Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка применения осадка сточных вод и вермикомпостов на агрозёме торфяно-минеральном

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка применения осадка сточных вод и вермикомпостов на агрозёме торфяно-минеральном"

На правах рукописи

ХАБАРОВА ТАТЬЯНА ВАЛЕРЬЕВНА

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД И ВЕРМИКОМПОСТОВ НА АГРОЗЁМЕ ТОРФЯНО-МИНЕРАЛЬНОМ

Специальность 03.02.08. - экология (биология)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 АПР 2015

Москва 2015

005566608

005566608

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Левин Виктор Иванович

Официальные оппоненты: Иванов Евгений Сергеевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина», кафедра экологии и природопользования, заведующий кафедрой

Постников Дмитрий Андреевич, доктор сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет -Московская государственная сельскохозяйственная академия им. К.А, Тимирязева», кафедра экологии, профессор кафедры

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Смоленская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится 28 апреля 2015 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.01 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу: 143900, Московская обл., г. Балашиха, ул. Юлиуса Фучика, д.1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» http://www.rgazu.ru

Автореферат разослан «_» февраля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук

Сойнова О. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Отходы многоплановой антропогенной деятельности, занимая из года в год все большие пространства, представляют серьезную угрозу природной среде, являясь источником биотического, механического, химического и иных видов загрязнения, ухудшая ее санитарно-эпидемиологические, оздоровительные и эстетические качества (Алексеев, 2002; Варламова, 2007).

Динамичный рост урбанизированных территорий сопровождается образованием значительного количества органических и органосодержащих техногенных отходов и накоплением их в объектах окружающей среды. Среди них приоритетными загрязнителями окружающей среды являются осадки сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений, которые отличаются высоким содержание макро- и микроэлементов (Касатиков, 1996, 2012; Малахова, 2007).

Между тем, по данным агрохимической службы России, 45% пашни характеризуется низким содержанием гумуса, 23% — дефицитом фосфора и 9% -калия. Наиболее сильную деградацию почвенного плодородия испытывают торфяные почвы и почвы выработанных торфяников: утрачивая свои природные свойства, они трансформируются в антропогенно-преобразованный агрозём торфяно-минеральный.

В этой связи применение ОСВ и вермикомпостов на их основе для реабилитации нарушенного плодородия выработанных торфяников и повышения биопродуктивности агрофитоценозов является актуальной проблемой экологии.

Цель и задачи исследования.

Цель - биотрансформация ОСВ городских очистных сооружений в органоминеральное удобрение и экологическая оценка эффективности его использования в фитоценозе овса на агрозёме торфяно-минеральном.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение комплексного санитарно-микробиологического, санитарно-паразитологического, санитарно-энтомологического и агрохимического анализа ОСВ биологически очистных сооружений г. Рязани.

2. Разработка технологии приготовления экологически безопасных вермикомпостов на основе ОСВ.

3. Исследование действия различных доз ОСВ и вермикомпостов на эколого-агрохимические свойства почвы, морфологию растений и биопродуктивность агрофитоценоза овса.

4. Изучение отдаленного последействия ОСВ на морфофизиологические признаки и продуктивность растения овса.

Научная новизна. Впервые на региональном уровне разработана технология утилизации ОСВ городских очистных сооружений цеха биологической очистки с биотрансформацией в экологически безопасное органоминеральное удобрение.

Разработаны и обоснованы приемы рекультивации агрозёма торфяно-минерального за счет включения экологически безопасных вермикомпостов в почвенно-биотический комплекс и обогащения почвы органоминеральными компонентами.

Установлено влияние ОСВ и вермикомпостов на экологическое и агрохимическое состояние а1розёма торфяно-минерального.

Исследована морфоэкологическая реакция растений овса на действие ОСВ и вермикомпостов, а также последействие ОСВ.

Теоретическая и практическая значимость работы. Выявлено действие ОСВ и вермикомпостов на эколого-агрохимические свойства и биологическую активность агрозёма торфяно-минерального, морфофизиологическую реакцию растений овса. Установлены оптимальные дозы ОСВ, способствующие повышению продуктивности растений овса на агрозёме торфяно-минеральном.

Вермикомпостирование ОСВ с органическими отходами сельскохозяйственного производства обеспечивает биотрансформацию

субстрата в экологически безопасный органоминеральный комплекс. Органоминеральные удобрения на основе ОСВ открывают возможность использования вермикомпостирования на деградированных агрозёмах для повышения продуктивности культур и производства семян.

Приготовление и применение вермикомпостов на основе ОСВ направлено на утилизацию ОСВ городских очистных сооружений г. Рязани и сопровождается улучшением состояния окружающей среды.

Результаты полученных исследований используются в учебном процессе в дисциплинах «Вермикомпостирование» и «Технология применения биогумуса и биомассы» для студентов ФГБОУ ВПО РГАТУ по специальности «Агроэкология» и направлению «Агрохимия и агропочвоведение» и положены в основу рекомендаций «Биоконверсия органических отходов».

Положения, выносимые на защиту:

- действие различных доз ОСВ и вермикомпостов Há эколого-агрохимические свойства и биологическую активность агрозёма торфяно-минерального;

- морфофизиологическая реакция и биопродуктивность растений овса на применение ОСВ и вермикомпостов на агрозёме торфяно-минеральном;

- содержание тяжелых металлов (ТМ) в растениях овса при внесении ОСВ и вермикомпостов на агрозёме торфяно-минеральном;

- отдаленное последействие ОСВ на морфофизиологические признаки и продуктивность растения овса в потомстве.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Международных научно-практических конференциях: «Вермикомпостирование и вермикультивирование как основа экологического земледелия в XXI веке: проблемы, перспективы, достижения» (Минск, 2007); «Агрохимия и экология: история и современность» (Нижний Новгород, 2008); «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции» (Тамбов, 2009); «Модернизация АПК в

контексте обеспечения продовольственной безопасности государства» (Курск, 2011); «Биологические проблемы природопользования» (Белгород, 2012); «Вавиловские чтения - 2012» (Саратов, 2012); «Проблемы комплексного обустройства техноприродных систем» (Москва, 2012); «Научное сопровождение инновационного развития агропромышленного комплекса: теория, практика, перспективы» (Рязань, 2014); на конференциях профессорско-преподавательского состава агрозкологического факультета РГАТУ (Рязань, 2008-2014).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 печатных работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение: «Способ получения органоминерального удобрения из осадков сточных вод с помощью компостирования».

Реализация результатов исследований. Разработки, положенные в основу диссертационной работы, проходили производственную проверку и внедрение в ЗАО «Заборье» Рязанского района Рязанской области.

Структура и объем работы. Работа изложена на 146 страницах, состоит из введения, 5-и глав, выводов, предложений производству. Библиографический список включает 175 источников, в том числе 20 иностранных авторов. Материал иллюстрирован 18-ю рисунками и 30-ю таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы. Проведен анализ теоретических основ и практического использования ОСВ и вермикомпостов в качестве нетрадиционных удобрений в фитоценозах с оценкой их влияния на эколого-агрохимические свойства почвы.

Методика проведения исследований

Эксперименты проводили в 2 этапа: лабораторные исследования и полевые опыты.

Агрохимическая характеристика ОСВ: влажность - 68%; рН - 8,2; содержание азота — 1,5%, фосфора - 1,60%, калия — 0,42%. По содержанию

макроэлементов ОСВ соответствовал требованиям, предъявляемым к осадкам, используемым в качестве удобрения.

Определяли: фитотоксичность ОСВ и вермикомпостов (СП 2.1.7. 1386 -03); энергию прорастания, лабораторную всхожесть (ГОСТ 12038-84), биометрию проростков овса; ростовые корреляции, как отношение длины ростка (R), к длине зародышевого корешка (З.к.) (k= R/З.к.).

Вермикомпосты готовили с использованием ОСВ, органических наполнителей (солома, птичий помет, навоз КРС) и популяции компостных червей вида Eisenia fétida (Ef). Соотношение органических компонентов в компостах: ОСВ+солома+Ef (1:1), ОСВ+солома+куриный помёт+Ef (1:2:1), ОСВ+солома+навоз KPC+Ef (1:1:1).

Полевые опыты проводили на опытном участке в ОПХ «Полково» Мещерского филиала ВНИИГиМ и агротехнологической станции ФГБОУ ВПО РГАТУ.

Почва опытного участка - агрозём торфяно-минеральный, характеризуется содержанием фосфора - 444,62 мг/кг, калия - 53,2 мг/кг и низким содержанием микроэлементов.

Полевые мелкоделяночные опыты проводили на культуре овса сорта «Скакун», повторность опыта четырехкратная. Площадь учетной делянки 50 м2.

В полевых условиях определяли: полевую всхожесть семян овса; морфофизиологические показатели растений — площадь листьев, чистую продуктивность фотосинтеза, фотосинтетический потенциал (Ничипорович, 1966), интенсивность дыхания семян (Вальтер и др., 1957), содержание хлорофилла на фотоэлектроколориметре (Третьяков, 2003); содержание ТМ в вегетативных и генеративных органах растений инверсионно-вольтамперометрическим методом по ГОСТ Р 51301 - 99, ГОСТ Р 51962 - 2002; суммарную биологическую активность почвы по интенсивности разложения целлюлозы по методике Петровой (Минеев, 2001), рН солевой вытяжки (ГОСТ 26483-85), содержание гумуса (ГОСТ 26213-91), общего фосфора и общего

калия (ГОСТ 26207), валовое содержание ТМ (Pb, Cd, Ni, Сг„ещ, Zn, Си) по ГОСТ Р 53218; Hg - МУ по определению ТМ в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства (М., 1992); As - МУ по определению мышьяка в почвах фотометрическим методом (ЦИНАО, 1993).

В полевых опытах исследовали последействие ОСВ на продуктивность семенного потомства растений овса (Mj и Мг).

Математическую обработку урожайных данных осуществляли методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985), достоверность различий между вариантами — по исследуемым показателям с помощью программ MS Excel и Statistica.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Глава 1. Влияние ОСВ на эколого-агрохимические свойства агрозёма торфяно-мииерального, рост, развитие и продуктивность овса

1.1. Влияние ОСВ на эколого-агрохимические свойства агрозёма торфяно-минерального

Осадок сточных вод - это сложный органоминеральный комплекс, который при внесении в почву в качестве удобрения может оказать разностороннее влияние на плодородие, эколого-агрохимические свойства агрозёма торфяно-минерального, продуктивность фитоценозов.

Под влиянием ОСВ в дозах 3, 9 и 27 т/га (в расчёте на сухое вещество) происходило изменение минерального режима агрозёма торфяно-минерального. В годы исследований (2008-2010) отмечалось устойчивое увеличение содержания общего фосфора, общего калия, азота общего и нитратного. Наиболее высокий уровень исследуемых показателей наблюдался при внесении ОСВ в дозе 27 т/га. Использование ОСВ способствовало повышению на 0,370,57% массовой доли органического вещества в почве в зависимости от используемой дозы.

Применение ОСВ в исследуемых дозах 3, 9 и 27т/га не вызывало

8

превышения ПДК ТМ в агрозёме торфяно-минеральном (табл. 1).

Биологическая активность почвы является важным показателем ее экологического состояния. С повышением дозы внесения ОСВ выявлялась активизация микробиологических процессов в агрозёме торфяно-минеральном, которую определяли по убыли массы льняного полотна. В опытных вариантах этот показатель превышал контрольное значение на 12%.

Таблица 1 - Изменение валового содержания тяжелых металлов в агрозёме торфяно-минеральном под влиянием различных доз ОСВ (среднее за 3 года)

Показатель Дозы ОСВ, т/га

ОДК ПДК ед. ИЗМ. контроль 3 9 27

Си 33* мг/кг 3,05+0,35 3,50 ±0,20 3,55 ±0,28 5,05 ±0,45

7л 55* мг/кг 6,45 ±0,53 6,50± 0,58 7,00 ±0,56 7,65 ±0,69

№ 20" мг/кг 3,60 ±0,30 3,70 ±0,33 5,10±0,41 6,35 ±0,53

Сё 0,5' мг/кг 0,23 ±0,02 0,22 ±0,01 0,24 ±0,02 0,31 ±0,03

РЬ 32' мг/кг 3,5 ±0,45 3,6 ±0,35 3,8 ±0,4 3,9 ±0,05

Сг - мг/кг 6,6 ±0,59 7,5 ±0,67 12,1 ±1,09 17,9± 1,6

н8 2,Г мг/кг 0,02± 0,015 0,022± 0,001 0,023 ±0,002 0,025 ± 0,002

Ая 2,0' мг/кг 0,28 ± 0,03 0,66 ±0,05 0,30 ±0,027 0,7 ±0,056

"Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2511-09 Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических

веществ в почве

1.2. Фитотоксичность ОСВ

Исследованиями по оценке фитотоксичности ОСВ было установлено, что ОСВ в концентрации 1:10 подавлял начальные ростовые процессы и существенно изменял морфологические показатели зародышевых корешков, уменьшая длину зародышевого корешка в 4,4 раза, фитомассы — в 1,5-1,8 раза по сравнению с контролем. Снижение концентрации ОСВ сопровождалось ослаблением его токсических свойств. При концентрации 1:10000 прослеживалось стимулирующие действие ОСВ на начальные ростовые процессы, которое выражалось в увеличении длины и массы зародышевых корешков на 16,2 и 20,1% соответственно.

1.3. Действие ОСВ на начальные ростовые процессы проростков овса

Изменение концентрации водной вытяжки существенно повлияло на

интенсивность начальных ростовых процессов проростков овса: если

концентрация 1:10 сильно подавляла длину, массу ростков и колеоптиле, то со

9

снижением концентрации до 1:100-1:10000 отмечалось стимулирующее действие. Энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян превышали контроль, соответственно, на 14,3 и 5,7%. Важное место в экологической оценке действия ОСВ на развитие растительного организма отводится ростовым корреляциям как одному из физиологических показателей, отражающих зависимость роста одних органов от других (Шевелуха, 2009).

Установлены существенные различия в ростовых корреляциях (к=11/3.к.) проростков овса при проращивании семян на водной вытяжке ОСВ при концентрации 1:10, снижение концентрации ОСВ с 1:100 до 1:10000 не вызвало существенных изменений данного показателя (табл. 2).

Таблица 2 - Изменение начальных ростовых процессов и морфометрпческнх признаков проростков овса в зависимости от концентрации водной вытяжки ОСВ

Концентрация водной вытяжки ОСВ Энергия прорастания, % Лабораторная всхожесть, % Росток Длина колеоптиля, мм

длина, мм масса 100 ростков, г*

Контроль (диет, вода) 42,0±1,5 89,0 ±2,6 37,8±0,5 9,0±2,3 31,4± 1,2

1:10 1,0±0 7,5±0,9* 25, Ш, Г 3,б±1,1* 5,8±1,0*

1:100 47,3±1,7 91,4±1,1 38,7±0,4 8,7 ±0,2 31,3±0,5

1:1000 53,6±1,3* 94,2±1,3* 40,0±0,1* 9,1±0,5 33,5±1,0*

1:10000 56,3±1,4 * 94,7±1,1* 41,4±0Д* 9,3±0,4 35,9±1,2*

♦Различия существенные для Р> 0,95

1.4. Влияние ОСВ на морфологические признаки растений овса

Одним из перспективных приемов, сдерживающих деградацию торфяных почв, является вовлечение в биологический круговорот органоминеральных веществ.

В среднем за 3 года полевых исследований внесение ОСВ на агрозёме торфяно-минеральном способствовало повышению полевой всхожести семян овса от 1 до 5% в зависимости от дозы ОСВ. Наиболее высокой полевая всхожесть была при внесении ОСВ в дозе 27 т/га, что, вероятно, связано с повышением содержания микроэлементов, необходимых для роста и развития злаковых культур.

Критерием, отражающим совокупность экологических факторов и физиолого-биохимических процессов, протекающих в растениях, являются морфологические признаки (табл. 3,4).

На внесение ОСВ в дозах 9 и 27 т/га растения реагировали усилением линейного роста. Высота опытных растений превышала высоту контрольных в фазу вымётывания метелки в варианте с дозой ОСВ 9 т/га на 11,8%, в варианте с дозой ОСВ 27 т/га - на 37,4 %, в фазу молочной спелости зерна на 15,6 и 18,9% соответственно (табл. 3).

Таблица 3 - Морфологические признаки растений овса в зависимости от дозы внесении ОСВ по фазам роста и развития (среднее за 3 года)

Варианты опыта Высота растений, см Ширина листа, мм Длина листа, мм Число листьев на одном растении, шт. Площадь листьев одного растения, см2

Фаза выметывание метелки

Контроль 39,9±1,5 10,6±0,2 195,2±4,4 4,б±0,2 108,3±2,1

Зт/га 37,9±1,4 11,3±0,Г 207,8±3,5' 4,8±0,3 112,8±1,9

9 т/га 44,fel,8 12,3±0Д» 231,2±5Д* 5,1±0Д 139,3±2,3*

27 т/га 54,2±2,1* 13,0±0,33 238,6±6,3* 5,9±0,3* 182,3±1,7*

Фаза молочной спелости зерна

Контроль 75,4±2,5 12,3±0,19 228,8±ЗД 4,7±0,3 133,4±1,8

Зт/га 70,4±2,1 13,0±0,40 240,2±6,1 5,3±0,5 134,9±1,5

9т/га 87,2±2,3* 14,0±0,27* 253,9±4,5* 5,4±0,4* 164,9±1,3'

27т/га 89,7±1,8* 14,7±0Д9* 261,3±7,1* 6,0±0,2* 213,3±1,2"

•Различия существенные для Р> 0,95

Применение ОСВ существенно изменяло морфологические признаки листьев растений овса, усиливая линейный и латеральный рост листа 3-го междоузлия. В фазу вымётывания метелки у растений варианта с дозой ОСВ 27 т/га ширина листовой пластины превышала контрольную на 21,8% длина - на 22,2%. При этом было сформировано больше на 1,3 шт. листьев, что обеспечивало формирование листовой поверхности, превышающей контроль на 16,8 %. В фазу молочной спелости зерна во всех опытных вариантах параметры флагового листа превышали контроль, наиболее существенно в варианте при внесении ОСВ в дозе 27 т/га.

Исследования показали, что применение ОСВ существенно повлияло на

морфологические признаки растений овса. В зависимости от дозы внесения ОСВ растения в опытных вариантах сформировали больше на 23,0-66,7% генеративных побегов и на 47,4-98,6% мутовок в метёлке.

Длина метёлки и число зёрен у растений опытных вариантов были больше, чем у растений контроля на 1,9-25,2% и 12,1-41,8% соответственно. Под влиянием ОСВ отмечалась тенденция к повышению массы сформированных зерновок за счет увеличения их толщины (табл. 4).

Таблица 4 - Морфологические признаки генеративных органов растений овса

(среднее за 3 года)

Варианты опыта Побеги, шт./раст. Кол-во мутовок метелки, шт./раст. Метелки Масса 1000 зерен, г

вегетативные генеративные длина, см число зерен, шт.

Контроль 0,82±0,03 1,26±0,05 3,73±0,24 13,12±1,20 26,75±1,83 30,20±1,10

3 т/га 1,18±0,0Г 1,55±0,0Г 5,50±0,22* 13,38±1,51 30,00±2,11 31,76±0,19

9 т/га 0,92±0,0Г 2,10±0,04* 6,67±0,30* 16,13±1,24* 38,99±2,26* 31,72±1,14

27 т/га 0,93±0,02* 2,10±0,02+ 7,37±0,17* 16,43±1Д9* 37,95±1,50* 31,71±1,23

•Различи* существенные для Р> 0,95

Наиболее заметное изменение морфологических признаков происходило у растений под влиянием дозы внесения ОСВ 27 т/га. Таким образом, габитус растений опытных вариантов существенно изменялся под влиянием ОСВ.

1.5. Действие ОСВ на фотосинтетические процессы и биопродуктивность овса

Фотосинтетические показатели растений овса

Фотосинтетический потенциал растений является важным показателем, отражающим динамику нарастания и функционирования листовой поверхности, ассимилирующей фотосинтетическую активную радиацию, т.е потенциальную фотосинтетическую деятельность фитоценозов. ОСВ способствовал увеличению фотосинтетического потенциала растений овса опытных вариантов. Наиболее высокий фотосинтетический потенциал у растений овса сформировался при внесении ОСВ в дозе 27 т/га и составлял 88,2% по отношению к контролю.

Применение ОСВ сопровождалось повышением продуктивности

фотосинтеза от 10,25 г/м2/сутки в контроле до 15,1-17,6 г/м2/сутки в опытных

12

вариантах в зависимости от дозы внесения ОСВ.

Под влиянием различных доз внесения ОСВ увеличилось содержание хлорофилла в листьях овса на 16,7-76,0%, что привело к стимуляции роста, развития и накоплению фитомассы растениями овса на всех этапах онтогенеза.

Фитомасса опытных растений превышала в фазу метёлки на 10,43-53,2%, в фазу молочной спелости — на 19-49,8% фитомассу контрольных растений. Максимальное значение данного показателя отмечалось при внесении ОСВ в дозе 27 т/га.

Выявлено, что во все года исследования при поглощении растениями ТМ, содержащихся в агрозёме торфяно-минеральном опытных вариантов, ни по одному из исследуемых химических элементов в растениях овса не отмечалось превышения максимально допустимого уровня (МДУ) (рис. 1).

6

5

4 -3 2 1 0

свинец

Контроль

27

кадмии

Контроль

0,6 г----

0,5

0,4 ---------

0,3

0,2 -

од -0 -

хром

-♦

Контроль

9 27

3,5 3 2.5 2 -1,5 1 0,5 0

-*-♦

Контроль

максимально допустимый уровень (МДУ) мг/кг

Рис. 1 - Влияние ОСВ на содержание ТМ в вегетативной массе растений овса (сухая масса),

мг/кг

1.6. Отдаленное последействие ОСВ на семенное потомство ОСВ, улучшая режим минерального питания растений опытных вариантов, положительно повлиял на рост, развитие и формирование урожая овса, способствовал получению в первом поколении (М]) семян с более высокими посевными и продуктивными качествами.

При отсутствии различий в интенсивности начальных ростовых процессов между контрольными и опытными проростками последние отличались более высокими посевными качествами. Так, в зависимости от доз внесения ОСВ, энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян, полученных от растений опытных вариантов, составляли, соответственно, 83,1-85,6% и 95,0-96,2%, тогда как в контроле - 80,0% и 92,3%. Длина ростка и зародышевого корешка Проростков в опытных вариантах превышали контроль на 6,8-12,7% и 7,0-16,2% соответственно.

В процессе хранения интенсивность дыхания воздушно-сухих семян опытных вариантов в М) была ниже контроля на 7,2-14,3%. Во втором поколении (М2) растения опытных вариантов на всех этапах онтогенеза не существенно отличались от растений контрольного варианта.

Глава 2. Изменение экол ого-а грохимн ческих свойств агрозема торфяно-минерального и биопродуктивности растений овса под действием

вермикомпостов

2.1. Эколого-агрохимическпе свойства агрозема торфяно-минерального

Агрохимические свойства почвы, ее биологическая активность, содержание ТМ являются интегральными показателями, отражающими состояние педосферы агроценозов. Исследованиями показано, что применение вермикомпостов в зависимости от вида сопровождалось различным уровнем повышения (в пределах нормативных значений) содержания в почве ТМ, в том числе микроэлементов: меди - на 22,3-130,2%; цинка - 33,3-41,1%; никеля - 43,389,8%; кадмия - 60-105%; свинца - 70,6-124,7%. Наибольшее увеличение

содержания ТМ в агрозёме торфяно-минеральном отмечалось при использовании вермикомпоста на основе ОСВ+солома+куриный помёт.

Вермикомпосты способствовали улучшению азотного, фосфорного и калийного режимов агрозёма торфяно-минерального. Под их влиянием происходило увеличение содержания общих форм фосфора, калия и азота соответственно на 0,92-1,23%, 0,19-0,49%, 0,78-1,02%. Наиболее высокий уровень содержания азота, фосфора и калия в агроземе торфяно-минеральном обеспечивал вермикомпост (ОСВ+солома+куриный помёт).

Все исследуемые вермикомпосты повышали биологическую активность агрозёма торфяно-минерального. Разложение льняного полотна протекало более интенсивно во всех опытных вариантах по сравнению с контролем. Наибольшая целлюлозолитическая активность агрозёма торфяно-минерального наблюдалась в варианте вермикомпост на основе ОСВ+солома+куриный помёт с превышением контрольного варианта на 13,9% .

2.2. Влияние вермикомпостов на начальные ростовые процессы и морфофизиологические признаки растений овса

Проращивание семян на вермикомпосте (ОСВ+солома+навоз КРС) и вермикомпосте (ОСВ+солома+куриный помёт) способствовало увеличению энергии прорастания на 8,9-17,8% и лабораторной всхожести на 4,2-5,5% по отношению к контролю. При этом длина ростка и зародышевого корешка превышали контроль на 13,1-16,8% и 13,5-15,2% соответственно (табл. 5).

Таблица 5 - Действие вермикомпостов на начальные ростовые процессы и посевпые

качества семян овса

Варианты опыта Энергия прорастания, % Лабораторная всхожесть, % Зародышевый корешок Длина ростка, мм

длина, мм число, шт.

Контроль 66,3±2,б 91,0±1,2 59,3 ±3,1 4,1 ±0,81 40,5±0,3

Вермикомпост (ОСВ+солома) 67,0±2,1 94,0±1,2 61,8±0,9 4,2±0,91 42,6±2,1

Вермикомпост (ОСВ+солома+навоз КРС) 84,1±1,9* 96,5±1,Г 67,3±2,1* 4,4±1,0 45,8±0,5*

Вермикомпост (ОСВ+солома+ куриный помёт) 75,2±2,2* 95,2±1,3* 68,3±1,3* 4,5±0,95 47,3±0,2*

Различия существенные для Р>0,95

23. Морфологические признаки растений овса

Улучшение пищевого режима в сторону обогащения агрозёма торфяно-минерального макро- и микроэлементами сопровождалось существенными изменениями морфологических признаков овса. В фазы вымётывания метелки и молочной спелости высота растений в вариантах с вермикомпостами превышала контроль на 19,0-44,6%. Длина и ширина листовой пластины увеличивались, соответственно, на 7,3-12,2% и 11,7-22,5 % в зависимости от дозы. Растения опытных вариантов формировали на 0,9-1,5 шт. больше листьев по сравнению с контролем, при этом площадь листьев растения превышала контроль в два и более раза. Наиболее существенные отличия по морфологическим признакам растений отмечались в варианте вермикомпост (ОСВ+солома+куриный помёт).

Ведущая роль в формировании генеративных органов растений принадлежит донорно-акцепторным связям, т.е. ассимиляционному аппарату, : обеспечивающему питание генеративных органов. Более высокая продуктивность фотосинтеза растений опытных вариантов обеспечивала структурно-морфологическую перестройку растений овса в сторону увеличения размера и числа генеративных органов (табл. 6). В опытных вариантах отмечалось увеличение числа генеративных стеблей на 0,5-0,6 шт. и мутовок в метёлке - на 3,1-2,5 шт. на растение. Максимальное изменение морфологических признаков растений наблюдалось в варианте вермикомпост (ОСВ+ солома+куриный помёт).

Существенное изменение структуры метёлки растений вызывали вермикомпосты, полученные на основе субстратов: ОСВ+солома; ОСВ+солома+навоз КРС и ОСВ+солома+куриный помёт. Длина метёлки и число зёрен у растений опытных вариантов были больше, чем у контрольных растений, на 16-24,1% и 17-21,7% соответственно. В опытных вариантах отмечалась тенденция в сторону повышения массы 1000 зерен.

Таблица 6 - Морфологические признаки генеративных органов растений овса,

среднее за 2 года

Варианты опыта Число стеблей одного растения, шт. Кол-во мутовок в метелке, шт. Метелка Масса 1000 зерен,г

вегетативные генеративные длина, см число зерен, шт.

Контроль 1,0±0,0 1,3±0,0 3,2±0,2 13,7±0Д 30,0±1,5 27,7±1,4

Вермикомпост (ОСВ+солома) 0,8±0,0 1,8±0,0* 5,7±0,2 14,85±0,3 32,5±1,3 32,б±1,3*

Вермикомпост (ОСВ+солома +навоз КРС) 0,8±0,0 1,9±0,0* 5,9±0,3* 15,8±0,5* 34,5±1,3* 31,3±1,Г

Вермикомпост (ОСВ+солома +куриный помёт) 1,1±0,0 1,8±0,0* 6,3±0,5* 17,0±0,9* Зб,5±1,4* 32,8±1,5*

•Различия существенные для Р> 0,95

2.4. Фотосннтетические показатели растений

Вермикомпосты оказали положительное влияние на формирование фотосинтетического потенциала растениями овса. Максимальных значений данный показатель достигал в варианте вермикомпост (ОСВ+солома+куриный помёт) и превышал контроль на 62,9%. Применение вермикомпостов сопровождалось увеличением продуктивности фотосинтеза в фитоценозах овса до 28,1-42,3%. В варианте вермикомпост (ОСВ+солома+куриный помёт) этот показатель достигал максимальных значений - 7,81 г/м2/сут.

Установлено, что вермикомпосты способствовали увеличению содержания хлорофилла в листьях овса на 55,4-81,5%, что объясняется присутствием в вермикомпостах широкого спектра микроэлементов, участвующих в синтезе пигмента. Наибольшее количество хлорофилла было синтезировано в листьях растений овса в варианте вермикомпост (ОСВ+солома+куриный помёт). Применение вермикомпостов вызывало некоторое увеличение содержания ТМ в зеленой массе растений овса по сравнению с контролем. Однако уровень ТМ не превышал максимально-допустимых уровней (МДУ) по всем вариантам опыта (рис. 2).

«-•-♦-♦

евинец

0,6 -0,S 0,4 0,3 0,2 0,1 О

кадмии

LT

/

/ *

Ж

4-»-«-» ХР°М

3,5 3 ♦

2,5 -2 -1.5 1

0,5 -

О 4-

■ III

/

у X

-»—.максимально допустимый уровень (МДУ), мг/кг

Рис. 2 - Изменение содержания ТМ в растениях овса под влиянием различных видов компостов (сухая масса), мг/кг

Выводы

1. Лабораторными опытами установлено, что водная вытяжка из городских ОСВ биологических очистных сооружений г. Рязани в разведении 1:10 и 1:100 оказывает ингибирующее воздействие на начальные ростовые процессы проростков семян овса, а при разведениях 1:1000 и 10000 обладает стимулирующим эффектом.

2. Применение ОСВ в дозах 3 т/га, 9 т/га и 27 т/га на агрозёме торфяно-минеральном способствует увеличению в почве содержания органического вещества на 0,40-0,57%, общего азота - на 0,01-0,06%, общего фосфора - на 1,811,1%, калия — на 5,1-33,2 мг/кг и усилению биологической активности почвы на 9,4-11,2%.

3. Внесение ОСВ стимулирует линейный рост растений овса на всех этапах онтогенеза, повышает продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический

потенциал на 47,7-52,4% и 3,1-88,2% в зависимости от дозы ОСВ; изменяет морфологические признаки растений в сторону увеличения размера листовой пластины, числа листьев и генеративных побегов.

4. Отдаленное последействие ОСВ в фитоценозах овса оказывает положительное влияние на энергию прорастания, лабораторную всхожесть и продуктивность семенного потомства овса в поколении Мь при этом во втором поколении (М2) различия в биопродуктивности растений овса между опытными вариантами и контролем нивелируются.

5. Проращивание семян овса на субстрате с использованием вермикомпоста на основе ОСВ сопровождается повышением энергии прорастания на 0,7-17,8% и лабораторной всхожести семян на 3-5,5% в зависимости от вида вермикомпоста. Максимальный эффект стимуляции обеспечивает вермикомпост на основе ОСВ+солома+куриный помёт.

6. Применение вермикомпостов в дозе 3 т/га способствует повышению в агрозёме торфяно-минеральном общей биологической активности почвы на 4854%, содержанию микроэлементов: меди - на 20,3-130,2%, цинка - на 33,341,1%, макроэлементов фосфора и калия - более чем на 100% в агрозёме торфяно-минеральном.

7. Применение вермикомпостов в качестве удобрений интенсифицирует физиологические процессы и изменяет морфологические признаки растений овса: чистая продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический, потенциал повышаются, соответственно, на 28,0-42,3% и 30,2-62,9%, площадь листьев, число мутовок и озернённость метелки - на 13,9-129,0%; 84,4-96,8% и 10,821,6%, соответственно.

8. Использование ОСВ и вермикомпостов в качестве удобрений не приводит к превышению санитарно-гигиенических нормативов по содержанию ТМ в агрозёме торфяно-минеральном и растениях овса.

Предложения производству

1. Для повышения продуктивности агроценозов овса с целью получения семян и поддержания почвенного плодородия агрозёма торфяно-минерального рекомендуемые дозы внесения ОСВ составляют 3 и 9 т/га (в пересчете на сухое вещество).

2. С целью получения органоминерального удобрения из городских ОСВ рекомендуем использовать компостных червей вида Eisenia fétida. В качестве наполнителей целесообразно применять солому злаковых культур и подстилочный куриный помет в соотношении: ОСВ : солома : куриный помёт соответственно 1:2:1. Для окультуривания агрозёма торфяно-минерального рекомендуем вносить вермикомпост в дозе 3 т/га (в пересчете на сухое вещество).

Список публикаций по теме диссертации Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК

1. Хабарова, Т.В. Влияние осадка сточных вод на морфофизиологическую изменчивость растений овса в агроценозах / В.И. Левин, Т.В. Хабарова // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - 2012. - № 4 (16). - С. 44-47.

2. Хабарова, Т.В. Экологическое обоснование применения вермикомпостов с использованием осадка сточных вод на выработанном агрозёме торфяно-минеральном / Т.В. Хабарова, В.И. Левин, С.Д. Правкина // Проблемы агрохимии и экологии. - М., 2014. - №2. - С. 24-28.

Патент

3. Пат. № 2489414 Российская Федерация, МПК C05F7/00 Способ получения органоминерального удобрения из осадков сточных вод с помощью компостирования / С.Д. Правкина, A.B. Карякин, В Л. Левин, Т.В. Хабарова; заявитель и патентообладатель Правкина С.Д., Карякин A.B. - № 248941; заявл. 09.02.2011; опубл. 10.08.2013. Бюл. № 22.

Публикации в других журналах и изданиях

4. Хабарова, Т.В. Адаптационные показатели компостных червей Eisenia fétida при вермикомпостировании обезвоженного осадка биологических очистных

20

сооружений Рязанского нефтеперерабатывающего завода / С.Д. Правкина, В.И. Левин, К.А. Игошина, Т.В. Хабарова // Материалы Международной научно-практической конференции «Вермикомпостирование и вермикультивирование как основа экологического земледелия в 20 веке: проблемы, перспективы, достижения». - Минск, 2007. - С. 136-137.

5. Хабарова, Т.В. Перспективы вермикомпостирования осадков сточных вод городских очистных сооружений / С.Д. Правкина, Т.В. Хабарова // Материалы научно-практической конференции «Агрохимия и экология: история и современность» (т.2). -Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2008. - С. 173-176.

6. Хабарова, Т.В. Экологическое состояние почвы при использовании осадков сточных вод биологических очистных сооружений ЗАО «РНПК» / С.Д. Правкина,

B.И. Левин, Т.В. Хабарова // Материалы научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства». - Тамбов: изд-во Перпшна Р.В., 2009. -

C. 623-627.

7. Хабарова, Т.В. Агроэкологическое обоснование использования овса для фиторемедиации агрозёма торфяно-минерального с внесением осадка сточных вод в качестве удобрения / С.Д. Правкина, В.И. Левин, Т.В Хабарова // Вестник рязанского государственного университета имени ПА. Костычева. - 2010. - № 3.-С. 20-23.

8. Хабарова, Т.В. Последействие осадка сточных вод на продуктивность семенного потомства овса посевного / Т.В. Хабарова // Материалы научно-практической конференции «Модернизация АПК в контексте обеспечения продовольственной безопасности госдарства». - Курск: Изд-во Курск, гос. с-х. ак., 2011.-С. 231-232.

9. Хабарова, Т.В. Отдаленное последействие осадков сточных вод на рост и продуктивность овса / В.И. Левин, Т.В. Хабарова // Материалы научно-практической конференции «Вавиловские чтения - 2012 г.». - Саратов, 2012.-С. 358-359.

10. Хабарова, Т.В. Агроэкологическая эффективность использования компостов

на основе осадков сточных вод в фитоценозах овса / В.И. Левин, Т.В. Хабарова,

С.Д. Правкина // Материалы научно-практической конференции «Биологические

21

проблемы природопользования». - Белгород, 2012. - С. 120-123.

11. Хабарова, Т.В. Перспективы восстановления плодородия агрозёма торфяно-минерального в результате применения осадков сточных вод городских очистных сооружений / С.Д. Правкина, В.И. Левин, Т.В. Хабарова // Материалы научно-практической конференции «Проблемы комплексного обустройства техноприродных систем». - М.: ФГБОУ ВПО МГУП, 2013. - С. 134-140.

12 Хабарова, Т.В. Влияние осадка сточных вод установки биологической очистки ЗАО «РНПК» на изменение биологических свойств и агрохимических показателей агрозёма перегнойно-минерального / В.И. Левин, Т.В. Хабарова // Сб. науч. тр. РГАТУ (т.1). - Рязань, 2009. - С.255-257.

13. Хабарова, Т.В. Влияние различных видов вермикомпостов из осадка сточных вод установки биологической очистки ЗАО «РНПК» на накопление тяжелых металлов в зеленной массе растений овса / С.Д. Правкина, В.И. Левин, Т.В. Хабарова // Материалы международной юбилейной научно-практической конференции, посвященной 60-летию Рязанского государственного агротехнологического университета им П.А.Костычева. - Рязань, 2009. - С. 333-335.

14. Хабарова, Т.В. Морфологическая реакция растений овса на применение обезвоженного осадка сточных вод ЗАО «РНПК», выращенных на агрозёме перегнойно-минеральном / С.Д. Правкина, В.И. Левин, Т.В. Хабарова // Сб. науч. тр., асп., преп. агроэкологического факультета посвященный 110-летию со дня рождения профессора Травина И.С. - Рязань, 2010. - С. 107-110.

15. Хабарова, Т.В Влияние осадков сточных вод г. Рязани на рост и развитие ярового рапса в вегетационном эксперименте / Т.В. Хабарова // Юбилейный сб. науч. тр. студентов, аспирантов и преподавателей ФГБОУ ВПО РГАТУ, посвященный 110-летию со дня рождения профессора Е.А. Жорикова. - Рязань, 2011.-С. 73-74.

16. Хабарова, Т.В. Морфологические признаки проростков овса, как биотест на фиготоксичность осадка сточных вод и компостов / Т.В. Хабарова // Юбилейный сб. науч. тр. студентов, аспирантов и преподавателей агроэкологического факультета ФГБОУ ВПО РГАТУ, посвященный 100-летию со дня рождения профессора С А. Наумова, 2012. - С. 275-277.

Подписано в печать 26.02.2015 г. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Объем 1,0 пл. Заказ 69 Тираж 100 экз.

Издательство ФГБОУ ВПО РГАЗУ 143900, Балашиха 8 Московской области