоделя-ночных опытов, развернутых во времени и пространстве. Наряду с осадками городских сточных вод в качестве аналогов рассматривались торфяные удобрения — низинный торф н торфяной навоз. ОСВ в опытах применялись в дозах 15— 120 т/га 50% влажности, а торфяные удобрения—25— 100 т/га натуральной влажности.

В отличие от торфяных удобрений осадки сточных вод являются поликомпонентной органомнперальной системой, содержащей различные химические ингредиенты, обусловленные как составом сточных вод, так н технологическими особенностями производства осадков на станциях аэрации. На их основе выделено 2 основных вида ОСВ — реагентнын и безреа-гентнып. Реагентнын вид осадка получается при флокулиро-ваннн аэробностабилнзнрованного и термофнлыюсброженпо-го ОСВ Са(ОН)2-пНгО ц сочетании с FeCl3. Содержание кальция в сухом термически высушенном осадке достигает 15%, а в термофнльносброженпом — 30%. Безреагентнын вид осадка получается при сбраживании его в метантенках или аэротенках с последующей подсушкой на иловых картах без применении химических реагентов. Агрохимическая характеристика ОСВ приведена в таблице I.

Учет урожая полевых культур, отбор растительных п почвенных проб и их агрохимический анализ проводились по общепринятым зональным методам н методикам (Лрннушклпа, 1961; Доспехов, 1984; Петербургский, 1968). Мнкроэлемент-ный анализ почвы и растении осуществлялся при помощи методой атомной абсорбции н эмиссионного спектрального анализа. Биологическую активность почвы оценивали по существующим методам.

Автор выражает благодарность за помощь в работе н цен-

ньге советы сотрудникам ЦТБОС, ВНИПТИОУ, ТСХЛ, НИИКВОВ, ИМГРЭ, НИИ ценообразования.

Влияние осадков городских сточных вод на агрохимические свойства дерново-подзол истой супесчаной почвы

Влияние ОСВ на физические и агрохимические свойства почвы оценивалось рядом авторов {ВисЬег, 1974, ЮгкЬагп, 1974; Ро1е(£сЬпу, 1982; ЭКи^тапз, 1983). При этом не рассматривалось действие технологически различных видов осадков па основные физические и физико-химические свойства почвы, ее агрохимические показатели, в том числе на динамику подвижных форм макроэлементов. Не оценена роль ор-гапоминеральной системы удобрений на основе ОСВ в изменении свойств почвы. Не выяснена зависимость между динамикой подвижных форм макроэлементов п видом культур севооборота, длительностью его ротации.

РеагентныйвндОСВ оказывал наиболее значительное влияние на обменные свойства ночвы, в частности на гидролитическую кислотность (Нг) и сумму поглощенных оснований (Э). При этом в отличие от термически высушенного реагентного осадка (ТВОр) термофнльносброженный реагентный осадок (ТОСВр) имеет гораздо меньшее влияние на почвенную кислотность несмотря на 30% уровень СаО в ТОСВр (рис. 1). Данная зависимость обусловлена технологией производства ТОСВр, при которой калький входит преимущественно в состав соединений с пониженной емкостью обмена. С этим связано различие в действии ТОСВр н ТВОр на сумму поглощенных катионов. Под влиянием ТВОр ее величина возрастает в 1,5—3,4 раза, В то же время реагентный ТОСВр изменяет данный показатель на уровне действия низинного торфа. Существующее различие действий ТОСВр и ТВОр на Нг, рН обусловлено, наряду с физико-химическими их физическими свойствами, а также различной степенью дисперсности осадков.

Для безреагентного осадка характерно менее активное взаимодействие с ППК, проявляющееся в изменении обменной кислотности и суммы поглощенных оснований, которое сравнимо с действием низинного торфа. При этом разница в зольности безреагентных осадков (табл. 1) не влияла на интенсивность протекания обменных процессов. При повторном внесении ОСВ изменение физико-химических свойств ППК определяется как видом осадка, так и буферной емкостью почвы. Действие осадков, как донора обменных оснований, проявляется преимущественно в слое его внесения.

Другим свойством почвы, значительно изменяющимся иод

Таблица 1

Агрохимическая характеристика осадков городских сточных вод

Рсагсятые' Везрсагсиные

Показатели Термически высушенные (ТВОр) Тсрмофллыю-сброжешше (ТОСВр) Термофильно-сброженные (ТОСВ), г. Владимир Термофильно-сброженные (ТОСВ), г. Москва АэробпостаЄн-лизиров. (ОСВа) Термически высушенные беэреагектные (ТВОб)

Содержаиие влаги, % , 40-45 40—60 33-41 50-60 40-50 8—20

Зольность, % (по абс. сух, в-ву)..... 50-60 50—СО 70-81 65-75 35-54 25-35

РІ'ка....... 11,8-13,3 11,9—12.5 6,6-7,1 0,5-0,8 7,0-7,4 6,4—6,9

Содержание, % (по аСс. сух, в-ву) общего: азота ...... фосфора ..... калия ...... М—КН4..... N-N0,..... РіОі подв..... КіО обч..... 1,4 -2,1 0,60—1,9 0,1 —0,2 0,02-0,03 0,25-0,30 0,25-0,70 0,02-0,03 1,5 -2,0 1,70—2,3 0,10-0,2 0,0 І—0,07 0,25-0,40 0,018-0,020 0,010-0,015 0,6—2,0 1,4-2.3 0,2-0,5 0,03-0,07 0,015-0,042 0.065—0.091 0,019-0,038 1,8-2,0 1,4-3,0 0,5-0,7 0,15-0,20 0,40—0,60 0,23—0,00 0,03-0,05 2.4-2.8 2,3-3,4 0,2-0,5 0,08-0,10 0,23-0,60 0,36—0,53 0,021-0,045 1,3-1,7 0,7—1,4 0,07-0,2 0,10—0,15 0,30-0,41 0,40-0,50 0,035-0,05

действием осадка, является ее гумуснрованность, определяемая не только дозой ОСВ, но и его технологическими свойствами. ОСВ, имея насыщенный катионами органоминеральный комплекс, повышает отношение Сг* : С*,к почвы на 10—Й0% пропорционально дозам оспдка (от 15 до 120 т/га). Это свидетельствует о видоизменении состава органического вещества дерново-подзолистой супесчаной почвы из фульватного в фульватно-гуматнын тип. Данный процесс осуществляется, очевидно, путем образования соединений солевого типа с 2— 3 валентными катионами и адсорбционных комплексов при сорбции гумусовых кислот и их солей минеральной составляющей осадков, гидроокисями Ре, ЛІ, ТІ и других элементов.

В составе реагентного ТВОр большая часть фосфат-ионов находится в сорбииоиной связи с органическим веществом осадка. Этим определяется высокая подвижность фосфора ТВОр и, как следствие, повышение уровня РЕ05 поди, в почве на 50—60% при дозе осадка 60 т/га (повышение уровня Рг05 от торфяного навоза не превышает 25%, от низинного торфа— 11%) (рис. 2). В сравнении с ТВОр статическое равновесие Р2О5 вал.ч^РаОв поди, при внесении реагентного ТОСВр наблюдается уже при дозе осадка 15 т/га. Ее увеличение до 30 т/га снижает содержание Р2О3 под», в почве вследствие выноса растениями и слабой интенсивности обменных реакций между ППК н фосфатами Са к тяжелых металлов (ТМ), входящих в состав ТОСВр. В интервале доз 30—60 т/га вновь устанавливается равновесие Р2О5 вал.^РгОз подв. за счет увеличения массы вносимого с ТОСВр подвижного фосфора.

В целом, при применении реагентшлх ОСВ уровень его содержания в почве находится в зависимости от физико-химических свойств осадка, количества внесенных с ОСВ фосфатов, уровня СаО в осадке, периода взаимодействия ОСВ с почвой, ограниченного временем установления равновесия в подсистеме осадокч^почва.

Для безреагентных ОСИ процесс сорбцнн-дссорбцнн фосфора осадков почвой пе связан с изменением фнзпко-химнче-скііх свойств ППК и обусловлен только уровнем подвижного РаОз в осадке п его зольностью (табл. 1). Вследствие этого, влияние безреагентных ОСВ на фосфатный режим почвы уменьшается в ряду: аэробностабнлизированный ОСВ>тер-мофнльносброжеинын ОСВ (г, Москва) > безреагентнын ТВО>тсрмофнлы1осброженный ОСВ (г, Владимир), определяемом уровнем фосфора н данных осадках.

Варьирование уровня обменного калия в почве под действием ОСВ связано с технологией их производства. Прн фло-кулированин ОСВ СаСОд и РеСЬ основная часть калия фиксируется в необмениой форме аморфными окислами 1?20з и

почву м растений по поко5бте1в ге . Обозначения: I- Ьевал.. сод., 0-20 с»:; 4- 1л вел, ■ .сад.,гО-ВД см: 2.- 1ч. подв. форм, 0-20 см;

2с пода, форм, 20-ВД см; 5 - Ъс. растении.

Кс 20 ■

г*

__________..Сг

45. 90 . Б

, гад гад

■ . - ':___-Си

зо 60 120 гад

С Л.Д г , т/ Г <Х_ _ :

- Рисунок Ч». Влияние ТОСВ на Кс. полгишкх

- форм элементов неизвестковвкной СА) и к 8 вест кован но К СБ) почвы в слое 20—<Ю

см.

/ ^-—i3

15 .50

60-. ■ Д o s а

15 Э0 осадка, т/ті

■ 60

Fncyuajc І. Віиянне реагенти«* к Свэреагешкм* осадков ва ■ оСиекныв свойства почги. позначення: I-lßOp, г-ТОСВр, З-Сезреагеитиий осадок.

15 . 30 7 È0 осілі а,-т/ г а

Рис/иої 2. Вшііш реагентші (А) и (киреагентных (Б) ÛC3 ааїроввміЬО^олз.вслоепвчвіі О-М си- Oöowa-чония: l.f%. Лдействш). 3-TÛCBp (no-

Cao. Данный процесс активно протекает в щелочной среде н наиболее выражен для реагептного ТОСВр. Пониженная активность ТВОр в необменной фиксации калия осадка и почвы связана с их большей днсперностью и меньшим содержанием СаО, За счет этого равновесие в системе ОСВ«раствор« ч=ьиочва устанавливается при более высоких концентрациях К«0 обм. в почвенном растворе.

Влияние осадков сточных вод на азотный режим почвы в процессе вегетации нолевых культур определяется технологией производства осадков, уровнем и них N—NH« и N—NOJt видом культур звена севооборота. Реагеитнин осадок повышает уровень нитратного азота в почве, а безреагентный осадок способствует оптимизации азотного питания растений, являясь источником аммиачных и нитратных форм азота, которые образуются при анаэробном и аэробном сбраживании в метантенках н аэротенках. Увеличение зольности снижает эффективное влияние осадков на азотный режим почвы.

Агрохимические и агрономические особенности применения осадков городских сточных вод

Положительное влияние ОСВ па рост и развитие культур отмечалось рядом авторов, рассматривавших агрономическую ценность осадков без связи с их технологическими свойствами (Andersson, 1983; Marinan, 1980; Leend, 1980; Pana et al.,, 1981 и др.). Однако виды ОСВ, различающиеся но технологиям производства, неоднозначно влияют на показатели роста н развития растений. Так для реагентиого вида осадка, в отличие от безреагентного, выявлено наличие отрицательного действия с дозы 30 т/га на рост и развитие картофеля, обусловленное подщелачиваем почвы до рН сол. 7,0—7,3, а также содержанием в нем избытка CI-. При осеннем сроке внесения реагентных осадков их отрицательное действие на накопление биомассы картофеля снижается.

Данный вид ОСВ наиболее эффективен при применении под зерновые культуры. В тоже время влияние безрепгентиых осадков, и, в первую очередь, термофильносброженных на накопление биомассы зерновых культур недостаточно эффективно, что обусловлено их повышенной зольностью, получаемой нрн технологическом режиме сбраживания и лзетантен-ках, а также дополнительным окислением органического вещества па иловых картах.

В огличие от традиционных органических удобрений (подстилочный навоз, торфонавозный компост), под действием осадков сточных вод содержание азота в растениях различных культур повышается в течении всего периода вегетации. Очевидно, что иод действием осадков возрастает фермента-

тивная активность ночи и, как следствие, более интенсивно происходит транспортный перенос минеральных и органических азотистых соединении из почвы в корневую систему растений и далее в вегетативные и репродуктивные органы. При этом влияние осадков в дозах5>30 т/га на азотное питание растений сравнимо с действием органомиперальпой системы ОСВ 15 т/га + №, МК, МРК.

При различном действии реагентиых и безреагентных осадков на фосфатно-калийпый режим почвы более высокий уровень содержания фосфора в органах растений получен при применении безреагентных осадков. По калию данная зависимость прослеживается только в условиях ежегодного внесения безреагентных термофильиосброжениых осадков в дозах ог 30 до 120 т/га. В конечном итоге это выражается в повышенной интенсивности накопления элементов растениями под действием ОСВ н, как следствие, в ускоренном прохождении ими фенофаз развития.

Вынос макроэлементов продуктивной частью культур севооборотов, как по действию, так и по последействию осадков, определяется в первую очередь их дозой и видом. По своему влиянию на показатели выноса культурами азота, фосфора и калия безреагентпый термофилыюсброжешшн осадок равноценен торфяному навозу, а реагентный термически высушенный осадок занимает среднее положение между навозом и торфом. Внесение минеральных удобрений по фону осадков сточных вод повышает вынос элементов как единицей продуктивной части урожая, так н в % от общего выноса. Данная зависимость более выражена в опытах с реагентным осадком и обусловлена дисбалансом в доступности растениям его макроэлементов (табл. 2). Следствием этого является избыточный положительны» баланс фосфора при дефиците калия. Для его снижения необходимо за ротацию двухпольного зер-нопропашного звена с картофелем по фону ОСВ 15 т/га до-донолннтельно применять К40-];<>. а за ротацию зернового звена Кю-го в зависимости от вида осадка. Осадки сточных вод в сравнении с торфяным навозом и низинным торфом оказывают значительно большее положительное влияние на баланс фосфора прн близком к навозу действии на баланс азота и к торфу на баланс калия. Коэффициенты использования (КИ) N. Р;05, КгО рассчитывались разностным методом. Результаты исследования выявили равнозначность КИ N н Р2О5 из осадков и торфяного навоза при их обратной зависимости от доз ОСВ. Рост числа культур в звене способствует преимущественному увеличению КИ азота, достигающему 20—60%. КИ М, Р205 выше в зерновом звене в сравнении с зернонропашиым. Эта зависимость имеет место и в отношении КИ N. Р2О5 из минеральных удобрений при органомине-10

Таблица 2

Влияние осадков городских сточных вод на баланс и использование азота, фосфора и калия в зерновых и зернопропашных звеньях севооборотов

Реагснтный ТВОр Бсзреагентный ТОСВ

№ вар. картофель— ячмень озимая пшеница — ячмень картопль — ячмень — овес озимая пшеница— ячмень — овес

г- 1- М 2 баланс кг/га Е баланс кг/га л ^ К п. 2 К = 3 баланс кг/га и К м ^ О а к = 3: и; х

Азот

2 70 31 —80 37 —62 25 _, —56 45

3 )4 28 —3 35 —4 10 _ —17 32

4 103 13 24 15 110 16 _ 72 24

5 —63 42 —99 70 47 _ 5» —40 —

С —68 33 —141 84 34 25 35 23 45

7 7 25 —48 30 27 25 38 —9 ■15

8 183 15 8» 18 —70 М _ -62 7

9 — — — — 20 25 41 22 45

Фосфор

2 34 9 9 18 45 9 ' _ 67 12 _

3 129 2 98 8 162 8 — 199 8 —

4 301 3 263 6 399 6 _ 467 5 _

5 98 3 93 14 103 — 29 105 — , 33

6 —23 . 18 —56 75 241 9 18 242 12 27

7 0 20 —28 29 12 36 — 5 56 —

8 59 11 15 18 280 9 2 300 12 3

0 — — — — 234 9 21 237 12 29

Калий

о —165 166 — 127 214 —269 149 ,_ —79 74 _

3 —140 60 — 116 112 —256 100 .— —61 56 —

4 —125 58 —из 105 —251 95 _ —18 42 _

5 —65 41 —63 60 —210 — 83 13 — 69

6 —106 60 —61 46 —377 576 _ — 192 454 —

7 —42 53 48 15 —156 149 58 —16 74 74

8 241 18 220 и —31 149 11 147 74 5

9 — — — — — 18 149 71 11 74 62

Примечание: п онитах с реагентым ТВО варианты 2—4—ТВОр 15, 30, СО т/га, вариант 5 — М^дР^Кио. варианты 6—8 — ТН 15, 30, 60 т/га; в опытах с Ссзрсагситным ТОСВ варианты 2—1 — ТОСВ 15, 30, 60 т/г-а; вариант 5 — N 2404270)^«(гто.генгш) • вариант 0 ^ ТОСВ 15 т/г э+N 2, Р )240), N5 (0(270) К270 (2,0), Р ; (0 К 270(210), ^2(0(270)''219 ^гто(2М> ■ 11 скобках—дозы удобрений в звене озимая пшеница — ячмень — овес.

ральной системе удобрении и не связана с числом культур в звеньях севооборотов.

Рассмотренное пыше изменение питательного режима почвы под действием ОСВ и органомпнеральиых систем на их основе, илпянне осадков на динамику накопления биомассы культур в ходе их вегетации определяют уровень продуктивности культур и звеньев севооборотов. При этом в опытах с реагентпьш ТВОр наибольшая прибавка как от действия, так к от последействия получека по зерновым культурам (табл. 3). Агрономически оптимальной системой удобрений

Таблица 3

Влияние осадков городских сточных вод на продуктивность и окупаемость звеньев севооборотов, ц/га зерн. ед.

Рог гептннЛ осадок (ТВОр) Емреагеитиый осадок (ТОСВ)

1 л 2 г* Р. != 3 (У 3 1 а. 1 33 ' я я я ИТ* с, м 5Й 3 о 5 1 Й к ^ *м і 3 I о щ Т* а V Й ҐХ5 гі 3 И в 1 я я й =1 8 ы 5 ю А ь-а: 2 «НЇ о са 5 £ к й ц к к Н

К К о О X « О О & с о а ^ э о 3 § О 3

сі ^ 2 09 1 2 1 2 1 2 1 2 I 2 1 2

1 О 3 4 5 6 7 8 9 65,6 +8,9 + 16,3 -;-10,7 +23,2 + 11,8 -1-19.2 +23.2 0,59 0,54 0,18 1,12 0,78 0,64 0,39 61,9 + 13,2 +21,6 + 28.1 +24,0 + 13,7 + 14,5 +22.0 0,88 0,72 0.47 1,13 0,91 0,48 0,37 36.1 +6.7 + 13,2 +.18,4 +28,0 +21.1 + 21,8 + 15.9 +26.8 0,45 0,44 0,31 1,32 0,78 1.30 0,74 0,94 5,1 + 13,9 +21,2 +26,2 +65,0 +46.1 +54,6 + 21,8 +71,2 0,93 0,74 0,44 2,1 1,31 2,23 0,41 1,85 62,3 +9,9 +12,6 +23,1 +56,8 +51,7 +61,2 + 17,3 +63,9 0,67 0,42 0,39 1,80 1,72 2,70 0,40 0,71 49,0 +4.4 +8,0 +8,6 +28,1 +25,9 +27,5 +7,7 +34.2 0,29 0.27 0,14 1,49 1,40 2,12 0,29 1,57

Примечание: 1) в графе 1 на варианте 1 в контроле — продуктивность, 2—9 — прибавка; в графе 2 — окупаемость 1 т осадков, 1 ц минер, удобр. в стаид. туках;

2) в опытах .1. 2 варианты 2, 3. 4—ТВОр 15, 30, 60 т/га, варнанг 5 — КРК, варианты 6, 7, 8 —ТН 15, 30, 60 т/га; в опытах 3, 4, 5, 6 варианту 2, 3, 4 — ТВОр, ТОСВ 15, 30, 60 т/га, вариант 5— КРК. варианты 6, 7, 8, 9 —ТВОр, ТОСВ 15 т/га+ЫР, ЫК, РК-. ЫРК;

3) дозы минеральных удобрен и Л: картофель — Н^РеоКэо, озимая пшенлца — М60_,:0 РиКул-'.о, ячмень — МмРасК > шес — КйэРб^Кбо. озимая рожь — МьоРао Кй»

иа основе реагентпого осадка является органомннеральпая— ТВОр 15 т/га + МК. ЫРК. Это положение сохраняется и для безреагентных ОСВ, Уровни прибавок урожаев картофеля и озимой пшеницы от них пропорциональны дозам осадков. Для зерновых культур эффективность различных видов ОСВ в целом равнозначна, но несколько большие уровни прибавок отмечены от действия реагентпого термически высушенного 12

осадка. При повторном внесении ТОСВ в зернонропашиом 7-польном севообороте не выявлено различий в агрономическом эффекте действия осадков в сравнении с разовым. Эго связано с 4-летним периодом ротации первого звена севооборота, в течение которого растения используют азот и калий осадков.

В отличие от термически высушенных и аэробностабили-зированных осадков, термофнлыюсброженные осадки, имеющие повышенную зольность, оказывают меньшее влияние на урожайность культур. Однако наблюдается более высокая агрономическая эффективность органоминеральных систем на основе ТОСВ за счет повышения КМ азота, фосфора и калия. Это соответствует данным, полученным но системам удобрений на основе торфа и навоза. Органические удобрения в данном случае определяют уровень фонового урожая, а окупаемость осадков урожаем иаходнтся в обратной зависимости от их дозы и в пропорциональной — числу культур в звене севооборота, По своим значениям она равноценна эффекту от торфяного навоза.

Г1рн ежегодном применении ТОСВ в дозах 15—120 т/га получена значительная прибавка продуктивности культур в звене озимая пшеница — ячмень — овес, особенно на II и III кулЕ>турах. Так, если по пшенице она составила 7—25%, то по овсу — 52—108%. Это значительно выше, чем от последействия разового и повторного внесения термофнльносброжеиных осадков и не соответствует выводам и. ТотаН е! а1. (1983) о фитотоксичностн осадков.

Влияя на макроэлемептиый состав и урожайность растений, ОСВ изменяют его качественные показатели, зависящие не только от их доз и видов, но и сроков, способов внесения. Так, при весеннем внесении реагентного осадка в отличие от осеннего отмечено снижение крахмалнстостн картофеля при дозах осадка^ЗО т/га за счет действия С1- и СаСОз, входящих в состав осадка. В то же время термофнлыюсброженные безреагентные осадки не влияют на содержание крахмала на фоне более высокой урожайности картофеля.

Наиболее значительный положительный эффект осадки оказывали на уровень белка (сырого протеина) в зерновых культурах. При этом для безреагептпых осадков, в сравнении с реагентнымн, в ряде случаев отмечено более сильное влияние па содержание белка в зерновых культурах как по действию, так и по последействию, обусловленное различием в их влиянии на свойства почвы и в использовании макроэлементов осадков. Одновременно с уровнем белка в зерне озимых и яровых культур меняется их аминокислотный состав. Данная зависимость наиболее полно проявилась при ежегодном внесении безреагентных термофильное брожешшх осадков. В этом

случае в зерне культур звена озимая пшеница — ячмень — овес наблюдается постепенное увеличение различных групп аминокислот, достигающее максимума в зерне овса. В первую очередь в нем повышается количество незаменимых и полузаменнмых аминокислот. По их сумме, равной 41 — 47 г/кг зерна, для органической системы оптимальна ежегодная доза осадка 60 т/га, а для органоминеральной— 15 т/га в сочетании с азотнокалиннымн и фосфор пока л шиш мн минеральными удобрениями. При дальнейшем увеличении доз осадков содержание аминокислот не изменяется на фоне увеличения общего азота в растениях. Это свидетельствует о росте доли небелкового азота в зерне культур при определенном косвенном влиянии на аминокислотный состав тяжелых металлов (2п, РЬ, С(1, МІ и др.), входящих в состав осадков сточных вод.

Снижая соотношение солома: зерно при органической и органоминеральной системах (ОСВ 15 т/га + ЫК, NP, РК) в сравнении с минеральной (МРК) соответственно на 6—20 и 3—15%, осадки сточных вод повышают устойчивость зерновых культур к полеганию. При этом отпадает необходимость в применении ретардантов на фоне общего сокращения периода вегетации культур на 3—7 дней.

На основании сказанного выше, можно отметить следующие основные агрохимические особенности питания культур при внесении осадков сточных вод. —Поступление в растения соединений азота происходит более интенсивно, чем при применении торфяных удобрений (навоз, торфонавозный компост, торф); обеспечивается 2—4-кратный положительный баланс фосфора при до;(ах осадков 15—00 т/га; наблюдается обратная зависимость коэффициентов использования N. Рг05, К;О ог доз осадков при более высокой, в сравнении с торфяными и минеральными удобрениями скоростью накопления растениями макроэлементов. При этом безреагептный вид ОСВ эффективен как в зерновом, так и в зерноиропашном звене с одним полем картофеля, а реагентный — только в зерновом. В целях уменьшении разовой дозы осадка целесообразно использовать только органомннеральпую систему на их основе, применяя ОСВ 15 (30) т/га + МК или КРК, где фосфор вносится при севе в рядки.

МикроэлементныГі состав почвы и растений. Его изменение иод действием осадков городских сточных вод и минеральных удобрений

Важнейшим фактором, влияющим на расширение объемов применения ОСВ в качестве удобрения, является экологический,.обусловленный наличием в их составе микроэлементов,

iî первую очередь тяжелых металлов (ТМ), ряд которых — Ni, Сг, As, Cd, Pb, Hg, не имея определенного функционального значения для растений и животных, является токсичным. Несмотря на то, что в настоящее время ОСВ не имеют определяющего значения в загрязнении почвы ТМ (Hoïmand, 1983, Navarre, 1980), проблема, связанная с с.-х. использованием ОСВ из-за содержания в них ТМ, а также с возможностью их аккумуляции в почве и растениях остается серьезной. В то же время повышение уровня ТЛ1 в почве под действием антропогенного фактора не всегда приводит к увеличению их содержания в растениях. Минеральные удобрения, влияя на ионный обмен, изменяют доступность ТМ растениям, хотя, по мнению некоторых авторов, сами удобрения пе оказывают заметного влияния на их уровень в почве (Минее» и др., 1981). В то же время/ по другим данным, под действием суперфосфата содержание кадмия в почве повышалось на 0,3—1,1% в год при высокой доступности его растениям (Andersson, Hahliu, 1981).

В целом, по вопросам, связанным с накоплением ТМ ОСВ в почве и их переносом в растения, нет единого мнения. Имеющиеся в литературе данные не позволяют конкретизировать способы использования осадков на удобрение с учетом накопления в почве н растениях ТМ. Поэтому исследования, проведенные с нелью определения влияния осадков на элементный состав почвы и растении, были направлены на: изучение характера изменения мнкроэлементного состава почвы и растений в зависимости от вида ОСВ и степени «нагрузки» его ТМ; выявление направленности процесса накопления ТМ в почве и растениях под действием ОСВ в сравнении с минеральными удобрениями; определение экологически оптимальных доз осадков и способов их внесения, обеспечивающих высокую агрономическую эффективность при минимальном накоплении в почве и растениях ТМ.

Изменение мнкроэлементного состава почвы и растений впервые в практике агрохимических исследований рассматривалось по показателям Кс (коэффициент концентрации) и Zc (показатель суммарного загрязнения). Первый характеризует изменение содержания элемента в опыте относительно фонового уровня, а второй представляет собой сумму этих изменений для рассматриваемой группы элементов. Внесение осадков, независимо от технологии их производства, повышает уровень Кс элементов в почве. Определяющим фактором здесь наряду со свойстпамн почвы является содержание элементов в осадке. хМнкроэлементный состав почвы рассматривался в слоях 0—20 и 20—10 см.

Валовое содержание микроэлементов. Для оценки интенсивности их накопления в почве использовались элементные

Таблица 4

Изменение показателя суммарного загрязнения (2с) почвы при различной периодичности и способах внесения

термофильное брошенных осадков городских сточных вод

Кг Разовое внесение в звене озимая пшеппца — ячмень Повторное внесен и г через 4 года Ежегодное внесение в звене озимая Внесете в слои 0—5 см. О—10

вар. действие последействие действие овес в 0—20 см

варианты Zc варианты Zc варианты Zc варнанш Zc варианты Zc

2 ТОСВ 15 т/га 1,8 ТОСВ 15 т/га 1,6 ТОСВ 15 т/га 4,8 ТОСВ 45 т/га 11.7 ТОСВ )5 т/га 0-20 см з!о

1,9 4,4 2,1

з ТОСВ 30 т/га 3,6 ТОСВ 30 т/га 3,5 ТОСВ 30 т/га 8,2 ТОСВ 90 т/га 22,6 ТОСВ 30 т/га 7,8

3,0 10,8 0-20 см 3,0

4 ТОСВ СО т/га 6,7 ТОСВ СО т/га 5,3 ТОСВ 60 т/га 13,8 ТОСВ 180 т/га 37,7 ТОСВ 60 т/га 12,8

3,5 11,5 0-20 см 4,5

5 NJÍCPSOKW 1,1 КиоРиоКш 2,6 NIHE'MKSO 2,3 ТОСВ 240 т/га 56,1 ТОСВ 120 т/га 18,9

2,3 12,1 0—20 см 6,8

0 ТОСВ 15 т/га+ +КиоК|м 2,5 ТОСВ 15 т/га+ +NmP« 0,6 ТОСВ 45 т/га+ +NjraPi4j 18,1 ТОСВ 15 т/га 7.4

0—10 см 2,0

7 ТОСВ 15 т/га+ +NiioPiti 2,8 ТОСВ 15 т/га+ 0,9 ТОСВ 45 т/га+ + N¡73 Кг о 14,9 ТОСВ 30 т/га 0—10 см 15,4 3,1

8 ТОСВ 15 т/га+ +PjBlKlSO 3,2 — — ТОСВ 45 т/га+ + PudKSJ} 12,3 ТОСВ СО т/га 0—10 см 30,0 4,9

10 11 12 13

ТОСБ 15 т/га+

3,8

ТОСВ 15 т/га+

8,3

ТОСВ 45 г/г +Ктг;оР2адКг43

•'■М-тзРлзКги

ТОСВ 120 т/га 40.3

18,5 0—10 см 7.0

4,8 ТОСВ 15 т/га 7,2

1,4 0—5 см 1,5

ТОСВ 30 т/га 21,4

0—5 см 5,2

ТОСП СО т/га 36,2

0—5 см 8,3

ТОСВ 120 т/га 57,7

0—5 см 11,3

Примечание: I) для разового, повторного и ежегодного внесения, в числителе — 2с в слое 0—20 см, в знаменателе — в слое 20—40 см;

2) прн внесешш в слои 0—5 см, 0—10, 0—20 см в числителе— 2с в слоях 0—5 см, 0—10 к 0—20 см, в , знаменателе — соответственно в слоях 5—25 см, 10—30 и 20—10 см.

ряды Кс. Выяснено, что характер изменения элементного состава почвы под действием осадков сточных вод определяется, в первую очередь, наличием в них Cd, Сг, Zn, Cu, Ag, В, Pb, N¡. Исходя нз нх валового содержания в осадках наиболее токсичными наряду с Cd являются Cr, Ni, Zn, Pb и Cu. На третий год после внесения ОСВ сохраняется их влияние на накопление в почве элементов, которое получено не только иа вариантах с органической системой, по и с органомине-ральион за счет дополнительного воздействия минеральных удобрений, в первую очередь фосфорных.

Рассчитанные значения показателя суммарного загрязнения по действию и последействию термофнльносброжешшх ОСВ свидетельствуют о слабом изменении элементного состава почвы при дозе 15 т/га (табл. 4). Независимо от вида культуры, свойств осадка, глубины его внесения, характер накопления элементов в почве подчиняется обшей закономерности— преобладание Ag, Ni, Cu, Zn, Cr, Sn и Cd, содержащихся в ОСВ в повышенном количестве. Минеральные удобрения оказывают положительное действие на элементный состав почвы, в первую очередь, за счет никеля, меди и цинка, Во всех опытах с ОСВ выявлена значительная роль серебра в элементном загрязнении почвы. Так, в величине показателя Zc на долю основных элементов-загрязнителей (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) приходится 31—15%, а па долю серебра 50-60%.

При применении органомннеральнон системы уровень Zc при разовом п повторном внесении ТОСВ в зерновом и зер-нопропашном севооборотах соразмерен с уровнем Zc при использовании осадка в дозе 30 т/га. Однако, исходя из более высокого урожая на париантах с органоминералыюй системой, и, учитывая получающийся при этом эффект «разбавления» ТМ в растениях, использование органомннералышх систем на основе ТОСВ 15 т/га более предпочтительно. По своему влиянию на уровень почвенного загрязнения комплексом элементов, входящих в состав осадков сточных вод, рассматриваемые в данной работе системы удобрений располагаются в следующий ряд: оргаиоминеральная>мннеральная>ор-ганнческая (ТОСВ 15 т/га).

При ежегодном внесении меняется зависимость Zc от применяемых систем удобрений вследствин возрастающего действия осадков на уровень элементного загрязнения почвы: органическая система (ТОСВ 15 т/га ежегодно) ^ьорганомн-иеральная систем а > минеральная система (оптимальные дозы). Одновременно снижается интенсивность миграции Cr, Pb, Sn, Zn в слой 20—10 см в условиях вероятного образования гидрофобнзированпых органических и органомннеральных ассоннатов на основе ОСВ (рнс. 3). Данная зависимость иан-

Солее выражена прн внесении ТОСВ в лозах 15—120 т/га в слон 0—20, 0—10 и 0—5 см (табл. 4).

Одним из эколого-технологнчсскнх вопросов, связанных с использованием осадков сточных вод на удобрение, является вопрос взаимосвязи между способами заделки ОСВ в почву и уровнем накопления в ней различных элементов. Выяснено, что ее величина определяется не только дозой осадка, но и способом его заделки в почву, влияющим на концентрацию ОСВ в данном почвенном слое {табл. 4). В связи с этим дозу внесения осадка в почву необходимо устанавливать с учетом прогностической оценки оптимальной концентрации ОСВ по валовому содержанию ТМ.

Исходя из потенциальной степени токсичности и уровня содержания в осадках, рассматриваемые в работе элементы условно можно подразделить- на 3 группы, которые по своей опасности для экосистемы располагаются в следующей последовательности: токсичные (С(1, Сг, N1, РЬ, 2п, Си) Средне-токсичные (Ар, Бп, Эг, нетоксичные (Во, Со, Мо, Ми). Для оценки уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами целесообразно использовать классификационные показатели, например, для осадков сточных вод, содержащих большую группу микроэлементов, таким показателем может служить 2с. При ежегодном внесении насыщенного ТМ осадка в дозах 30—60 т/га, уровень Сс1, Си, 2п в дерновонодзолнстой супесчаной почве достигает ПДК через 3—-4 года. При этом 7л по группе элементов (Л^, В, Ва, Со, Сг, Сс1, Си, Мп, Мо, РЬ, Эп, Бг, 2п, 2т) равен 25—30 ед.

Исходя из предпосылки формирования ПДК валового содержания основной группой токсичных элементов и получающегося вследствие этого уровня 7-с, почва при внесении осадков классифицируется на слабо-, средне- и сильнозагрязнен-ную со значениями 2с соответственно < 10 од., 10—25 и >25ед.

Содержание подвижных форм микроэлементов. Наряду с валовым под действием осадков сточных вод изменяется также уровень содержания в почве подвижных форм ряда элементов, в первую очередь С(1, Сг, Си, N1, 2п н в меньшей степени РЬ, Мп.

При применении ОСВ в качестве удобрения наиболее интенсивно в почве накапливаются подвижные формы кадмия н меди, имеющих низкое фоновое значение в дерпово-подзо-лнетой супесчаной почве без специфических источников техногенного загрязнения. Накопление подвижных форм никеля и цинка прн более высоком фоновом уровне данных элементов существенно ослаблено под действием физических и физико-химических свойств почвы. Наименее подвижен в почве Сг из-за невысокого содержания его подвижной формы в осадке, не превышающего 2% от валового за счет образовала

ния, очевидно, трехзамсшенных фосфатов хрома и соединений на основе аниона хромовой кислоты при рНсол.<6,0.

Таким образом, из рассмотренной группы элементов наибольшее влияние на загрязнение почвы подвижными формами оказывают кадмий и медь осадков. Согласно значениям Кс, полученным при действии ТОСВ 30 т/га выделен следующий элементный ряд по степени подвижности элементов: Си>Сс1> >2л»Л>Сг> РЬ. По последействию осадков характер распределения элементов в ряду Кс сохраняется при наличии обратной зависимости между степенью подвижности ТМ и «временным» фактором.

В органоминеральной системе удобрений при сочетании ■ ТОСВ 15 т/га с азотно-калийнымн удобрениями наблюдалась наименьшая подвижность ТМ. При этом влияние минеральных удобрений проявляется лишь в увеличении подвижности меди, Еезреагентный осадок в большей степени чем реагент-ный способствует обогащению Сс1, Си, N1 и 7л\ не только слоя почвы 0—20 см, в который осадок вносился, но и слоя 20— 40 см (рис. 3). Это обусловлено различием в действии реа-гентных и без реагент ныл осадков на физико-химические свойства почвы, влияющими в свою очередь на степень миграции ТМ. Увеличение доз термофильносброженного осадка соразмерно повышает концентрацию элементов в слое 20—40 см. Их миграция происходит не только в виде солевых и комплексных соединений, но также при перемещении в слой 20— 40 см с жидкой фазой почвы .мелкодисперсных частиц осадка. При этом миграционные процессы с ТМ в слое почвы 0— 40 см происходят на фоне их активной физнко-химнческой и химической сорбции ППК. Это подтверждается снижением концентрации элементов-мигрантов по последействию осадков на 12—25%.

Известно, что известкование, сдвигая кислотно-щелочное равновесие, заметно снижает содержание легкорастворнмых и обменных соединений кадмия в почве (Первуннпа и др., 1985, Э1урегек е1 а1., 1983). Внесение ТОСВ в известкованную по 1—2 ГК почву приводит в основном к уменьшению концентрации циика в слое 0—20 см за счет возможного образо-. вания цинкатов кальция. При ТОСВ 15—30 т/га эта зависимость выражена следующим убывающим рядом: 1 ГК>1,5 ГК>2 ГК. Однако, незначительно изменяя содержание в слое почвы 0—20 см подвижных форм СсЗ, Си, Сг, N1, Мп, известкование существенно уменьшает их накопление в слое 20— 40 см. Это сопровождается соответствующим снижением 2с в слое 20—40 см по всей группе элементов: при дозах ОСВ 15—120 т/га — в 7,1—44,4 раза за счет преимущественного уменьшения концентраций С(1, Си и 2п (рис. 4). Данный процесс обусловлен образованием органо-известковых коллои-¡20

дов, адсорбцией соединений ТМ на поверхности микрочастиц извести, подщелачиванием почвы, снижающим подвижность ТМ за счет образования фосфатов разной степени замещен-ности.

Определенное влияние иа миграцию ТМ осадков оказывают исходная гумуснрованность и биологическая активность почвы. Подтверждением этому являются близкие уровни Ъс подвижных форм ТМ в слоях 20—40 см, 10—30 и 5—25 см, несмотря на существенные различия в уровне 2с элементов в слоях 0—20, 0—10 И 0—5 см (табл. 5).

Таблица 5

Уровень элементного загрязнения почвы (2с) подвижными формами С(1, Сг, Си, Мп, N1, РЬ, 2.п прн различных дозах термофилькосброжеиного осадка сточных вод

Уровни мгрязнення, ед.

Норма внесения осадка в слое внесския в подпахотном

слое

ТОСВ в дозе 15 т/га на:

0—20 см........ 5^5 4,6

О—10......... 15,3 8.2

0—5 см......... 38,9 7,4

ТОСВ. 1,20 т/га- на:

0—20 см........ 67,5 56.5

0—10......... 218,0 47,5

0—5 см......... 506,5 53,7

Таким образом, исходя из анализа зависимости содержания подвижных форм ТМ, от видов осадков, доз и способов внесения, можно сделать следующие выводы: 1) по последействию осадков значительно снижается насыщенность почвы подвижными формами ТМ за счет миграциоино-сорбционных и химических процессов, а также выноса элементов растениями; 2) известкование почвы и флокулнровапне осадка известью незначительно снижая степень подвижности ТМ в слое внесения, существенно уменьшает их содержание в подпахотном слое почвы; 3) отсутствует прямая зависимость между концентрацией осадка в слое внесения в почву и степенью миграции ТМ в нижележащие слон почвы.

Микроэлементный состав растений. Действие осадков па него определяется концентрацией ОСВ в почве, уровнем содержания элементов в осадке, агрохимическими свойствами почвы и видом растения. Исследования по динамическим показателям элементного состава растений проводились с зерновыми культурами, картофелем и рядом кормовых, Выяснилось, что в зерне озимых культур иод действием осадков на-

калливается преимущественно Ag, Cr, Cd, Ni, Zn,B соломе — Cu, Cd, Mo, Pb, Zn, а накопление микроэлементов клубнями картофеля незначительно. Внесение обогащенного FéCI3 реа-гентного ТВОр под зерновые культуры повышает в них концентрацию ' железа.

Для рассматриваемых видов ОСВ выявлена коррелятивная зависимость между их дозами н содержанием тяжелых металлов в зерновых культурах. Если при дозах ОСВ 15— 30 т/га степень «загрязнения» соломы выше, чем зерна, за счет большего накопления Pb, Mo, Cd, Cu и Zn, то при до-зах5=60 т/га уровни Zc соломы и зерна выравниваются. Это свидетельствует о наличии пороговых концентраций ОСВ в почве, при повышении которых снижается эффективное действие биологических «барьеров» растений, препятствующих избыточному накоплению ТМ в репродуктивных органах^ Пороговая концентрация ОСВ в почве соответствует средней степени ее загрязнения ТМ по уровню Zc (валового содержания элементов).

При разовом внесении осадков значения Zc в вариантах; с органической системой (ТОСВ 15 т/га по действию, 15—" 30 т/га-по последействию) близки к Zc в вариантах с. минеральной системой. Это подтверждает выводы, сделанные по микроэлементному составу почвы. Данная зависимость сохраняется на протяжении ротации 3—4-польных звеньев севооборотов при существующем влиянии минеральных удобрений на элементное загрязнение растении.

При внесении ТОСВ из группы ТМ более активно поглощаются растениями Cd, Cu и Ni, что обусловлено высокой степенью их подвижности в осадках и вследствие этого интенсивной транслокацией элементов через корневую систему растений. В то же время пониженное содержание подвижных форм Сг и Pb в ОСВ и высокий уровень Zn в растениях, достигающий 33 мг/100 г, препятствуют их эффективному поглощению.

Влияние видового состава растений проявляется в значительном ослаблении поглощения ТМ по последействию ТОСВ на клевер (табл. 6). В меньшей степени элементы из труппы ТМ накапливаются клубнями картофеля за счет преимущественного их поступления в ксилему растений.

Установлено элементное загрязнение растений и при применении органомннеральиой системы удобрения, особенно при внесении азотно-фосфорного и полного минерального удобрения на фоне ТОСВ 15 т/га. На основании полученных данных выделена следующая зависимость Zc продуктивной части зерновых культур от систем удобрений при дозе осадка 15 т/га: органоминеральная система>мннеральная снсте-ма^органнческая. Независимо от вида удобрений из основной 22

Таблица 6

Уровень элементного загрязнение растений (Zc) в зависимости от их вида и доз термофил ыюеброженных осадков сточных вод

Дозы осадка, т/га

N 00—120

Культур а ^60—<J0 щ ÍÍ

15 30 60 P0ö—IM a¡=3, О й

OIS

Картофель, клубень ..... 1 1.2 1,5 ___

Озимая пшеница, зерно . . , . 1,7 2.7 3,4 2,1 —

Озимая пшеница. солома . . . 3,0 3,5 3,5 3,2 .—

Овес, зерно , (последействие ОСВ) 1.5 2,7 4.3 1,3 3,5

Мас "їй пан реді/ta (повторное

внесен не ОСВ)...... 3,6 4,8 6,3 2,1 ■ —

Клевер (последействие ОСВ и

NPK).......... 1.4 1.9 2,5 1,4 3,0

* Доізьі NPK даны за ротацию звена севооборота.

группы микроэлементов, поступающих в почву, большее влияние на уровень 2с. растений оказывают С(1, Си, 2п, N1, РЬ н Мо, меньшее — Лй,

Исходя нз предпосылки использования растениями в первую очередь подвижных форм элементов для оценки интенсивности их поглощения предлагается применять коэффициент биологического поглощения КоЯ=Кср : Ксп, где Кср — коэффициент концентрации элемента в растении, а Ксп — коэффициент концентрации подвижной формы элемента в почве. Значення Кеб, С(1, N1, РЬ, ¿п, Сг п Си при дозах осадка 15— 60 т/га колеблются соответственно от 0,25 до 0,23, 0,76—0,58, 0,74—0,52, 0,74—0,17, 0,36—0,15 и от 0,23 до 0,04. На основании этнх величин для доз ТОСВ 15 и 60 т/га выделяются следующие два ряда элементов: 1—М1>РЬ5*2п>Сг>С(1>Си; 2 —К]>РЬ>С(1>2п>Сг>Си. В соответствии с ними растениями при низких дозах осадков наиболее эффективно используются подвижные формы N1, РЬ, Ип, а высоких — РЬ, С<1, Коэффициент корреляции между уровнем подвижной формы кадмия н его содержанием в зерне яровых и озимых зерновых, равный 0,98, свидетельствует о возможности избыточного поглощения кадмия растениями. Исходя из этого, одним нз важнейших приемов системы земледелия при использовании ОСВ в качестве удобрения должно быть снижение степени подвижности кадмия в почве при соответствующем уменьшении концентрации его в осадке до уровня Ксб<0,1 ед.

Известкование почвы, не оказывая значительного влияния на содержание подвижных форм ТМ в слое почвы 0—20 см

снижает их поступление в репродуктивные органы в 2,2— 3,4 раза. В большей степени уменьшается использование растениями Сй, Си, Сг, РЬ и N1 (рис. 5). Это объясняется усилением почвенных процессов физико-химической и химической сорбции ТМ в виде соединений с СОз~, аннонами фосфорной кислоты, ОН", образованием органо-известковых коллоидов и т. д. Оптимальным является известкование по 1,5—2 ГК. Показатель ¿с растений, связанный с уровнем концентрации осадка в почве, зависит также и от способа ее обработки (рис. б).

Для получения минимального уровня элементного «загрязнения» культур при использовании осадков систему удобрений, а также схему обработки полей и состав культур в севообороте следует определять с учетом токсичности осадков по содержанию ТМ и транслокацнонной активности металлов по отношению к конкретной культуре.

Рассматривая степень накопления растениями 0(1, Сг, Си, N1, РЬ, 2п, Мо и Ва при внесении ОСВ целесообразно, как и для почвы, выделить уровни элементного «загрязнения» культур по показателю 2с: слабое «загрязнение» 2с<3 од., среднее — 7с = 3—10, сильное — 2с>10 ед. Данные уровни позволяют оценивать токсичное «загрязнение» растений по всей группе микроэлементов — Ай, В, Ва, Сг, Си, С(1, Мп, Мо, N1, РЬ, Т.п. Основной предпосылкой этого служит то, что в условиях агроэкосистемы-с использованием ОСВ в качестве удобрения проявляется эффект синергизма элементов и их соеди-; нений. ■. -

При использовании различных видов ОСВ миннмализация «'изменении мнкроэлементного состава компонентов агроэко-снстемы достигается от применения осадков в дозах 15— 30 т/га раз в 4—5 лет. При совместном их использовании с минеральными удобрениями оптимальный агроэкологический вариант — ОСВ в дозе 15 т/га в сочетании с азотно-калийны-ми удобрениями.

Влияние осадков городских сточных вод на биологические свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы

Высокая агрономическая эффективность осадков сточных вод обусловлена не только содержанием в них макро- и микроэлементов, но и наличием микроорганизмов и органических веществ, влияющих на биологическую активность почвы (Касатиков и др., 1986; йгарреН, Тота1л, 1981; Р^г сГа!., 1983; У|£*еги51:, 1981). Ее оценка проводилась по дыхательной активности, целлюлозоразлагающей способности, а также по видовому составу микрофлоры. Такой подход позволяет; у глу-■-24

бить имеющееся представление о действии ОСВ на микробиологическое равновесие в почве, прогнозировать направленность почвенных биологических процессов, обосновать биологическую активность осадков.

В опытах была рассмотрена биологическая активность почвы (БАП) по продуцированию СОа при использовании осадков сточных вод, обеззараженных химическими реагентами, Доказано, что она определяется видом реагента и временем отбора пробы но фазам вегеташш культур. Максимальные значения данного показателя в опытах с реагентным ТВО получены по его действию. Влияние реагентмого осадка на БАИ имеет параболическую зависимость, при этом максимум активности наблюдается при дозе осадка 30 т/га. Дальнейшее увеличение дозы снижает уровень БАП на 35,0% по действию н на '12,3% по последействию вследствие нодщелачн-вапня почвы. Изучение данной зависимости в опытах с термо-фнльпосброженным осадком выявило, что ингибнрующее действие СаСОз на БАП проявляется лишь при рНсол*^г7Д Она обусловлена снижением доступности л агроиенозе удобрительных макро- и микроэлементов. Л сочетание ТОСВ 120 т/га-f--¡-1,5 уровня гидролитической кислотности в звене озимая пшеница + клевер — клевер является оптимальным по действию на БАП. В то же время повторное применение ТОСВ 120 т/га в отсутствии известкования в звене озимая пшеница— ячмень уменьшает его величину из-за снижения активности микрофлоры, разлагающей органическое вещество осадков. Очевидно, в данном случае на основной фактор — увеличение массы органического вещества в почве, накладывается влияние избыточного уровня подвижных форм ТМ осадков, ингибнрующнх активность почвенной микрофлоры. В условиях ежегодного внесения безреагентных осадков в дозе 15— 120 т/га в трехпольном звене севооборота в составе органической и органомиперальной систем удобрений выявлена определяющая роль органического вещества ОСВ в сравнении с минеральными удобрениями в активизации почвенных микробиологических процессов.

Исследования, связанные с целлюлозоразлагающей активностью почвы выявили ее более тесную зависимость в сравнении с БАП по С02 от концентрации ОСВ в почве. Вследствие этого данный показатель может использоваться в диагностике изменчивости почвенного биоценоза под действием ОСВ. Азотные удобрения, уменьшая отношение С : N в органомиперальной системе, способствуют активизации деятельности цел-люлозоразлагающпх бактерий. Оптимальным является внесение но фону ТОСВ азотно-калшшого пли полного минерального удобрения. По последействию па клевер эта зависимость ослабевает в условиях снмбиотической азотфиксации азота.

Внесение осадков влияет на изменение видового и количественного состава основных групп почвенных микроорганизмов. Так, например, усиливается деятельность аммонифицирующих микроорганизмов, способствующих положительному влиянию ОСВ на азотный режим почвы н содержание азота в органах растений. Параллельно в почве возрастает число сапрофитных бактерий. На деятельность актнномицетов ОСВ, являясь источником питания, не оказывает заметного эффекта. Таким образом, осадок, как фактор изменения уровня органического вещества почвы и источник питания почвенного биоценоза, оказывает стимулирующее влияние на его развитие в отличие от действия минеральной системы удобрения. С целью предотвращения возможного токсичного влияния ОСВ на почвенный биоценоз разовая доза их применения не должна превышать 60 т/га, а при совместном внесении с минеральными удобрениями — составлять не более 15— 30 т/га, при отсутствии превышения предельно допустимых доз осадков, исходя из их микроэлементного состава. .

Экономические особенности применения осадков городских сточных вод

В отличие от существующей экономической оценки применения органических удобрений на торфяной основе, анализ экономической эффективности систем удобрений на основе ОСВ осложняется отсутствием комплексного методического подхода к экономической оценке последствий их использования в сельском хозяйстве. Это связано с неразработанностью критериев оценки мероприятий по охране природы, зависящих от способа утилизации осадков, а также не установленной стоимости сельскохозяйственных угодий, отводимых под места захоронения ОСВ и иловые карты. Исходя из этого, расчет эффективности применения осадков сточных вод осуществляется по формуле: ЭУ = П—3, (1), где П—стоимость полученного дополнительного урожая, 3 — затраты на производство осадка, его транспортировку, внесение в почву, а также затраты на уборку полученной прибавки урожая.

' Одним из узких мест как для ОСВ, так и для традиционных органических удобрений является определение их стоимости и оптимального радиуса перевозок от производителя до потребителя. Стоимость подготовки ОСВ к утилизации на удобрение не должна влиять на ценообразование осадка. Эта работа определена условиями производства и требованиями по охране окружающей среды и выполняется независимо от того, будут ли ОСВ утилизированы или нет. Поэтому единственным приемлемым критерием для оценки стоимости ОСВ является, так называемая, соревновательная цена, то ;есть

стоимость такого количества стандартных туков, которое можно заменить отходами. При этом их реализация должна быть выгодной как производителю отходов, так и их потребителю. Для более точного определения ценности ОСВ требуется учет его удобрительных качеств, а также дополнительных затрат для внесения его в почву, по сравнению с минеральными удобрениями. В обшей форме цена ОСВ может быть представлена в виде следующей зависимости: Ц= (Дп— Д*)!Ч- (Ш-гТ)—Э (2), где Ц — реализационная цена осадка; Дп — дополнительные затраты производителя осадка (коммунального хозяйства) на его подготовку к использованию в сельском хозяйстве; Дх — затраты хозяйства на внесение ОСВ в почву; Цб — базовая цена удобрительных компонентов осадка, определяемая по оптовым ценам на стандартные туки; Э — экономия коммунального хозяйства на обезвреживании осадка при использовании его в сельском хозяйстве; Т.— транспортные затраты на доставку осадка в хозяйство. В этом случае не используется методика формирования цены на 'осадок на основе эффективности его применения. Такой метод допустим в том случае, если производитель товара, в данном случае органического удобрения, обладает монополией на его производство. В рассматриваемом варианте о такой монополии говорить не приходится, потому что сельское хозяйство имеет навоз, не уступающий по эффективности осадку. Кроме того, ему доступны минеральные удобрения, иена которых не учитывает эффекта применения и формируется на основе стоимости их производства. Отсюда и вытекает вариант определения цены осадка в зависимости от концентрации в нем макроэлементов (табл. 7).

В связи с тем, что экономия средств коммунального хозяйства на обезвреживание осадка (Э) и дополнительные затра-

та бл нца7

Расчет базовой стоимости ОСВ, руб/т сухого осадка

ОСВ К* РгО, КгО CaCOj Стоимость 1 т ОСВ

% 3-D О пС % 1 Стоим, в 1 т ОСВ % Стоим, в 1 т ОСВ % Стоим, в 1 т ОСВ

Исходный 1,0 2,0 1,3 2,21 0,58 0,35 __ ,_ 4,56

ОСВ+тиазон 1,1 2,2 1,3 2,21 0,58 0,35 — — 4,76

ОСВ+СаСОз

(25.%) 1,76 3,52 1,26 2,14 0,38 0,23 44,6 2,22 8,11

OCB+NH,OH

(5%) 4,13 8,26 1,26 2,14 0,58 0,35 — — 10,75

- расчетная оптовая цена 10 кг д, в., *руб: N — 2,0, Рг05—1,7, 1 КаО — 0.6, СаСОз — 0,05.

ты колхозов н совхозов, связанные с внесением осадка,в.поле, относятся к затратам, обусловленным технологическими особенностями обеих производств, то их надо у читывать^ от дельно от цены на осадок и включать в систему экономических показателей, характеризующих работу каждого, из производств отдельно. Исходя из этого, реализационная'цена осадка будет определяться по формуле: Ц=Дп + Цб-ЪТ.-(3): При условии получения'конкурентоспособного по стоимости; с на, возом и торфом органического удобрения, целесообразно дополнительные затраты ч коммунального хозяйства на подготовку осадка для с;-х. использования огнестн к затратам на охрану окружающей среды, а транспортные расходы, в число которых входит обязательное удаление осадков с территории очистных сооружений, перенести на производителя осадка. Тогда Ц=Цб (4). "

Стоимость осадков рассматривалась как франко-хозяйство, а себестоимость применении ОСВ рассчитывалась по следующей формуле:. 3=Дм*С,+5* (а + б-Я+в+с) ДВЛ; (о), , где Ди — доза внесения "сухого осадка, т/га; С! — стоимость 1 т ОСВ, рассчитанная но элементам питания и кальцию; Э — себестоимость условного га механизированных ■ работ, руб.; а, б, в, с — коэффициенты перевода в условные эталонные га соответственно: погрузки, транспортировки, внесения, уборкн дополнительного урожая; I? — расстояние перевозки осадка внутри хозяйства;. Двл— доза внесения ОСВ с учетом его влажности, т/га, . . ' -

Экономическая . эффективность осадков так же, как и их агрономическая ценность, определяется технологией их-производства, в т. ч. способом обеззараживания, влияющим на стоимость ОСВ: Характерным отличнем безреагентногоТОСВ от реагентного ТВО является его повышенная экономическая эффективность в зернопронашном звене севооборота за'счет получения более высокого уровня прибавок, лучшей окупаемости удобрений и устойчивого экономического эффекта в течение всей ротации звена севооборота. Максимальный доход на 1 ц стандартных туков при органической системе получен ог ОСВ' 15 т/га, а при органоминеральной — от ОСВ 15 т/га + МлоКз7о и от ОСВ 15 т/га + МлоРа«К:то. Г

Экологические и .технологические особенности применения' органических удобрений, получаемых на основе

городских отходов Г .._..»

При разработке технологии использования органических удобрений из городских отходов (ОСВ и компосты из, бытовых отходов) сначала определяют уровень возможного экологического загрязнения почвы тяжелыми металла ми, „вхо-28

дящимн в состав удобрений, а затем—дозу применения данных видов удобрении с учетом их удобрительной ценности. Максимальную разовую дозу внесения рассматриваемых удобрений рассчитывают с учетом содержания в них ТМ и способа подготовки к утилизации. Разработанный на основе проведенных исследований принцип расчета для определения допустимого внесения в почву ТМ, основан на следующем положении. После внесения осадков (компостов из бытовых отходов — ТБО) суммарное содержание тяжелых металлов в почве (с учетом рассеивания в пахотном слое) не должно превышать ПДК. Ф+Д меньше или равно ПДК (6), где Ф — исходное содержание элементов в почве до внесения удобрения, мг/кг; Д — дополнительное поступление данного элемента в пахотный горизонт почвы с удобрениями, мг/кг.

Величина допустимого поступления в почву того или иного металла или другого токсиканта (Добщ.) определяется но формуле: Добщ. = {ПДК—Ф) • М ■ К (7), где М — масса пахотного слоя почвы, т/га сухого вещества; К — понижающий коэффициент. При использовании ПДК валового содержания элементов с помощью коэффициента К учитывалось действие механического состава, гумусированности и кислотности на доступность растениям ТМ (Касатиков и др., 1986), Разработка ПДК на подвижные формы ТМ позволяет упростить способ расчета дозы осадка но уровню подвижных форм ТМ в почве и удобрениях. При этом отпадает необходимость во введении в формулу расчета Добщ. ограничений на мехсостав, гумусировапность н кислотность почвы, так как степень подвижности ТМ является их производной. При этом К — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения осадков сточных вод по поверхности почвы.

Средняя ежегодная доза внесения осадка в почву (Дер) рассчитывается по формуле: ДсР = Добы: (Т-Ск), т/га в год на сухое вещество (8), где Т—максимальный общий срок внесения ОСВ на один и тот же участок, равный 10—50 годам; Ск — концентрация определяемого элемента в ОСВ (компосте из ТБО), г/т сухого, вещества. Прн использовании в качестве обеззараживающего средства негашеной извести доза внесения осадка дополнительно ограничивается по потребности данной почвы в известковании, исходя из его уровня в 1,5—2 ГК. При обеззараживании безводным аммиаком или аммиачной водой вводится ограничение по величине допустимой ежегодной нормы внесения азота в ночву (Мдоп), величина которой не должна превышать 200 кг/га для минеральных форм азота. Таким образом, по содержанию азота величина Дм не должна превышать Мдоп.: МПф, где N11$ — суммарное содержание минеральных форм азота в осадке, кг/г сухого вещества. Расчет Дм по валовым н подвижным фор-

мам кадмия, меди, цинка, никеля показал, что независимо от формы металла наименьшие дозы ОСВ получены по кадмию и медн.

Сроки и место внесения осадков в севообороте определяются характером их обработки с целью обеззараживания и видом севооборота. Наиболее целесообразным является внесение удобрении на основе ОСВ под зерновые и технические культуры, а также при коренном улучшении мелиорированных земель и создании культурных пастбищ. При применении ОСВ н компостов на их основе в зерновом звене сево-. оборота их надо вносить в паровом поле, а в пропашном — под пропашные культуры. Осадки, обеззараженные известью, вносят в первую очередь под озимые культуры, а также технические— кальпиефнлы. При совместном внесении ОСВ в дозах 5—10 т/га по сухому веществу и минеральных удобрений суммарный эффект от их взаимодействия обеспечивает получение высоких урожаев с.-х. культур. При этом дозы минеральных удобрений зависят от характера обеззараживающей обработки и количества вносимых ОСВ.

Учитывая низкую обеспеченность ОСВ калием, дозы его при совместном внесении осадков и минеральных удобрений надо увеличивать на 40—50%, а при отсутствии азота и фос-1 фора надо вносить до 90—120 кг/га калия по д. в. для получения сбалансированного по содержанию азота, фосфора и калия органоминерального удобрения. При применении1 ОСВ ■ с иловых карт, а также осадков, обеззараженных негашеной известью, термическим способом и методом фильтрпрессова-ния, эффективно внесение по их фону, наряду с калийными удобрениями, азотных в дозах 60—120 кг/га при средней степени окультуренности почвы и в зависимости от вида культуры.

Применение удобрений на основе ОСВ и ТВО осложняется наличием в их составе ряда тяжелых металлов. Это предполагает реализацию принципов экологического мониторинга в системе производство-применение ОСВ и компостов;из ТБО, предусматривающую паспортизацию осадков и компостов на содержание ТМ при контроле за их фоновым уровнем в почве (до и после применения удобрений). При наличии в составе проектно-изыскательскнх станций химизации радиологической и химико-токсикологической служб, эти виды органических " удобрений следует применять под их контролем. Непосредственное внесение ОСВ и компостов из ТБО также "целесообразнее организовывать через районные объединения.«Аг-ропромхнмия» с использованием соответствующей проектно-сметнон документации.

Выводы

1. Разработана агроэкологнческаи концепция н получены экспериментальные данные по альтернативному способу утилизации технологически различных видов осадков городских сточных вод в качестве удобрения.

2. Влияние ) осадков сточных вод на физико-химические процессы в почве и се агрохимические свойства определяются технологией производства, физическими и физико-химическими свойствами осадков, их макро- и микроэлементным составом.

Осадки сточных вод в отличие от торфяных удобрений повышают емкость поглощения и содержание подвижного фосфора в почве, снижают ее гидролитическую кислотность. Осадки нз-за высокой зольности, равной 40—80%, в меньшей степени, чем торфяные удобрения изменяют гумусовое состояние почвы при улучшении качественного состава гумуса по ХООТНОШеИНЮ \jrft : Сфк. Действие осадков сточных вод на уровень обменного калия в почве находится в коррелятивной связи со степенью изменения се обменных свойств, зольностью осадков и содержанием в них калия.

Влияние осадков сточных вод на азотный режим почвы определяется уровнем в них общего азота и, как следствие, содержанием в ОСВ N—МН4 и N—N03, зависящим ог технологических особенностей производства осадков и системой земледелия.

3. Агрохимические особенности роста и развития культур при внесении осадков сточных вод определяются: а) интенсивным в сравнении с торфяными удобрениями процессом поступления в растения азота ОСВ, повышающих его уровень в органах растений по действию и последействию доз осадков>15 т/га; б) положительным влиянием осадков на содержание Р1О5 в растениях при дозах ОСВ>бО т/га; в) положительной зависимостью скорости накопления макроэлементов растениями ог доз осадков и снижении ее с внесением по фону ОСВ минеральных удобрений; г) 2—4-кратным положительным балансом фосфора при дозах ОСВ 15—60 т/га по итогам ротации б—7-иольных севооборотов, положительным балансом азота при дозах ОСВ^бО т/га н отрицательным балансом калия независимо от доз осадков; д) равноценным торфяному навозу использованием азота в зерновом и зерно-пропашном звеньях при 2—3-кратном снижении в использовании фосфора и обратной зависимости коэффициентов использования азота, фосфора и калия от доз органических удобрений.

4. Агрономическая эффективность осадков, качественные показатели растений зависят не только от дозы, но и вида

осадков сточных вод. Подщелачн ванне почвы, повышение В ней уровня хлора при внесенни реагентного осадка негативно сказывается на урожайности картофеля при отсутствии отрицательного эффекта на зерновые культуры. Независимо ог вида осадка и севооборота максимальная продуктивность культур и севооборотов получена при внесении по фону ОСВ азотно-калнйного и полного минерального удобрения.

Качественные показатели растений; крахмалистость картофеля, белок в зерновых культурах, соотношение и уровень содержания в нем заменимых и незаменимых аминокислот зависят от вида и доз осадков сточных вод, срока, способа и периодичности внесения их в почву. . V;

5. На формирование в почве бпогеохнмнческой аномалии влияют не только осадки сточных вод, но и органомйнёраль-ные системы на их основе, а также фосфорно-калийные удобрения. На этой основе выделено действие систем удобрений на валовое содержание элементов в почве: органоминераль-ная система>органическая система (ОСВ 15 т/га)>мине-ральная система. ,

Для оиешш уровня микроэлементной пасы щей иостн почв при использовании на удобрение городских отходов впервые в агрохимии предлагается показатель суммарного загрязнения Хс по основной группе элементов-загрязнителей (Л^,.В, Ва, С(1, Со, Сг, Си, Мп, Мо, N1, РЬ, 5п, Эг, Ъх\, 2г). По величине 2с дерново-подзолистые супесчаные почвы классифицируются на слабо-, средне- и сильнозагрязненные с уровнем гс<10 ед.; 10—25 и>25 ед.

0. Действие осадков сточных вод на содержание в почве 'подвижных форм элементов определяется их концентрацией в ОСВ, видом осадка, применяемой системой удобрений, физико-химическими свойствами почвы. , ,

Известкование по 1—2 гидролитической кислотности,снижает подвижность элементов при дозах безреагентных осад-ков<30 т/га. С их увеличением уменьшается влияние фактора известкования на подвижность элементов. Наиболее эффективно реагентный осадок и известкование почвы снижают подвижность тяжелых металлов в слое почвы 20—40;см;. Их вертикальная миграция наряду с известкованием почвы зависит от концентрации осадков в слое внесения и степени его гумуснрованности.

7. В микроэлементном составе вегетативных органов растений под действием осадков сточных вод наибольшие изменения происходят в содержании С<1, Мо, ¿п и Си, а репродуктивных— С(1, N1, 2п и Си. С ростом доз осадков возрастает интенсивность транслокации элементов в репродуктивную часть растений,

Максимальные коэффициенты, биологического поглощения : 32

подвижных форм элементов при дозах ОСВг^ЗО т/га получены для РЬ, Мц ¿п, а >30 т/га — РЬ, N1, СЛ. По сравнению с прямым действием осадков в последействии интенсивность поглощения растениями Сс1, N1, Си, 7л\ н РЬ снижается в 1,5— 3 раза в зависимости от дозы ОСВ н вида культуры.

Известкование по 1—2 гидролитической кислотности в 2— 3 раза снижает поступление тяжелых металлов в растения,

8. Обоснован способ оценки токсичного влияния осадков сточных вод па растения на основе показателя суммарного загрязнения по группе элементов с повышенным уровнем трапс-локаиин в растения — С(1, 2п, N1, Сг, Си, РЬ, Мо, А(*. Выделены степени загрязнения растений — слабое— 2с<3 ед., среднее—2с = 3—10; сильное — 2ч>\0 ед.

9. Оптимальной агроэкологнческой системой удобрений на основе стандартизированных осадков является органическая с дозой осадка 15—30 т/га и органомннеральная — ОСВ 15—30 т/га в сочетании с азогно-калнйнымн удобрениями н известкованием по 1,5—2 гидролитической кислотности кис-, лых почв при внесении осадков сточных вод 1 раз в 3—4 года в зависимости от количества культур в севообороте, микро-элемептного состава почвы и осадков сточных вод.

10. Основой определения стоимости осадков городских сточных вод является соревновательная цена, рассчитываемая но стоимости стандартных туков, которые осадки способны заменить как источник макроэлементов (М, РгОз, КгО, СаО).

11. Агрохимические и экологические исследования нетрадиционных видов органических удобрений — осадков городских сточных вод позволили разработать паучно-пронзводст-венные агроэкологнческне положения сельскохозяйственной утилизации городских отходов: а) осадки сточных вод, являясь одним из видов городских отходов, используются иод культуры, не ндушне непосредственно в пищу человеку; б) применяются осадки, предварительно обеззараженные от патогенной микрофлоры; в) являясь преимущественно азот-но-фосфорным удобрением, осадки сточных вод используются в сочетании с азотно-калнйнымн удобрениями; г) исходная доза осадков сточных вод определяется по содержанию в нем и почве тяжелых металлов, физико-химическим свойствам ОСВ и почвы, виду культуры и способу внесения ОСВ в почву; для органомннеральных систем на основе ОСВ разовая доза его внесения не должна превышать 15 т/га по сухому веществу; д) документальной основой применения осадков сточных вод н комиостов из твердых бытовых отходов является проектио-сметиая документация, включающая соответствующую систему удобрений.

12. В результате работы вскрыта недостаточная освещенность в мировой и особенно в отечественной литературе эко-

з 33

логических аспектов агрохимической науки. Требуют' дальнейшего изучения такие направления экологической 'агрохимии как поступление и поведение токсичных веществ.органического и неорганического происхождения в почве, их трансформация в системе удобрение — почва — растение. Показана ■целесообразность экологического подхода к оценке систем удобрений на основе новых источников элементов питания растений.

Рекомендации производству

На удобрение используются осадки городских сточных вод с нормированным содержанием основной группы тяжелых металлов; Аз, .01, Сг3+, Си, Нд, Мп, РЬ, Зг, 2п. При этом предварительно оценивается экологическая ситуация в;районах планируемого применения осадков, исходя из содержания в них и почве тяжелых металлов, а также макроэлементного состава ОСВ. При низком уровне содержания в осадках ТМ (2—3 раза ниже нормативного) и обеззараженное™ от патогенной микрофлоры .его агрономическая доза определяется исходя из потребности полевых культур в элементах питания,: технологий производства осадков. В органоминеральных системах на основе ОСВ фосфорные удобрения могут применяться только в качестве рядкового. Это снижает себестоимость продукции и уменьшает поступления в нее ТМ при высокой урожайности культур полевых севооборотов. При дефиците фосфорных удобрений и микроэлемент» ой иен асы (Ценности почв конкретного региона осадки сточных вод можно использовать в качестве источника фосфора и «удобрительных» микроэлементов. При этом доза осадка будет ограничена потребностью почв в микроэлементах. * .

, При использовании безреагентных осадков на кислых почвах в целях снижения миграции тяжелых металлов перед внесением ОСВ проводится предварительное известкование почвы но 1,5—2ТК. Технология применения осадков сточных ■вод, имеющих влажность выше 70%, предусматривает нх предварительное компостирование с органическими-наполнителями. При этом улучшаются физические свойства осадков, снижается уровень содержания тяжелых металлов на; единицу массы компоста. Данное мероприятие обязательно при использовании ОСВ с повышенным в 2—3 раза сверх норма--тнвного содержанием тяжелых металлов. При разработке систем земледелия, рассчитанных на применение в качестве органического удобрения осадков городских сточных вод, допускается использование соломы зерновых культур в качестве - дополнительного источника органического удобрения.; Целесообразно возделывание озимых культур проводить по снде-

ральному пару с внесением осадков под сидеральную культуру.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Касатиков В, А„ Касатикова С. Л, Эффективность внеее-ния термически вису шейного осадка сточных вод .под озимую пшешщу// Агрохимия. — 1980. — Я» 6, — С, 54—58.

2. Касатиков Е. А.,'К а с а т и к о в а С. М.. Последействие термически высушенного осадка сточных вод на урожай ячменя н его качество // Агрохимия. — 1980. — „Чи 7, —С 78—84,

3. Касатияов В. Л„ Касатикова С. Л\. Удобрите льиая ценность термически высушенных осадков сточных вод//Агрохимия. — 1980. — № 10, — С. 107—112.

4. К а с а т и к о в В. А, М и т ю х и к а .4. Ф., Касатикова С. М, Эффективность совместного применения органических и минеральных удобрений в севообороте // Труды ЦТБОС. — 1980. — Вып. 4. —С. 45—52.

5. Касатиков В. А., Митюхлна М, Ф, Последействие органических и [действие минеральных удобрений на урожайность зерновых культур //Труды ЦТ.БОС. — 1080. — Вып. 4. —С 53—57.

6. К а с а т и к о в В, А„ М и т ю х и н а М. Ф„ Касатикова С. Л1 Экономическая эффективность торфяных удобрений в севообороте//Труды ЦТБОС, — 1980. — Вып. 4. — С. 58—03.

7. Касатиков В. А., Голышка В, В., Касатикова С М. Влияние органических и минеральных удобрений на свойства почвы и урожай с/х культур//Труды ЦТБОС, — 1980. — Вып. 5. —С 32—38.

. 8. К а с а т и к о в В. А., Кашки» А. М Эффективность применения термически высушенных осадков сточных вод в качестве удобрения а звене севооборота И Известия ТСХА. — 1981. — Вып. 4. —С. 76—81.

9.. К а с а т-и ков В, А., Касатикова С. Л1, Баланс азота, фосфора, калия пр>и внесении удобрений в севообороте на дерново-под-золистой почвеЦАгрохимия. — 1982, — № 6,—С. 54—58.

Ю. Касатиков В. А., Касатикова С. М, Использование М, РЛ, КгО в севообороте с внесением органических удобрений на торфяной основе//Труды ЦТБОС. — 1982. — Вып. 6, —С. 9—12,

11. Касатиков В. А, Касатикова С, А1>. Урожай озимой ржн и использование ею элементов- литания органических и минеральных удобрений Л Бюллетень ВИУА. — 1933. — № 61, —С. 16—19.

12. Касатиков В. Л„ Касатикова С, М„ Данилина Н. П. Использование обработанных осадков городских сточных вод// Водоснабжение к санитарная техника,— 1984, — .N1 5. — С. 23-—25.

13. Касатиков В, А., Касатикова С. ,Ч„ Шейнин Л. Б, Экономическая целесообразность применения на удобрение осадков городских сточных вод Ц Химия в сельском хозяйстве. — 1984.—№ 6. — С. 52— 54.

14. Касатиков В. А., Мусекасв Д. А., Касатикова С. М. Использование N. РгО^, КзО в звене картофель — ячмень при внесении термически высушенных осадков сточных вод, «Проблемы сельскохозяйственного освоения торфяных месторождений»//Труды ЦТБОС, — 1984. — Вып. .7. — С. 59—66.

15. Касатиков В. А. Осадки сточных вод. Что сдерживает их применение? // Земледелие. — 1984, — е 60—6К

16. Касатиков В. К, „Чосина Л, В„ Руник В, Е., Кашкин А. М,, Емцев В. Т., Васильев Н, Г, Влияние осадков сточных вод на микрофлору дерново-подзолистой почвы//Известия ТСХА.— 1986. — Выл 6, — С 85—90.

17. Покровская С. Ф., К а с а т и к о в В, Л. Использование осад-

ка городских сточных вод в сельском хозяйстве. М.: ВНИИТЭИагропром, 1987. —С 60.

18. Касатиков В, А. Ресурсы и использование на удобрение бытовых к промышленных отходов // Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Проблема гумуса, в земледелии л использование органических удобрений^ Владимир.!; 1987. — С. Я—36.

19. Ка с а тиков В. А.,Бытовые, промышленные отходы и осадки сточных вод//В справочшке «Органические удобрения», М.: АгроЬромиз-дат, 1988, — С. 106—121. ■

■ ■' ' 20, К -а с а т и к о в В. А„ П о л е т к к о Н, Г., К а с а т к к о в а С. М. Иагодьэоваиие осадков городских сточных вод // Химизация сельского хозяйства. — 1988. — № 2. — С. 32—33. .

'21.Касатиков В. А.,. Саркисян С. М. Варьирование элементного состава почвы в условиях применения на удобрение раалкиных видов осадков городских сточных вод//В сб. Влияние химизации земледелия на содержание тяжелых металлов в почвах, с.-х. угодий л продукции рас-тенкеволствэ. — М,-: 1388. — С. 32—39,

22. Касатиков В. А, Руник В. Е. Аминокислотный состав зерна при использовании осадков городских сточных вод в качестве удобрения //Доклады ВАСХНИЛ, — 1989. —Мг 2, —С. 10—13. .

Л 42044 17.12.1989 г. Объем 21/* п. л. Заказ 2743. Тира« 100

Типография Московской с.-х. академии ни. К. А. Тимирязева ■ 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44 ;

Информация о работе

Касатиков, Виктор Александрович
доктора сельскохозяйственных наук
Москва, 1989
ВАК 06.01.04

Автореферат

Похожие работы