Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агроэкологический аспект удобрительных мелиораций с применением осадка сточных вод на супесчаных выщелоченных черноземах Саратовского Правобережья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологический аспект удобрительных мелиораций с применением осадка сточных вод на супесчаных выщелоченных черноземах Саратовского Правобережья"

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Саратовский сельскохозяйственный институт им. Н. И. Вавилова

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ УДОБРИТЕЛЬНЫХ МЕЛИОРАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД НА СУПЕСЧАНЫХ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ САРАТОВСКОГО ПРАВОБЕРЕЖЬЯ

Специальности: 06.01.02 — «Мелиорация и орошаемое

земледелие» 06.01.04 —«Агрохимия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации ла соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

\

V»

ТЯН Владимир Павлович

Саратов — 1992

Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных ме-лиораций Саратовского сельскохозяйственного института им. Н. И. Вавилова в 1989—1992 гг.

Научные руководители — доктор географических наук, профессор Н. А. МОСИЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук Л. И. СЕРГИЕНКО.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Г. Г. РЕШЕТОВ, доктор сельскохозяйственных наук В. Ф. КОРМИЛ ицын.

Ведущее учреждение — НПО «Элита Поволжья».

Защита диссертации состоится « января 1993 г.

в 10 часов на заседании специализированного совета К.120.72 при Саратовском сельскохозяйственном институте им. Н. И. Вавилова по адресу: 410710, г. Саратов, Театральная площадь, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Саратовского сельскохозяйственного института.

Автореферат разослан « » декабря 1992 г.

Ученый секретарь

специализированного совета

к. с.-х. и. Г. И. КАРАВАЕВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Осадки городских сточных вод (ОСВ) используются, главным образом, в сельском хозяйстве в качестве орг эноминеральных удобрений, содержали* необходимые для развития растений микропитательные элементы.»

Целесообразность утилизации осадкоп в качестве удобрения определяется комплексным содержанием в них биогенных элемен -тов, о количестве которых дают представление агрохимические исследования. По своей удобрительной ценности 0GB не уст\паот подстилочному гавоэу, но в СНГ они используются незшчительно, по сравнению с 30-60$-ным применением их ня удобрение в сель « ском хозяйстве стран Западной Европы. Однако, оценивая ОСВ как удобрение, следует учитывать и их отрицательные качества. В связи с тем, что к бытовым сточным жидкостям в городах присоединяются значительные количества разнообразных производствен -ных стоков, в осадках могут содержаться различные тзредные для растений вещества. В ряде случгев в осадках сточных вод может отмечаться повышенное содержание токсичных солей тяжелых ме -таллов. Удобрительные ыикропитательнне элемента (бор, марга -нец, медь, молибден и др..) при повышенных концентрациях также могут оказывать неблагоприятное воздействие на рост и качество растений. В этих случаях необходимо решать вопрос об извлечении указанных элементов из сточных вод, предусматривать строительстзо на промышленных предприятиях локальных очистных сооружений, а также осуществлять контроль за соблюдением предельно допустимых концентраций вредных веществ в проиэводст -венных сточных подах, сбрасываемцх в городской канализации и химическим составом осадков и почвы.

В каждом конкретном случае необходимы специальные исследования по составу ОСВ и распределению химических пещ^тв в цепи ОСВ - почва-растание-животный организм-чалоае.. ЭтоЧ цели служат многолетние полевые эксперименты по изыскании путей утилизации ОСВ в зависимости от их состава и агрохимических свойств поив района использования. Решение данных вопросов важно не только для повышения урожайности сельскохозяйствен -

ных культур, ио и для охра.-ш окружавшей tpeды от отрицательного вхияккя осадков сточных вод на почву и растительность.

Це1Ь исследования: разработать и экологически обосновать приемы эффективного использования ОСВ и их применение в специализированных севооборотах в условиях Правобережья Саратовской области.

Были поставлены следующие задачи:

- установить и экологически обосновать влияние различ -ных д<'Э, способов и приемов применения ОСВ на продуктивность и качество сельскохозяйственной продукции;

- изучить динамику содержания валовых и подвижных форм ыикропитзтельных элементов и тяжелвых металлов в почве и растениях кукурузы, овса и озимой ржи;

- установить опти»1гльные дозы и способы заделки ССЗ на урожай сельскохозяйственных культур;

- определить эффективность применения экологически обос-. нованных доз ОСВ в экспериментальных л производственных условиях.

Научная новизна. Впервые в услозиях Правобережья Саратовской области обосновано повышенйеурсаая сельскохозяйственных культур при применении ОСВ в качества удобрений. Получены оксп?рументальные данные по содерканию валовых и подвижных форы тяжелвых .металлов в почве и в растениях. Выявлено влияние последствия ОСВ на организм кипотних при скармливании ух сельскохозяйственными культурами. Изучены дозы и способы внесения ОСВ в почву. -

Ппактичгекая ценность работы заключается в тоы, что полученные данни1 позволяют рекомендовать оптимальные дозы и спо -собы применения ОСВ при возделывании культур, обеспечивающих более устойчивый урожай и охрану почвы от загрязнения токсическими веществами. В результате комплексной научной проработки проблемы найдены экологически обоснованные пути применения систем удобрений на основе ОСВ для Черноземной зоны Поволвья.

Исследования остаточных количеств тяжелых металлов в почве и рьгт^чиях даот основу для разработки рационатьных доз внесения их, выработ-и прогнозов воамоаного загрязнения сельскохозяйственных объектон с учетом охраны окружают,ей сг дай

Реализация результатов исследований. Эффективность разработанных доз и способов применения ОСВ в качестве органических удобрений проверена в г роизвоцствонных условиях в колхозе "Кирова", Татищевского района на площади 30 га. Результаты исследования включены в рекомендации по разработке технологии ис -пользования осадка сточных вод городской станции аэрации г. Саратова в Правобережье Саратовской области.

Апробация работы; Основные результаты диссертации были представлены и доложены на ученом совете ВШО "Прогресс" (Москва, 1990-1991 гг.); на научно-производственной конференции по сточным чодам и использование их в сельском хо?яйства (Алма-Ата, 19Э1); научно-практическая конференция профессор -ско-прзподавательского состава Саратовского СХИ (Саратов, 1991); на Всероссийской научно-практической конференции по экологическим проблемам сельского и водного хозяйства По -волжья (Саратов, 1992). По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов и заключения, списка литературы и приложения; изложена.на _^%£страницах машинописного текста, содержит таблиц в тексте и ^¿Р' в приложении.

Список литературы включает 216 наименований, в том.числе 18 иностранных.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДИ УД ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по поучению возможности сельскохозяйственного использования ссадка сточных вод городской станции аэрации г. Саратова в качестве удобрения проводились о 1989 по 1992 г. Опыты были заложены на супесчаном, выщелоченном черноземе. Содержание гумуса 4,1% - 4,6%; общего азота Обеспеченность почвы доступными растениями азотом,фосфором и калие ( Сила средней.

В сентябре 1969. года был зало.кен производственный опыт на площади 30 га. сигм разработаны три варианта с применением ссадка сточных вод, навоза и неходкого варианта (контроля). На каждом из трех вариантов были выделены ключевые участки для проведения фенологических наблюдений за юс том и развитием рьс'.'зний, о пределе:: ¿я величины и кач '.тва урожия и контроля за агрохимическим-: л агромелиоратипначи г.-жазатолями пичрч.

Иа клччевь'х уччет^зч С или задижеп; динамяческло плечтд-

о

ки, гшоцадью 100 м , для изучения агромелиоративных и агрохи-.мически характеристик почвы по методике Пак и Степанец (1970).

В апреле 1990 г. был з&чоженлабораторно-полевой опыт по ' изучониюспособоп и доз внесения осадка сточных вод под сельскохозяйствен. -.ыи культуры. ОоВ в опытах применялись в дозах l'û-ЗО т/гп, совместное внесение ОСВ с минеральными удобрениями и внесением органического удобрения (навоза перепревшего). Повторгюсть опытов четырехкратная у<размещение делянок рен -домиэированное. Площадь делянки 50 м**.

Опыт.чые культуры: 1990 г. - кукуруза на силос сорта "Коллективныа-160", 1991 г. - овес на фураж "Львовский-4", озимая рокь "Саратовская-5".

Для определения агромелиоративных характеристик почв определяли солевой состав водной вытяжки по Й.В.Арииуткиной (1970), причем, оценку степени засоления почв проводили по В.А.Ковда (i960) и Н.Г.Минашкиной (1978?. Содержание токсичных солей рассчитывали по эмпирической зависимости Н.И.Бази -левич и Е.И.Панковой (1968). Емкость поглощения почв и поглощенный натрий определяли по Захнрчуку, состав обменных оснований по А.А.И!муку (1975). При определении микроэлементов и тяжелых металлов в почве и растениях пользовались методом атомно-абсо^-бционной спектроскопии на приборе АА - I с предварительным мокрым озолением смесью концентрирозанных кислот. Аналн -зы растений по определению общей питательной ценности кор.'. "я выполняли по методам А.В.Петербургского (I96d). Учет урожая полевых культур и статистическую обработку проводили методом дисперсионно!' > анализа (Доспвхов,1965),

Расчет годового экономического эффекта проведен в соот -ветствии с разработанными Всесоюзным научно-исследовательский институтом удобрений и агропочвоиедения им. Д.Н.Трянишникова (ШУА, 1907).

Автор вирякает благодарность за помощь в работе и ценные советы et-грудникам Волжского опорного пункта ШИИССВ ШПО "Прогресс".

результати исследований

Агрохимическая хоргктеристика осадка сточных в~>д

Согласно сроднемиоголетним данным химических анализов

осадок после механического, обезвоживания характеризуется невысокой влажностью ?43,б...63,81 и высоким содержанием солей кальция и железа (табл.1). В составе катионов преобладают кальций и магний. Их суммарное содержание в весовом отнсше -нии в 3 раза превышает содержаниещелочних металлов - натрия и калия, что <-дидетедьствуот о мелиоративной ценности ОСВ. Из удобрительных элементов преобладает азот общий - 4,5?., фосфор - 1,4% и калий - 0,7%.

Иловый осадок прошлых лет по споему составу близок к осадку после механического обезвоживания. Содержание органического вещества соответствует - 23£, М- 4,87%, 2,15!» и К^ 1,45?.

Пи содержанию лимитирующих компонентов ОСВ относятся к классу используемых в качестве компостов с торфом, отходсми растениеводства, навозом и промышленными отходами. Однако, надо иметь в вицу наличие этих компонентов в обрабатываемой почве, а также коэффициента биологического поглощения этих компонентов, т.е. отношение содержания их в зоне наземных растений и валовому содержанию в почве.

Таблица I ■Химический состав осадка сточных вод Саратовской городской станции аэрации

Показатели I Осадок послеЮвекий осодокЮсадок !механическо-!с иловых пло-!прошлых !го обезвожи-!с<адок 1лет с ило-[вания ! !вах площа-___!__J____[до к_

I ! 2 ! 3 ! 4

Первоначальная влага,% 63,8 49,4 41,5

Органическое вещ-эствэ 21,0 22,3 23,0

Рн водной зытяжки 12,3 7,81 7,20

Карбоната .мг-зкбДСО г 9,35 ото. отс.

Хлориды 1,66 0,83 0,86

Сульфаты 0,99 4,93 2,67

Кальций 16,6 5,28 ¿6,7

Нагний 33,2 7,70 4,32

/

Продолжение табл. I

1

2

3

4

Натрий Азот

Азот аммиечнк/ Азот нитратны? Фосфаты Р^О^ Калий

I3Ó2 2387 1Э4 550

157 639

3,33 2,02 0,32 0,31

0,13 0,38

2344 216

590

4,49 0,11

0,18

• Влияние осадка сточных вод на агрохимические свойства почвы

Анализ данных пище ого режима почв показывает, что в течение трех дет наблюдений во .почве слоя 0.. .50 см после внесения 0CB в разных дозах увеличивается содержание валового гумуса от 0,08 до 0,^7?, азота общего от 0,011? до 0,012?, содержание же остальных элементов питания снижается: фосфора

усвояемого от 3,3 до 2,56 мг/100 г, обменного калия от 24 до 5 мг/100 г. В почве слоя 0...100' см увеличение содержания ва -лового гумуса за изучаемый период составило от 0,07 до 0,113, сниже mi фосфора и калия от 2,6 до 2,04 мг/г и от 19 до 4 мг/. 100 г соответственно. Отличается раслирение соотношения углерода перегноя к азоту общему от 3,3В до 7,26 в верхнем метр-.' почвенного профиля, что свидетельствует об обеднении почвы азотом, что связано повышенным выносом этого элемента с ypcv.a-ем сельскохозяйственных культур.

Рассматривая динамику состава осменных оснований в поч -ве,- следует отметить, .что за этот период существенных иьмене -ний не произошло. Отмечается отсутствие четкой дифференциации по содержанию обменных катионов, которое характе. но для почв засоленной зоны. Профиль почвы размыт, переход от спного ге -нетиж'ского горизонта к другому постепенный. Бслыгуч роль в этом игра т карбон&тнзсть почв, сообща*-щая стабильность сос -таву оСуслЖ < основание и высокую буферность почв.

Исследования по согсвому режиму черно:емних почв в опытах показали, что изменений в солевом составе почв не произошло.

Почвы все* исследуемых вариантов в метровом слое остаются практически незаселенными.

Влияние ОСВ на рост, развитие и урожай сельскохозяйственных культур

Опыт 1990-1592 годов показал высокое действие и последействие применения ОСВ. В первый год применения осадка под кукурузу выявил положительный эффект по всем направлениям роста и развития этой ку.лтуры. Обработка результатов опыта показала, что на посевах ^ внесением ОСВ и навоза урожайность кукурузы значительно повышалась. С увеличением внесения доз осадка определялась максимальная густота, высота и сырая биомасса растений каждого варианта. Наибольшая урожайность была на Ш - варианте (ОСВ - 30 т/га). Разница с контролем составила 105% (табл.2).

I Таблица 2

Элементы структуры урожая по вариантам опыта с применением ОСВ (т/га)

Годы ! Взрипнтн опыта _! «г-р

исследо- -!--Г3-!-1-! ни^05

ваний 11!Д1Ш;1У1У!У11_

1990 13,4 19,3 23,6 16,3 13,9 11,5 1,75

1991 1,3 1,8 2,0 1,4 1,35 1,1 0,36

1992 2,1 2,6 2,9 2,4 2,2 1,7

На 2 и 3 год последствия ОСВ также отмечен положительный эй9«* от внесенного осадка. Существует прямая зависимость ыежду внесением ОСВ и урожаем сельскохозяйственных культур.

Зоотехнический анализ кормов

Оценивая данные зоотехнического анализа кормов необходимо отметить следующее. Содержание протеина прямо пропорцио -нально количеству внесенного осадка, "оотношение по вс<ы вариантам опыта несколько занижено, а К (С-а+ «А'о некоторых вариантах несколько завышено относительно тре<юваний Д.А.Кореньк>ва (1974). Однако, по основному лимитирующему показатели вредности - по содержанию нитратов - норма удовлет -

ворительна. Следует отметить, что отрицательное влияние на животных отклонение отдельных показателей от зоотехнической нормы может быть уменьшено при составлении кормовых рационов.

Другой, не менее важной стороной, в оценке качества кормов является содержание в них микропитательных элементов и тяжелых металлов. Определониз содержания микропитательных элементов в 1990 г. показано, что в исследуемых вариантах кукурузы содержаний меди, цинка, марганца и железа нормы удовлетво -ряют требованиям ОД', установленным А.Хенн/.гом и В.Минёевьш (табл.3). 3 то же время содержание меди ниже, г. цинка и мар -ганца в отдельных вариантах выше, чем для оптимальных условий в кормах. На содержание никеля в растениях нет норм ПДК и оптимальных норм, ко тнение опытных вариантов с контрольным показывает, что содержание этого элемента в I ОСВ-Ю т/га 2 ОСВ-20 т/га вариантах отвечает контрольному. В целом следует признать удовлетворительными варианты с внесением ОСВ в дозах 1и т/га, 20 т/га и 10 т/га + Рб0^120*

Таблица 3

Содержание ШЭ и ТМ в посевах кукурузы с применением ОСВ

Показатели, мг/кг а.с. вещества

Шедь ! ! Сви-. ¡нец |н,, |кель ¡Кяд- ¡Цинк 1 мий | ¡Марга1лром 1 ¡нец { | Неле' 30

ОСВ 10 т/га 2,5 у тс. 1,5 27,5 39,0 следы 40

оса 20 т/га 2,5 отс. 1,0 0,005 25,5 45,0 следы 100

ОСД 30 т/га 6,0 отс. 3,0 0,005 23,0 62,5 отс. 60

ОСВ 10 т/га + 4,0 отс. 3,0 - 37,5 52,5 отс. 35

Р^Ю!{120

Нар.оз 25 т/га 1,0 отс. 2,3 - 17,5 82,5 отс. 50

Контроль 7,0 отс. 2,8 3,5 37,0 отс. 50

мДК по А.Хекнигу 9,0 - - 0,52 50,0 70,0 1,0 200

Оптимум в кормах 10,0 - - - 20,0 60 - 70

Аналлз и ог нк« дгнннх по содержанию МПЭ в зерне овса на итороЯ год последствия (д'В показывает, что такие элементы как никель, марганец, '-вдь, железо практически во всех ьарлан-

тпх опыта, -за исключением варианта ОСВ 30 т/га по мэди, укладываются в нормы ЦДК (табл. -у). По содержанию цинка удовлетворительным оказался лишь вариант с дозой внесения ОСВ 10 т/га и 10 т/га + Pgo^i20' ®аяным обстоятельством является то, чтс в зерне овса всех вариантов опыта практически отсутствуют ряд тяжелвых металлов: свинец, хром, а кадмий определен в следах (0,003 мг/кг) лишь в двух вариантах- - ОСВ 20 т/га и ОСВ 30 т/га при А.Хенни^гу С,52 мг/га.

Следует отметить, чтл зерно овса вариантов 1,4,5,С может быть использовано в качестве основного корма без ограничения суточных рационов ...

Таблица 4 Содержание Шй и ТЫ в зерне ojea впоследствии применения ОСВ

Номер варианта'-

_ !! Си

Показатели мг/кг а.с. вещества

' PC- I Y¿

'¿У

ОСВ 10 т/га 6,0 отс. 2,0 отс. 35,0 26,0 отс. 54,0

ОСВ 20 т/га 5,0 отс. 4,0 0,003 65,0 21,0 отс. 16,0

ОСВ 30 т/га 11,0 отс. 12,0 0,003 85,0 18,0 отс. 12,0

ОСВ 10 т/га + 6,0 отс. 1.0- отс. 40,0 30,0 отс. 26,0

^60^120

Навоз 25 т/га 5,0 отз. 1,0 отс. 28,0 25,0 отс. 10,0

Контроль 5,0 отс. 1.0 отс. 60,0 23,0 отс. 8,0

ПДК по А.Хеннин-гу ' 9,0 _ 0,52 50 70 200

по В.Ыинееву ■ - 5,0 - - - 1.0 -

Оптимальное содержание в кормах 60 - - - 20 60 - 70

ВЫВОДУ

1. Разработана ягроэкологическая концепция и получены экспериментальные данные по использованию осадка сточных вод в качестве органического удобрения.

2. Осадок сточных вод представляет собой ценное органо-минеряльное удобрение с высоким содержанием органического вещества - ыакро и -микро питательных элементов. Однако необхо -

дим строгий контроль за содержанием ТМ в аспекте возможности кумуляции в активном слое почвы и транслокации в растения.

3. Результаты исследований показали положительное влияние ОСВ на питательный режим почвы, увеличение содержания валового гумуса, общего азота, л также ряда микропитательных элементов, необходимых для развития сельскохозяйственных культур. Как в составе воднорастворимых солей, так и в составе обменных оснований почвы, за изучаемый период ухудшения не произошло. йизико-хиническнй состав почв в этом отношении безупречен.

4. Сопоставление данных содержания валовых форм НТО и *Ш в почве показывпот, что такие элементы как Р&ЛЪ, Сис • и Ск- значительно ниже ЦЦК фоновым величинам по Беусу Л.А.

5. Анализ длины/ по изучении подвижности форм ЫПЭ и ТД в иочзе показывают, что элементы , ^¿¿о, С& как в поверхностном, так и в глубинных горизонтах ниже норм ЦДХ, укаьлННг1Х в официальных источниках. По содержанию подвижных форм и Си отмечено превышение ЦДК в поверхностных горизонтах как в испытываемых так и в контрольных вариантах.

6. Применение ОСВ в различных дозах положительно сказывалось на госте, развитии и урожае культур. Причем, увеличении урожая было в прямой зависимости от-внесенного осадка по дозам. ,

7. Анализы растений на содержание ТЫ. показали, что ОСВ не приводят к значительным' изменениям в сравнении с контролем. Содержание их по качеству кормов вполне соответствует зооги -гиеническим нормам, предусмотренным в животноводстве.

8. Использование ОСВ г.. Саратова в качестве удобрений экологически безопасно лишь при постоянном контроле за содер-жякием ТМ в почве и продукции растениеводства. '

Предложения производству

1. В целях охраны окружающей среды рекомендуется утилизация осадков сточ1гых вод в качестве удобрений.

2. Наиболее эффективными дозами, в условиях Правобережья Саратовской области являются применение ОСВ в количество 20

и '¿0 г/га.

3. Нзобход',- строгий контрольза миграцией солей тяжелых -¡егдллов в почво и растений.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Мосиенко H.A., Сергиенко Л.И., Тян В.П. Использование осадков сточных вод городской станции аэрации г. Саратова в качестве органических удобрений // Сборник докладов ВНИИССВ, ВНПО "Прогресс". - Москва, 1990. - С.42-43.

2. Ыосиенко H.A., Сергиенко Л.А., Тян В.П. Проблемы аг-роиспольэования осадков стачных вод Саратовской городской станции аэрации 1} Тчзисм докладов Межвузовского косрдина -ционного Совета по использовании сточных зод. Материалы кон-форенции. - Алма-Ата, 1991. - С.56--59.

3. Сергиенко Л.И., Москенко H.A., Tr;i З.П. Содержание тяжелых металлов в экосистемах при использовании осадков сточныхвод в качестве удобрений // Доклады ВАСХНИЛ. 1991. 9 8.-С.66-58.

4. Сергиенко Л.И., Тян В.П. Эколого-экрношетеская оценка использования осадка сточных вод в Правобережье Саратовской области // Тезисы докладов научно-практической конференции "Экологические проблемы сельского и водного хозяйства Поволжья". - Саратов, 1992.-С.17-18.

5. Сергиенко Л.И., Тян В.П. АгроэкологическиЯ аспект удобрительных мелиорация с применегаеи осадков сточных вод в Саратовской области // Востник сельскохозяйственной науки (в печати).

Подп. к печати 17.12.92 г. Формат 60\'84-1116 Объем 0,75 п. л. Т| раж 101). Зак. 549

Ротапринт Саратовского СХИ им. Н. И. Вавилова Оратоз, Театральная «д., I