Экологическая оценка воздействия барды послеспиртовой при использовании ее в качестве удобрения на состояние базовых компонентов агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья

Корченкина, Наталья Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Экологическая оценка воздействия барды послеспиртовой при использовании ее в качестве удобрения на состояние базовых компонентов агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка воздействия барды послеспиртовой при использовании ее в качестве удобрения на состояние базовых компонентов агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья"

005537031

На правах рукописи

КОРЧЕНКИНА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ БАРДЫ ПОСЛЕСПИРТОВОЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЕЕ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ НА СОСТОЯНИЕ БАЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ АГРОЭКОСИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ~ ВЕРХНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 03.02.08 - экология (биология)

06.01.04 - агрохимия (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

7 НОЯ 2013

Москва-2013

005537031

Работа выполнена на кафедре агрохимии и агроэкологии ФГБОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Дабахова Елена Владимировна

Официальные оппоненты: заведующий кафедрой химии, почвоведения,

землеустройства и БЖД Калужского филиала РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, кандидат биологических наук, профессор Сюняев Николай Константинович

доцент кафедры биологической и общей химии Ярославской государственной медицинской академии, доктор сельскохозяйственных наук Хохлова Ольга Борисовна

Ведущая организация: ГНУ Удмуртский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится 28 ноября 2013 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аграрном университете - МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 15.

Текст автореферата размещен на сайте РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева: www.timacad.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан <Л& »ОЮГУ1 ¿Ь&рЗ 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

О.В. Селицкая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Проблема отходов является одной из наиболее острых экологических проблем современности. Постоянное образование их в огромных количествах представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья людей (Агроэкология..., 2000; Мерзлая, Лысенко, 2002; Климова, Починова, 2009; Сидоренко, 2009 и др.). В таких условиях поиск путей безопасной утилизации отходов и перевод их в разряд вторичных материальных ресурсов является основой поддержания устойчивости региональных экосистем и биосферы в целом.

Все более значительный вклад в общие объемы образования отходов вносят предприятия, перерабатывающие сельскохозяйственную продукцию. Так, производство спирта сопровождается образованием значительного количества барды послеспиртовой (на 1 дал спирта приходится порядка 12 дал барды), характеризующейся высокой влажностью, кислой реакцией и наличием в ее составе биогенных элементов (Ненайденко, 1998; Шилов, Бакуменко, 2011; Не-найденко, Ильин, 2012). Свойства отхода позволяют использовать его на корм скоту в свежем или переработанном виде. Однако при этом возникает ряд проблем, в том числе значительные затраты на транспортировку барды естественной влажности или на ее обезвоживание и получение сухого кормопродукта. В результате, несмотря на требование ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции», диктующего необходимость полной утилизации барды, отход в ряде случаев сбрасывается в пруды накопители, которые являются источником мощного негативного воздействия на компоненты окружающей среды. В связи с этим возникает необходимость поиска новых ресурсосберегающих и экологически безопасных направлений утилизации данного материала.

В качестве такового в последние годы рассматривается возможность использования барды послеспиртовой как удобрения. В 2008 г. был принят ГОСТ 53116-2008 «Удобрения органические на основе органогенных отходов растениеводства и предприятий, перерабатывающих растениеводческую продукцию. Технические условия», в котором фильтрат барды отнесен к органическим удобрениям. В отдельных почвенно-климатических зонах проведены исследования по влиянию средних доз (менее 100 т/га) отхода на урожайность сельскохозяйственных культур и свойства почвы (Ненайденко Г.Н. и др., 1997, 1998, 2002, 2008, 2012; Турин и др., 2009; Ушаков, 2011 и др.). Однако объем полученных экспериментальных данных является недостаточным и, прежде всего, в части оценки влияния на компоненты агроэкосистемы повышенных и высоких доз данного материала, что обуславливает актуальность проведения исследований, направленных на выявление потенциальных негативных экологических последствий, которые могут возникнуть в агроэкосистеме на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой.

Цель н задачи исследований

Целью исследований являлась оценка воздействия высоких доз барды по-слеспиртовой при утилизации ее в качестве органического удобрения на базовые компоненты агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья.

В программу исследований входило решение следующих задач:

• анализ агроэкологического состояния и продуктивности серых лесных почв с участков утилизации барды послеспиртовой;

• оценка воздействия возрастающих доз барды послеспиртовой на урожайность зерновых (яровая пшеница, овес) и кормовых (викоовсяная смесь) культур, а также некоторые показатели химического состава и экологической безопасности продукции;

• выявление тенденций изменения агрохимических и агроэкологических свойств серых лесных почв в зависимости от дозы внесения барды послеспиртовой;

• изучение целесообразности совместного внесения барды послеспиртовой и традиционных агрохимических средств (минеральных удобрений и извести) при возделывании зерновых (яровая пшеница, овес) культур;

• оценка фосфатного состояния серых лесных почв на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой.

Научная новизна

Выявлены основные тенденции изменения агроэкологического состояния серых лесных почв на фоне систематического внесения высоких доз барды послеспиртовой. Установлено, что наряду с положительными процессами (увеличение содержания гумуса и подвижных форм фосфора и калия), происходит значительное ухудшение физико-химических свойств почв. При этом продуктивность зерновых культур на почвах участков утилизации на 30-50 % выше, чем на почвах фоновых участков. Изучены зависимости между высокими дозами барды, продуктивностью сельскохозяйственных культур, безопасностью растениеводческой продукции и изменениями показателей почвы, в том числе характеризующих ее санитарно-гигиеническое состояние. Впервые рассмотрены особенности фосфатного режима почвы на фоне использования высоких доз барды послеспиртовой.

Основные положения, выносимые на защиту:

• длительная утилизация высоких доз барды в агроэкосистеме приводит к ухудшению физико-химических свойств серой лесной почвы, увеличению содержания валовых и доступных форм элементов питания растении и практически не влияет на санитарно-гигиеническую характеристику почвы;

• продуктивность серых лесных почв с участков утилизации барды существенно выше, чем продуктивность фоновых аналогов, не испытывающих воздействия, связанного с внесением отхода;

• применение высоких доз барды послеспиртовой способствует существенному увеличению продуктивности зерновых и кормовых культур, количественное проявление эффекта зависит от дозы внесения отхода и биологических особенностей культуры;

• под влиянием высоких доз барды послеспиртовой происходит повышение концентрации азота, фосфора и калия в растительной продукции, увеличение содержания нитратов в викоовсяной смеси;

• разовое внесение высоких доз барды послеспиртовой в светло-серую лесную почву способствует ухудшению ее физико-химических свойств и значительному увеличению содержания подвижных форм фосфора и калия, причем эффект напрямую зависит от дозы отхода;

• содержание тяжелых металлов в серых лесных как на фоне длительной утилизации барды послеспиртовой, так и на фоне разового внесения ее высоких доз, а также в растительной продукции, полученной в этих условиях, изменяется незначительно;

• совместное внесение барды и минеральных удобрений позволяет получить дополнительную прибавку урожая зерновых культур, а известкование устраняет негативные последствия, возникающие вследствие утилизации кислого отхода, оптимизируя физико-химические свойства почвы;

• на фоне утилизации барды послеспиртовой происходит изменение фосфатного состояния серых лесных почв - увеличивается относительная доля ор-ганофосфатов, а также доля фосфатов, связанных с железом и алюминием.

Практическая значимость

Результаты исследований применяются при разработке системы обращения с отходами на предприятиях по производству спирта Нижегородской области, а также государственными природоохранными органами при планировании контроля за их деятельностью. Полученные материалы используются сельскохозяйственными предприятиями, расположенными в непосредственной близости от спитрзаводов, для принятия решения о целесообразности использования барды в качестве органического удобрения. Отдельные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин «Сельскохозяйственная экология», «Агрохимия», «Оценка воздействия на окружающую среду» и «Охрана окружающей среды и рациональное природопользование».

Апробация работы

Результаты исследований были доложены на ежегодных конференциях аспирантов и научно-педагогических работников Нижегородской ГСХА (Н, Новгород, 2010-2013 гг.), на научно-практической конференции «Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях» (Н. Новгород, 2010), на международной научно-практической конференции «Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений» (Н. Новгород, 2011), на научно-практической конференции студентов и аспирантов факультета почвове-

дения, агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, 2012), а также на международной конференции при Пермской летней полевой школе молодых ученых «Теория и практика проведения агрохимических исследований» (Пермь, 2013). Общее количество опубликованных работ представлено 9 наименованиями (3,7 усл. печ. л., личное участие - 2,3 усл. печ. л.). В журналах, рекомендуемых ВАК РФ, опубликовано 3 работы (из них по теме диссертации 1 работа).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа содержит введение, 6 глав содержательной части, выводы и предложение производству. Она изложена на 170 страницах, содержит 59 таблиц, 9 рисунков и 15 приложений. Список литературы включает 154 наименования, в т.ч. 5 публикаций иностранных авторов.

Диссертационная работа выполнена в НГСХА в соответствии с комплексным тематическим планом научных исследований (номер государственной регистрации темы 0120.0 805767). Автор выражает признательность коллективу кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА, возглавляемому проф., доктором с.-х. наук В.И. Титовой, и директору ГНУ Нижегородский НИИСХ Рос-сельхозакадемии, кандидату с.-х. наук А.П. Сакову за организационную и моральную поддержку на этапе подготовки диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

На основании анализа публикаций российских и зарубежных исследователей дана общая характеристика проблемы обращения с отходами в современных условиях, насмотрены наиболее перспективные направления их утилизации (Титова и др., 2009; Садиуллина, 2010; Семенова, 2010; Государственный доклад ..., 2012; Тиньгаев, 2010; Бычкова, 2012; Игленкова, 2013; Титова, Да-бахова, 2013). Показан положительный опыт использования широкого спектра отходов в качестве органических удобрений в различных почвенно-климатических зонах (Алиев, 2001; Титова и др., 2003; Давыдов и др., 2005; Мерзлая, 2005; Селивановская и др., 2007; Варламова, 2008; Караксин, Титова, 2008; Постников и др., 2008; Сидоренко, 2009; Кирейчева и др., 2010; Куликова и др., 2010; Перегудов, Шилова, 2011). Выявлены потенциальные негативные экологические последствия, которые могут сопровождать процесс утилизации отходов в агроэкосистеме.

Представлен обзор основных результатов исследований по использованию барды послеспиртовой в качестве органического удобрения, свидетельствующих, что несение данного отхода повышает продуктивность сельскохозяйственных культур и улучшает питательных режим почвы (Коротаев и др., 1996; Ненайденко и др., 1997,1998,2002,2008, 2012; Умнов, Дабахова, 2008; Арсень-ев, Ежков, 2009; Гурин и др., 2009; Ковалев и др., 2009; Крючков и др., 2011;

Тюрникова, Зинина, 2011; Ушаков, 2011; Шилов, Бакуменко, 2011; Кузяева, 2012). Установлено, что объем имеющихся в настоящее время экспериментальных данных является недостаточным для оценки возможности утилизации высоких доз барды послеспиртовой и прогнозирования возникающих при этом экологических последствий.

Глава 2. Объекты, условия и методы проведения исследований

Основным объектом исследований являлась послеспиртовая барда, усредненная химическая характеристика которой представлена в таблице 1.

1. Химический состав барды послеспиртовой

Показатель

Значение

Массовая доля сухого остатка, % 3,7

Показатель активности водородных ионов, ед. рН 4,3

Массовая доля питательных веществ в пересчете на сухое вещество, мг/кг:

- азот общий (К) 3900

- фосфор общий (Р2О5) 686

- калий общий (КгО) 1230 Кальций в пересчете на сухое вещество, мг-эквЛОО г 1,75 Магний в пересчете на сухое вещество, мг-экв./100 г 2,1 Сульфаты в пересчете на сухое вещество, мг/кг 687 Нитраты, мг/л 3,5 Массовая доля примесей тяжелых металлов в пересчете на сухое вещество, мг/кг:

12,70 15,68 10,00 14,05

цинк 36,76 никель

медь 7,57 марганец

свинец 34,59 кобальт

кадмий 8,11 железо

хром 10,00

Программа предусматривала исследование почв с участков утилизации барды послеспиртовой с целью оценки последствий длительного (5 лет) воздействия слива на поверхность почвы высоких доз отхода (в среднем 400 т/га). Участки утилизации расположены в Воротынском районе Нижегородской области в зоне серых лесных почв. Их характеристика представлена в главе 3.

Для комплексной оценки агрохимических и экологических условий произрастания культурных растений на почвах, отобранных с участков утилизации, были заложены вегетационные опыты № 1 (темно-серой лесная среднесуг-линистая почва, 2008 г.) и 2 (светло-серая лесная легкосуглинистая почва, 2009 г.). В качестве фона использовали почву с участков, территориально примыкающих к изучаемым, характеризующуюся близкими почвенными свойст-

вами, но не испытывающую нагрузку, связанную с утилизацией отхода. Схема опытов представлена в таблице 2.

2. Схема опытов № 1 и 2

Содержание вариантов Условное обозначение

1. Почва с территории, прилегающей к участку утилизации 2. Почва с участка утилизации 3. Почва с участка утилизации + известкование 4. Почва с участка утилизации + минеральные удобрения 5. Почва с участка утилизации + известкование + минеральные удобрения 1. Фон 2. Уч. утилизации 3. Уч. утилизации + известь 4. Уч. утилизации + ОТК 5. Уч. утилизации + известь + ИРК

Минеральные удобрения вносили в дозе по 0,2 г азота, фосфора и калия на 1 кг почвы в составе аммиачной селитры, двойного суперфосфата и сульфата калия; известь - из расчета 1,6 г/кг почвы. В опыте № 1 выращивали яровую пшеницу сорта Амир, в опыте 2 - овес сорта Привет.

Все остальные опыты выполнены на светло-серой лесной легкосуглинистой почве, отобранной на опытном поле НГСХА, характеристика которой на момент закладки представлена в таблице 3.

3. Агрохимическая характеристика почвы на момент закладки опытов

Год закладки № опыта рНкС! нг Б Т V, % Содержание, мг/кг

мг-экв./ЮО г р2о5 к2о

2008 3,8 5,5 1,7 14,0 15,7 89 176 96

2009 4, 6,9 5,3 2,1 13,2 15,3 86 140 90

2010 5 5,6 1,7 13,2 14,9 88 140 90

2011 7, 10,11 5,3 2,0 13,8 15,8 87 152 86

Установлено, что содержание тяжелых металлов в светло-серой лесной легкосуглинистой почве перед закладкой опытов во всех случаях ниже ОДК (ПДК) (табл. 4).

4. Содержание тяжелых металлов в светло-серой лесной легкосуглинистой почве

Показатель РЬ Сб. 7л Си №

Валовое содержание 6,52 0,43 6,87 26,80 9,91

одк 65 1,0 110 66 40

Подвижные формы 0,55 0,10 0,23 1,34 0,60

ПДК 6,00 - 23.00 3,00 4,00

Изучение влияния возрастающих доз барды послеспиртовой на продуктивность зерновых культур проведено в 2008-2010 гг. в условиях вегетационных опытов № 3-5 заложенных по единой схеме (табл. 5). В опытах № За, 4а, 5а выращивали овес (сорт Привет), в опытах 36, 46, 56 - яровую пшеницу (сорт Амир).

5. Схема опытов № 3-5

Содержание вариантов Условное обозначение

1. Контроль 2. Барда, условно 50 м3/га (100 мл/сосуд) 2. Барда, условно 100 м3/га (200 мл/сосуд) 3. Барда, условно 150 м3/га (300 мл/сосуд) 4. Барда, условно 200 м3/га (400 мл/сосуд) 1. Контроль 2. Барда 100 мл/сосуд 3. Барда 200 мл/сосуд 4. Барда 300 мл/сосуд 5. Барда 400 мл/сосуд

При изучении влияния возрастающих доз барды на продуктивность кор-

мовых культур программа исследований предусматривала оценку воздействия отхода в прямом действии (опыт № б), последействии и налагающемся действии (опыты № 7а и 76). Опытная культура - викоовсяная смесь.

Опыт № 6 заложен в 2009 г. по схеме, представленной в таблице 5. Исследования по изучению влияния отхода производства спирта в последействии и налагающемся действии проведены в 2011 г. Опыты заложены на почве, использованной при набивке сосудов в 2010 г. Первыми опытными культурами были овес (опыт № 5а) и яровая пшеница (опыт № 56), после уборки которых сосуды были оставлены на хранение до следующего года. Весной 2011 г. сосуды перебили и в ту же почву без добавления барды (опыт 7а - изучение последействия) и при повторном внесении возрастающих доз отхода (опыт 76 - изучение налагающегося действия) была высеяна викоовсяная смесь.

Изучение влияния совместного внесения барды послеспиртовой. минеральных удобрений и извести на продуктивность зерновых культур провели в 2008, 2009 и 2011 в вегетационных опытах № 8-10 по схеме, представленной в таблице 6. Схема опытов предусматривала изучение эффективности использования барды как в чистом виде, так и при ее сочетании с традиционными агрохимическими средствами.

6. Схема опытов № 8-10

Содержание вариантов Условное обозначение

1. Контроль 2. Барда, 200 мл/сосуд 3. Барда, 200 мл/сосуд + известкование 4. Барда, 200 мл/сосуд + минеральные удобрения 5. Барда, 200 мл/сосуд + известкование + минеральные удобрения 1. Контроль 2. Барда 3. Барда + известь 4. Барда + №К 5. Барда + известь + 1ЧРК

Удобрения вносили при набивке сосудов: азотные (аммиачная селитра) и калийные (сульфат калия) - в виде растворов, фосфорные (двойной суперфосфат) в естественном состоянии. Дозы удобрений составили по 0,2 г. д.в./кг почвы №К. Известь применяли из расчета 1,6 г/кг почвы. В опытах № 8а, 9а, 10а выращивали овес сорта Привет, в опытах 86, 96, 106 - яровую пшеницу сорта Амир.

Все вегетационные опыты проведены в сосудах Митчерлиха объемом на 5 кг почвы, в 4-х кратной повторности.

Для оценки трансформации фосфатного состояния почв под действием барды послеспиртовой в 2011 г. заложен модельный опыт № 11. В качестве изучаемого фактора взята повышающаяся доза барды. Фракционный состав фосфатов в почве определялся сразу после закладки, а затем через каждые две недели. Растения в опыте не выращивались.

Опыты закладывали лабораторно в 4х-кратной повторности в сосудах объемом на 0,8 кг почвы по схеме, аналогичной закладке опытов № 3-5. В соответствии с массой почвы в сосудах дозы внесения барды составили 16 : 32 : 48 : 64 мл.

Анализ барды, образцов почв и растений выполнен в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА и ФГУ ЦАС «Нижегородский» по методам, используемым в современной агрохимической практике (ГОСТ 26483-85, ГОСТ 26212-91, ГОСТ 26213-91, ГОСТ 26207-91, ГОСТ 26207-91, РД 52.18.191-89, РД 52.18.289-90 и др.). Валовое содержание фосфора определялось после мокрого сжигания в смеси концентрированной серной и хлорной кислот (метод Гинзбург) с последующим окрашиванием по методу Труога-Мейера и фотоколориметрировании. Определение содержания органического фосфора в почве проводилось по методу Сэндерса и Вильямса; фракционного состава минеральных фосфатов - по Чангу-Джексону в модификации Аскинази, Гинзбург, Лебедевой (Агрохимические методы..., 1975). Активность фосфатазы установлена по методу А.Ш. Галстяна.

Глава 3. Оценка воздействия длительной утилизации барды послеспиртовой на свойства почвы

Систематическое внесение изучаемого отхода привело к значительному увеличению кислотности рассматриваемых почв (табл. 7). Действие отхода на светло- и темно-серой лесной почве носит однонаправленный качественный характер, однако количественное влияние его различно: повышение кислотности наиболее значимо на светло-серой лесной почве, что обусловлено ее относительно невысокой буферностью. Отмечается ухудшение и других физико-химических свойств почвы.

Вместе с тем, при использовании барды в почвенно-биотическом комплексе наряду с неоспоримыми отрицательными моментами наблюдается развитие ряда положительных процессов.

7. Влияние утилизации барды послеспиртовой на свойства серой лесной почвы

№ участка Гумус, рНка нг в Т V, Содержание,

мг/кг

мг-эквЛОО г % Р205 К->0

сеетю-серая лесная легкосуглинистая

Г 1.9 5,4 1.5 13,0 14,5 90 129 109

1а" 2,0 4,6 3,5 14,3 17,8 81 365 377

темно-серая лесная среднесуглинистая

2* 4,1 6,2 1,6 20,1 21,7 93 175 130

2а" 4,6 5,9 2,1 17,2 19,3 89 220 145

* - фоновая почва (почва прилегающая к участку утилизации) ** - почва с участка утилизации барды послеспиртовой

Так, на фоне длительного внесения барды в рассматриваемых почвах отмечено некоторое повышение содержания гумуса, что связано как с поступлением органических соединений в составе барды, так и с косвенным влиянием отхода - увеличением биомассы сорной растительности, произрастающей на участках утилизации.

Утилизация высоких доз барды привела к увеличению содержания в почвах подвижных соединений фосфора и калия, что свидетельствует о высоких удобрительных свойствах жидкого отхода. Так, в светло-серой лесной почве, используемой в качестве фона, содержание фосфора характеризовалось как повышенное, а на участке утилизации - как очень высокое. Еще более значимая разница была отмечена по калию, уровень которого изменился от среднего (фон) до очень высокого (участок утилизации). На темно-серой лесной почве количественное проявление данных тенденций менее выражено (при изначально более высоком содержании подвижных форм элементов их изменение на фоне утилизации барды гораздо менее значимо).

Оценить масштабы аккумуляции биогенных элементов можно только с учетом их валового содержания (табл. 8).

8. Валовой запас питательных веществ в почве, %

Вариант Светло-серая лесная Темно-серая лесная

N р20, К20 N Р20, К20

Фон 0,30 0,14 1,99 0,36 0,15 2,14

Почва с участка утилизации 0,33 0,17 2,36 0,37 0,17 2,41

Из данных следует, что длительная утилизация высоких доз барды способствовало некоторому повышению содержания валовых форм питательных веществ. Причем наиболее заметное увеличение произошло в отношении калия, так как количество данного элемента, поступающего с бардой, существенно выше, чем фосфора (из-за особенностей химического состава барды), а способность его аккумулироваться в пахотном слое больше, чем у азота. Кроме этого,

следует отметить, что в течение последних 5 лет продукция на данных участках не производилась, т.е. отчуждения элементов не происходило. На фоновой же почве наблюдался их резко дефицитный баланс, что также могло внести свой вклад в относительное повышение содержания фосфора и калия на участке утилизации.

Результаты определения содержания тяжелых металлов в почве, а также степени их подвижности, свидетельствуют о благоприятной санитарно-гигиенической обстановке на участке утилизации барды послеспиртовой (табл. 9).

9. Содержание тяжелых металлов (вал/подвижные формы) в почве с участков утилизации барды спиртовой, мг/кг

Показатель Свинец Кадмий Медь Цинк Никель

светло-серая легкосуглинистая лесная

Содержание ОДЮПДК 7,9/0,69 65,0/6,00 0,45/0,19 1,01- 7,0/0,20 66,0/3,00 30,3/0,91 110,0/23,00 14,2/0,18 40,0/4,00

темно-серая среднее углинистая лесная

Содержание ОДЮПДК 10,8 130,016,00 0,67 2,0/- 8,8 132,0/3,00 51,2 220,0/23,00 9,7 80,0/4,00

Фон 8,7! 1,00 0,61/0,20 9,2/0,30 26,6/0,90 20,8/1,50

Исследования, описанные выше, показали, что длительная утилизация барды привела к улучшению некоторых характеристик почвы, вместе с тем -к ухудшению других. Для определения общего вектора воздействия отхода были заложены опыты по оценке продуктивности почв, которая в рамках данной работы понималась как способность почвы давать урожай культур как без внесения агрохимических средств (вариант 2), так и с применением минеральных удобрений и (или) извести (варианты 3-5). В качестве контроля были использованы почвы с фоновых участков (вариант 1).

Установлено, что утилизация высоких доз барды на светло-серой лесной почве не привела к ухудшению условий произрастания растений: масса зерна овса, полученная в варианте с использованием почвы, отобранной с участка утилизации, существенно выше, чем на фоновом варианте (табл. 10).

Применение минеральных удобрений позволило существенно повысить сбор зерна опытной культуры как в сравнении с фоном, так и относительно варианта с неудобренной почвой участка утилизации. Аналогичные результаты, доказывающие высокую агрономическую эффективность использования барды в качестве органического удобрения, выявлены и на темно-серой лесной почве, подвергшейся длительному воздействию изучаемого отхода.

Использование в качестве удобрений любых видов отходов, в том числе и барды послеспиртовой, отражается не только на продуктивности агрофитоце-нозов, но и на химическом составе растений.

10. Урожайность овса и яровой пшеницы в опытах № 1-2

Овес Пшеница

Вариант масса, г/сосуд ± к контролю, % зерно: солома масса, г/сосуд ± к контролю, % зерно: солома

1. Фон 10,7 - 1 : 1,3 7,8 - 1: 1,2

2. Уч. утилизации 16,8 57 1:2,1 10,2 31 1: 1,2

3. Уч. утилизации + известь 13,7 29 1:2,9 10,9 40 1:1,3

4. Уч. утилизации + №К 21,0 96 1: 1,9 14,5 86 1:1,4

5. Уч. утилизации + известь 19,6 83 1:2,1 15,5 99 1 : 1,3

НСРо5 2,2 14 0,9 8

В качестве индикаторного показателя данного процесса в работе было использовано содержание основных биогенных элементов в растительной продукции. Установлено, что химический состав растений, выращенных по почве с участков утилизации барды послеспиртовой весьма близок к составу растений с фоновых участков. Внесение минеральных удобрений способствовало существенному возрастанию концентрации азота, фосфора и калия в единице растительной продукции.

Таким образом, установлено, что, несмотря на ухудшение физико-химических свойств, в целом продуктивность почв с участка утилизации барды послеспиртовой существенно выше фона.

Глава 4. Влияние возрастающих доз барды послеспиртовой на продуктивность сельскохозяйственных культур и свойства светло-серой лесной почвы

Анализ урожайности зерна овса свидетельствует, что с повышением доз барды количество товарной продукции существенно увеличивалось (табл. 11).

11. Урожайность овса и яровой пшеницы на фоне применения возрастающих _доз барды послеспиртовой, среднее за 2008-2010 гг._

Овес (опыты № За, 4а, 5а) Пшеница (опыты № 36,46,56)

Вариант масса, ± к кон- зерно: масса. ± к кон- зерно:

г/сосуд тролю, % солома г/сосуд тролю, % солома

1. Контроль 4,9 - 1: 1,9 3,3 - 1 :2,3

2. Барда 100 мл/сосуд 7,9 61 1: 1,6 5,0 52 1 :2,1

3. Барда 200 мл/сосуд 9,6 96 1: 1,4 5,7 73 1:2,0

4. Барда 300 мл/сосуд 15,4 214 1 : 1,4 5,3 61 1:2,0

5. Барда 400 мл/сосуд 16,2 231 1: 1,1 4,9 49 1:2.1

НСРо5 1.1 10 0,6 13

Причем на фоне третьей и четвертой опытной дозы произошло значительное усиление указанной тенденции: так, если в среднем первая и вторая дозы позволили увеличить массу зерна овса в 1,8 раз, то две последующие дозы -более чем в 3 раза. Из-за несколько различных тенденций в изменении массы зерна и соломы под влиянием отхода изменилось соотношение между основной и побочной продукцией: применение барды способствовало уменьшению доли соломы в структуре урожая. Причем данный эффект связан прямой зависимостью с дозой: на фоне максимальной опытной дозы доля побочной продукции в структуре урожая уменьшается по сравнению с тремя предыдущими вариантами опыта.

Положительный эффект от применения барды послеспиртовой в качестве удобрительного материала доказан и в опытах с яровой пшеницей: внесение всех доз барды оказало положительное влияние на продуктивность основной и побочной продукции опытной культуры. При этом наиболее эффективным оказалось внесение используемого удобрительного материала в дозе 200 мл/сосуд: сбор зерна и соломы на данном варианте более чем в 1,5 раза превышал контрольное значение. Количество зерна, приходящееся на единицу соломы в опыте, было невелико. Применение барды незначительно оптимизировало соотношение между основной и побочной продукцией, причем эффект не зависел от дозы.

Сравнивая между собой отклик двух опытных культур, можно констатировать, что положительный эффект от действия барды в гораздо большей степени проявлялся на овсе, что связано с его биологическими особенностями (в частности, его устойчивостью к повышенной кислотности).

Урожайность викоовсяной смеси, выращенной на фоне внесения высоких доз барды послеспиртовой, представлена в таблице 12.

12. Продуктивность викоовсяной смеси на фоне возрастающих доз .___барды послеспиртовой_

Прямое действие, Последействие, Налагающееся

(опыт№ 6) (опыт № 7а) действие

Вариант (опыт № 76)

масса. ± к кон- масса, ± к кон- масса. ± к кон-

г/сосуд тролю, % г/сосуд тролю, % г/сосуд тролю, %

1. Контроль 27,7 - 26,7 — 26,2 _

2. Барда 100 мл/сосуд 31,5 14 35,5 33 38,6 47

3. Барда 200 мл/сосуд 29,9 8 43,7 64 45,7 74

4. Барда 300 мл/сосуд 47,3 71 52,8 98 43,8 67

5. Барда 400 мл/сосуд 49,0 77 44,3 66 40,4 54

НСР„, 2,5 10 2,8 7 3,9 10

Применение барды в прямом действие в дозах 300 и 400 мл/сосуд способствовало значительному увеличению зеленой массы опытной культуры: урожайность вариантов 4 и 5 в 1,7 раза выше, чем контроля, ив 1,2-1,4 раза выше, чем вариантов с применением более низких доз.

Урожайность зеленой массы опытной культуры, выращиваемой по последействию барды, увеличивалась пропорционально дозе отхода, внесенного под предшественник. Исключением являлась максимальная опытная доза, продуктивность культуры на фоне которой ниже, чем на предыдущем варианте. Относительные прибавки от последействия были весьма существенными: даже минимальное значение на фоне первой опытной дозы превысило 30 %.

Налагающееся действие (т.е. последействие в сочетании с прямым действием) также было эффективным. Причем на фоне 1 и 2 опытной дозы прибавки зеленой массы были выше в опыте с налагающимся действием, а на фоне 3 и 4 дозы - в опыте с последействием барды. Снижение положительного действия барды на фоне высоких доз ее повторного использования может быть связано с возникновением неблагоприятных изменений в почвенно-биотическом комплексе.

Результаты исследований показали, что использование барды способствовало повышению концентрации азота, фосфора и калия в зерне и соломе овса и яровой пшеницы (табл. 13). Причем зависимость «доза-эффект» была близка к обратной. Так, в среднем за годы исследований наибольшее содержание элементов в растительной продукции наблюдалась при внесении барды в дозе 100-200 мл/сосуд. При дальнейшем повышении доз внесения отхода значение показателей как в товарной, так и в побочной продукции опытной культуры уменьшалось, но оставалось выше контроля. По степени изменения концентрации под влиянием барды изучаемые элементы расположились в следующей убывающей последовательности: калий —> фосфор —> азот. Аналогичные тенденции выявлены при выращивании викоовсяной смеси. Установлено, что в опыте с овсом на вариантах, удобренных бардой, уменьшились затраты элементов на формирование единицы основной продукции.

13. Влияние барды послеспиртовой на содержание основных элементов питания в овсе / яровой пшенице (%), среднее за 2008-2010 гг.

Вариант Зерно 'Солома

N р2о5 к2о N р2о5 КгО

1. Контроль 2,11/2,31 0,75/0,95 0,53/0,60 0,75/0,90 0,42/0,31 1,20/0,55

2. Барда 100 мл/сосуд 2,31/2,39 0,94/1,01 0,75/0,69 0,84/1,01 0,47/0,40 1,70/0,78

3. Барда 200 мл/сосуд 2,36/2,51 0,92/1,06 0,78/0,71 0,85/1,10 0,42/0,36 1,51/0,77

4. Барда 300 мл/сосуд 2,25/2,44 0,88/0,99 0,65/0,65 0,80/1,05 0,44/0,37 1,27/0,66

5. Барда 400 мл/сосуд 2,20/2,41 0,77/0,93 0,64/0,65 0,77/0,95 0,43/0,38 1,34/0,67

НСР0, 0,05/0,05 0,05/0,04 0,03/0,03 0,02/0,04 0,01/0,03 0,08/0,04

Следует отметить, что на фоне использования барды увеличивается содержание нитратов в зеленой массе кормовой культуры (причем зависимость доза-эффект близка к функциональной). Однако даже на фоне максимальной опытной дозы содержание нитратов не превышает предельно допустимого уровня (347 мг/кг при допустимом 500 мг/кг).

Содержание тяжелых металлов в зерне овса и пшеницы было существенно ниже ПДК (табл. 14). Внесение высоких доз барды в ряде случаев способствовало некоторому увеличению их концентрации в растительной массе, что наиболее значимо проявлялось в отношении цинка. Однако при зафиксированном уровне содержания металлов в растениях удобренных вариантов, данное воздействие нельзя рассматривать как существенное.

14. Содержание тяжелых металлов в зерне овса/пшеницы (мг/кг), __среднее за 2008-2010 гг. ___

Вариант Свинец Кадмий Цинк Медь Никель

1. Контроль 0,18/0,20 <0,02/0,03 3,58/3,86 22,44/22,10 0,89/0,89

2. Барда 100 мл/сосуд 0,18/0,20 <0,02/<0,02 3,94/4,46 24,91/22,82 0,90/0,88

3. Барда 200 мл/сосуд 0,18/0,21 <0,02/0,02 4,30/4,58 24,86/24,38 0,90/0,90

4. Барда 300 мл/сосуд 0,19/0,21 <0,02/0,03 4,85/4,70 25,91/24,45 0,91/0,90

5. Барда 400 мл/сосуд 0,19/0,21 <0,02/0,03 4,95/4,89 25,91/26,01 0,91/0,90

Допустимый уровень, 0,5 0,1 10,0 50,0

не более*

Исследования по влиянию высоких доз барды послеспиртовой на свойства светло-серой лесной почвы позволяют констатировать, что внесение отхода способствовало ухудшению ее физико-химических свойств: в среднем по трем опытам на фоне максимальной дозы ее использования значение рНка снизилось на 0,5 единиц, гидролитическая кислотность увеличилась на 0,3 мг-экв./100 г почвы, степень насыщенности основаниями уменьшилась почти на 4 % по сравнению с контролем. Степень влияния в большинстве случаев напрямую зависела от дозы отхода.

На вариантах, с внесением барды послеспиртовой отмечено значительное увеличение содержания подвижных форм основных элементов питания: в среднем по трем опытам содержание подвижного фосфора на удобренных вариантах было на 35 мг/кг, калия - на 17 мг/кг больше, чем на контроле.

Содержание тяжелых металлов в почвах опытов было существенно ниже ОДК (ПДК) и в большинстве случаев - фона (табл. 15). Применение высоких доз барды послеспиртовой практически не повлияло на санитарно-гигиеническую характеристику почвы.

Проведенные исследования свидетельствуют о крайне низкой степени опасности сверхнормативного загрязнения почв тяжелыми металлами под действием изучаемого отхода.

15. Валовое содержание /содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве (опыты № За, 4а, 5а) (мг/кг), среднее за 2008-2010 гг._

Вариант Свинец Кадмий Цинк Медь Никель

1. Контроль 6,47/0,52 0,43/0,10 6,87/0,21 23,3/1,35 9,91/0,56

2. Барда 100 мл/сосуд 6,47/0,54 0,43/0,11 7,04/0,24 23,8/1,34 9,77/0,60

3. Барда 200 мл/сосуд 6,55/0,51 0,43/0,11 7,37/0,24 23,9/1,45 9,92/0,63

4. Барда 300 мл/сосуд 6,60/0,55 0,44/0,12 7,59/0,27 25,1/1,75 10,02/0,64

5. Барда 400 мл/сосуд 6,88/0,56 0,45/0,12 7,71/0,29 27,6/2,01 10,10/0,64

ОДК, не более 65,0/6,00 1,0/- 66,0/23,00 110,0/3,00 40,0/4,00

Фон 8,7/1,00 0,61/0,20 9,2/0,30 26,6/0,90 20,8/1,50

Глава 5. Влияние совместного применения барды послеспиртовой и минеральных удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур и свойства светло-серой лесной почвы

Применение традиционных агрохимических средств может изменить потенциальные негативные эффекты, вызванные действием барды, в связи с чем особую актуальность приобретают исследования направленные на изучение удобрительной ценности барды послеспиртовой совместно с минеральными удобрениями и известью (рис. 1).

20 18 16 14

й12

е- ю

£ 8 6 4

2 0

V1. Контроль в 2. Барда

Барда + известь У. Барда + МРК К Барда + известь + ЫРК

яровая пшеница

Рисунок 1 - Урожайность зерна овса и яровой пшеницы на фоне

применения барды и традиционных агрохимических средств, 2008, 2009 и 2011 гг.

В среднем по трем годам проведения исследований прибавки урожая от внесения барды на фоне извести и без нее были эквивалентными. Совместное применение отхода и минеральных удобрений позволило увеличить массу зерна опытных культур в 1,3 раза относительно варианта с односторонним внесением барды. Следует отметить, что прибавка от применения органического отхода (разница между вариантами 1 и 2) превышала дополнительный эффект

от внесения минерных удобрений (разница между вариантами 2 и 4). Сочетание барды, извести и минеральных удобрений было наиболее эффективным -именно на данном варианте получена максимальная масса зерна обеих культур. Однако в опытах с пшеницей разница между данным вариантов и предыдущим не превышала НСР.

Максимальная аккумуляция азота в растительной продукции отмечена на фоне внесением минеральных удобрений (варианты 4 и 5), наибольшее содержание фосфора и калия в отдельных случаях соответствует варианту с применением барды на фоне известкования.

Применение барды, как и в предыдущих опытах, способствует подкисле-нию почвы. Известкование позволяет полностью устранить проявление данной тенденции и значительно улучшить физико-химические свойства почвы.

Глава 6. Изменение фосфатного состояния почвы под действием барды послеспиртовой

Установлено, что вследствие использования барды послеспиртовой в качестве органического удобрения, в том числе при разовом внесении ее высоких доз происходит увеличение содержания подвижных форм фосфатов. Очевидно, барда оказывает более глубокое воздействие на фосфатное состояние почвы, способствуя перераспределению фосфора между различными почвенными группами и изменению степени его подвижности. При этом фосфор является элементом, во многом определяющем экологическое состояние агроэкосисте-мы, что предопределяет актуальность изучения фосфатного режима почвы на фоне утилизации отходов.

Данные свидетельствуют, что на почве с участков утилизации барды послеспиртовой отмечается более высокое содержание, чем на фоновых почвах и органических, и минеральных фосфатов (рис. 2). При этом относительное содержание органических соединений, содержащих фосфор, в почвах, длительное время испытывающих воздействие изучаемого отхода, несколько выше, чем в фоновых.

I400

Z 1200

1 ООО

i 5 SOO

ООО

400

200

Фон Ум yli*/?.

Светло серая лесная

® Р окн ® Р мин

Фон Ум Vftt/I. Темно--серая лесная

Рисунок 2 - Содержание Рорг. и Рмин. в почвах участков утилизации барды послеспиртовой

На фоне абсолютного увеличения каждой определяемой группы минеральных фосфатов при утилизации барды послеслеспиртовой отмечается перераспределение отдельных групп в сторону относительного уменьшения Са-Р за счет увеличения доли фосфатов, связанных с алюминием (рис. 3). Данный факт, очевидно, связан с подкислением почвы. Аналогичные результаты получены в опытах с возрастающими дозами барды послеспиртовой: на фоне максимальных доз отхода отмечено некоторое относительное увеличение содержания органофосфатов. а также возрастание фосфатов, связанных с железом и алюминием.

Фоновый участок Участок утилизации

Рисунок 3 - Фракции минеральных фосфатов в светло-серой лесной почве

В модельном опыте была определена фосфатазная активность, которая характеризует интенсивность биохимических процессов мобилизации органического фосфора в почве (табл. 16).

16. Фосфатазная активность почв в модельном опыте, ___мг Р2О5/ на 1 г почвы за 30 мин.

Сроки отбора

Вариант после закладки 2 недели 4 недели 6 недель 8 недель 10 недель

1. Контроль 0,35 0,33 0,33 0,36 0,30 0,34

2. Барда 100 мл/сосуд 0,38 0,38 0,40 0,39 0,32 0,38

3. Барда 200 мл/сосуд 0,45 0,42 0,42 0,44 0,42 0,44

4. Барда 300 мл/сосуд 0,44 0,45 0,40 0,50 0,50 0,44

5. Барда 400 мл/сосуд 0.50 0,54 0,48 0,50 0,48 0,49

Установлено, что на фоне внесения барды послеспиртовой активность данного фермента повышается. Так, на варианте с максимальной дозой отхода значение показателя в среднем почти на 50 % выше, чем на контроле. При этом эффект напрямую зависел от дозы барды и сохранялся в течение всего периода исследований.

рычжхо иан-ны*1 фосфаты 4",.

выводы

1. Основным негативным последствием длительного применения высоких доз барды послеспиртовой в агроэкосистеме является ухудшение физико-химических свойств почвы: серые лесные почвы участков утилизации отхода отличаются от фоновых аналогов меньшим рНш (на 0,3 и 0,8 единиц), большей гидролитической кислотностью (на 0,5 и 2,0 мг-эквЛОО г), более низкой степенью насыщенности основаниями (на 4 и 9 % на светло-серой и темно-серой лесной почве соответственно). Степень проявления негативного эффекта определяется устойчивостью почвы.

2. На почвах участков утилизации барды послеспиртовой отмечено улучшение питательного режима, проявляющееся в увеличении содержания подвижных форм фосфора (в среднем по участкам в 1,2 раза) и калия (в 2,2 раза), увеличении общего содержания азота, фосфора и калия относительно фона. Продуктивность зерновых культур, полученных на почвах с участков утилизации барды, на 57 % (овес, выращенных на светло-серой легкосуглинистой почве) и 31 % (яровая пшеница, выращенная на темно-серой лесной почве) выше фоновых значений.

3. Применение возрастающих доз барды послеспиртовой в качестве удобрения под зерновые культуры способствовало увеличению надземной биомассы (массы зерна) овса на 45-159 (61-231) %, яровой пшеницы - на 38-53 (48-73) %. Прибавка зеленой массы викоовсяной смеси варьировала от 6 до 77 % в прямом действии, от 33 до 98 % в последействии и от 47 до 74 % при наложении прямого действия на последействие. В изучаемом диапазоне доз барда не оказывала угнетающего действия на растения, однако по мере увеличения дозы свыше 200-300 мл/сосуд положительный эффект от ее применения в ряде случаев снижался.

4. Применение возрастающих доз барды послеспиртовой способствовало увеличению содержания азота, фосфора и калия в среднем на удобренных вариантах в зерне овса на 8, 17 и 33 относ. %, в зерне пшеницы - на 6, 5 и 13 относ. %, в викоовсяной смеси - на 4, 6 и 25 относ. % соответственно. Выявлена тенденция увеличения содержания нитратов в зеленой массе викоовсяной смеси на вариантах с внесением барды (связь между дозой внесения отходов и содержанием нитратов близка к функциональной). Максимальный уровень показателя (347 мг/кг при допустимом 500 мг/кг) зафиксирован на фоне наибольшей испытуемой дозы.

5. Внесение возрастающих доз барды послеспиртовой в опыте способствовало ухудшению физико-химических свойств светло-серой лесной легкосуглинистой почвы: в среднем по трем опытам на фоне максимальной дозы ее использования значение рНка снизилось на 0,5 единиц, гидролитическая кислотность увеличилась на 0,3 мг-эквЛОО г почвы, степень насыщенности

основаниями уменьшилась почти на 4 % по сравнению с контролем. Степень влияния в большинстве случаев напрямую зависела от дозы отхода. На вариантах с внесением барды послеспиртовой отмечено значительное увеличение содержания подвижных форм основных элементов питания: в среднем по трем опытам содержание подвижного фосфора на удобренных вариантах было на 35 мг/кг выше, калия - на 17 мг/кг больше, чем на контроле.

6. Применение высоких доз барды послеспиртовой практически не повлияло на санитарно-гигиеническую характеристику почвы. Содержание тяжелых металлов в почвах опытов, а также в почвах участков утилизации барды было существенно ниже ОДК (ПДК) и в большинстве случаев - фона. Растительная продукция, полученная в этих условиях, во всех случаях соответствовала требованиям безопасности по рассматриваемому критерию. Проведенные исследования свидетельствуют о крайне низкой степени опасности сверхнормативного загрязнения почв тяжелыми металлами под действием изучаемого отхода.

7. Совместное применение барды и традиционных агрохимических средств является эффективным: сочетание отхода с минеральными удобрениями позволяет получить дополнительную прибавку урожая зерновых культур, а известкование полностью устраняет негативные последствия, происходящие в почвенно-поглощающем комплексе при использовании кислого отхода. Максимальная продуктивность культур отмечалась при совместном применение барды, минеральных удобрений и извести: сбор зерна на данных вариантах в среднем по годам исследований на 165 % в опытах с овсом и 193 % в опытах с пшеницей превышал контроль.

8. Применение высоких доз барды послеспиртовой (как в опытных условиях, так и на участке утилизации) влияет на фосфатное состояние серых лесных почв: на фоне возрастания абсолютного содержания всех групп фосфатов происходит изменение их относительного содержания в сторону увеличения доли соединений фосфора, связанного с органическим веществом, а также с алюминием и железом. В модельном эксперименте установлено, что применение высоких доз отхода способствует существенному (до 50 %) возрастанию фосфатазной активности почвы.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

При разработке системы обращения с отходами на предприятиях по производству спирта в качестве перспективного направления утилизации барды послеспиртовой, являющегося альтернативой ее длительному хранению в накопителях, следует рассматривать утилизацию отхода в агроэкосистеме. При этом использование барды в качестве органического удобрения должно предва-

ряться разработкой проекта технологии утилизации отхода, обеспечивающей

высокий агрономический эффект и отсутствие негативных экологических последствий.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

В журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Дабахова Е.В. Оценка воздействия утилизации отходов на состояние агро-экосистемы и проблемы нормирования / Е.В. Дабахова, Титова В.И., Гейгер Е.Ю, Корченкнна H.A. // Агрохимический вестник. - 2011. - № 2. -С. 13-15.

2. Титова В.И. Влияние отхода производства доломитовой муки на физико-химические свойства кислых почв и их химическую устойчивость / В.И. Титова, Е.В. Дабахова, H.A. Корченкнна, A.M. Архангельская // Достижения науки и техники АПК. - 2012. - № 1. - С. 6-9.

3. Орлов П.В. Влияние фонов известкования на фракции фосфатов длительно удобряемой светло-серой лесной почвы / П.В. Орлов, H.A. Корченкнна,

B.В. Нефедьева // Аграраная наука Евро-Северо-Востока. - 2012. - №6.-

C. 23-27.

В сборниках научных трудов:

4. Дабахова Е.В. Оценка качества почвы с участка утилизации барды послес-пиртовой / Е.В. Дабахова, НА. Корченкнна // Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях. - Н. Новгород, 2010. - С. 82-86.

5. Дабахова Е.В. Влияние утилизации барды послеспиртовой на свойства светло-серой лесной почвы / Е.В. Дабахова, НА. Корченкнна, Е.А. Бутысина // Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений: Мат. межд. науч.-практ. конф. / НГСХА. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2011. -С. 36-41.

6. Корченкнна H.A. Влияние возрастающих доз барды послеспиртовой на урожайность викоовсяной смеси / НА. Корченкнна, М.В. Жесткова, Е.В. Дабахова // Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений: Мат. межд. науч.-практ. конф. / НГСХА. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2011.-С. 73-77.

7. Корченкнна H.A. Проблемы и возможности современного сельского хозяйства / НА. Корченкнна // Иностранный язык. Межкультурная профессионально ориентированная коммуникация: Мат. 1-ой per. студ. науч.-практ. конф. - Ульяновск: ГСХА, 2011. - С. 56 - 58.

8. Корченкнна H.A. Эффективность применения различных доз барды послеспиртовой на светло-серой лесной почве / НА. Корченкнна // Нижегородский аграрный вестник: Материалы научно-практической конференции. -Н.Новгород: НГСХА, 2012. - С. 212 - 216.

9. Корченкнна НА. Оценка возможности утилизации барды послеспиртовой в земледелии / НА. Корченкнна // Актуальные проблемы земледелия Евро-Северо-Востока РФ. - Н. Новгород, 2013. - С. 153-158.

Отпечатано с готового оригинал-макета

Формат 60х84'/1б. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 485.

Издательство РГАУ - МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44 Тел.: (499) 977-00-12,977-26-90,977-40-64

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Корченкина, Наталья Александровна, Нижний Новгород

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

04201363649

КОРЧЕНКИНА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

ВЕРХНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 03.02.08 - Экология (биология)

06.01.04 - Агрохимия (биологические науки)

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дабахова Е.В.

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Нижний Новгород -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................... 5

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЙ.......................................................... 10

1.1. Краткая характеристика существующих способов

утилизации отходов....................................................... 10

1.2. Влияние отходов на продуктивность сельскохозяйственных культур, свойства почвы и экологическое состояние агроценозов.................................................................. 13

Глава 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ................................................... 36

2.1. Характеристика объектов исследования............................... 36

2.2. Почвенные и погодные условия проведения

исследований................................................................ 41

2.3. Методика проведения опытов.......................................... 47

2.4. Методы анализа и статистической обработки...................... 51

Глава 3. ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛИТЕЛЬНОЙ УТИЛИЗАЦИИ

БАРДЫ ПОС ЛЕСПИРТОВОЙ НА СВОЙСТВА ПОЧВЫ.... 53

3.1. Агрохимическая и санитарно-гигиеническая

характеристика почв с участков утилизации барды............... 53

3.2. Оценка продуктивности почв с участков утилизации

барды послеспиртовой................................................... 60

3.2.1. Урожайность опытной культуры.................................. 60

3.2.2. Содержание основных элементов питания

в растительной продукции......................................... 66

3.2.3. Изменение агрохимической характеристики почвы

в опытах............................................................... 69

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ВОЗРАСТАЮЩИХ ДОЗ БАРДЫ

ПОСЛЕСПИРТОВОЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

И СВОЙСТВА СВЕТЛО-СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ....... 73

4.1. Продуктивность культур................................................ 73

4.1.1. Овес.................................................................... 74

4.1.2. Пшеница.............................................................. 77

4.1.3. Викоовсяная смесь................................................. 81

4.2. Химический состав растительной продукции...................... 84

4.2.1. Содержание основных биогенных элементов............... 84

4.2.2. Содержание тяжелых металлов................................. 90

4.3. Влияние барды послеспиртовой на агрохимические свойства светло-серой лесной легкосуглинистой почвы..................... 94

4.3.1. Физико-химические свойства и содержание подвижных

форм элементов питания.......................................... 94

4.3.2. Содержание тяжелых металлов................................. 100

Глава 5. ВЛИЯНИЕ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ БАРДЫ

ПОСЛЕСПИРТОВОЙ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И СВОЙСТВА СВЕТЛО-СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ................................................................... 105

5.1. Продуктивность культур..............................................................................................105

5.1.1. Овес...................................................................... 105

5.1.2. Пшеница............................................................... 108

5.2. Содержание основных биогенных элементов

в растительной продукции.............................................. 112

5.3. Свойства светло-серой лесной легкосуглинистой почвы на фоне совместного применения барды послеспиртовой

и минеральных удобрений............................................. 115

Глава 6. ИЗМЕНЕНИЕ ФОСФАТНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ

ПОД ДЕЙСТВИЕ БАРДЫ ПОСЛЕСПИРТОВОЙ..........................120

6.1. Фосфатное состояние серых лесных почв с участков

утилизации барды послеспиртовой..................................................................121

6.2. Фосфатное состояние светло-серой лесной почвы

при внесении возрастающих доз барды послеспиртовой............125

ВЫВОДЫ........................................................................................................................................................136

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ....................................................................................139

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................140

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................................................................................156

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Проблема отходов является одной из наиболее острых экологических проблем современности. Постоянное образование их в огромных количествах представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья людей (Агроэкология..., 2000; Мерзлая Г.Е., Лысенко В.П., 2002; Климова Н.В., Починова Т.В., 2009; Сидоренко О.Д., 2009 и др.). В таких условиях поиск путей безопасной утилизации отходов и перевод их в разряд вторичных материальных ресурсов является основой поддержания устойчивости региональных экосистем и биосферы в целом.

Все более значительный вклад в общие объемы образования отходов вносят предприятия, перерабатывающие сельскохозяйственную продукцию. Так, производство спирта сопровождается образованием значительного количества барды послеспиртовой (на 1 дал спирта приходится порядка 12 дал барды), характеризующейся высокой влажностью, кислой реакцией и наличием в ее составе биогенных элементов (Ненайденко Г.Н., 1998; Шилов М.П., Бакуменко И.В., 2011; Ненайденко Г.Н., Ильин Л.И., 2012). Свойства отхода позволяют использовать его на корм скоту в свежем или переработанном виде. Однако при этом возникает ряд проблем, в том числе значительные затраты на транспортировку барды естественной влажности или на ее обезвоживание и получение сухого кормопродукта. В результате, несмотря на требование ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции», диктующего необходимость полной утилизации барды, отход в ряде случаев сбрасывается в пруды накопители, которые являются источником мощного негативного воздействия на компоненты окружающей среды. В связи с этим возникает необходимость поиска новых ресурсосберегающих и экологически безопасных направлений утилизации данного материала.

В качестве такового в последние годы рассматривается возможность использования барды послеспиртовой как удобрения. В 2008 г. был принят ГОСТ 53116-2008 «Удобрения органические на основе органогенных отходов растениеводства и предприятий, перерабатывающих растениеводческую продукцию. Технические условия», в котором фильтрат барды отнесен к органическим удобрениям. В отдельных почвенно-климатических зонах проведены исследования по влиянию средних доз (до 100 т/га) отхода на урожайность сельскохозяйственных культур и свойства почвы (Ненайденко Г.Н. и др., 1997, 1998, 2002, 2008, 2012; Гурин А.Г., Плешкова Н.К., Кузяева О.С., 2009; Ушаков О.В., 2011). Однако объем полученных экспериментальных данных является недостаточным и, прежде всего, в части оценки влияния на компоненты агроэкосистемы повышенных и высоких доз данного материала, что обуславливает актуальность проведения исследований, направленных на выявление потенциальных негативных экологических последствий, которые могут возникнуть в агроэкосистеме на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой.

Цель и задачи исследований

Целью исследований являлась оценка воздействия высоких доз барды послеспировой при утилизации ее в качестве органического удобрения на базовые компоненты агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья.

В программу исследований входило решение следующих задач:

• выявление тенденций изменения агрохимических и агроэкологических свойств серых лесных почв в зависимости от дозы внесения барды по-слеспиртовой;

• изучение целесообразности совместного внесения барды послеспирто-вой и традиционных агрохимических средств (минеральных удобрений и извести) при возделывании зерновых (яровая пшеница, овес) культур;

• оценка фосфатного состояния серых лесных почв на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой.

Научная новизна

Основные положения, выносимые на защиту:

тении и практически не влияет на санитарно-гигиеническую характеристику почвы;

продуктивность серых лесных почв с участков утилизации барды существенно выше, чем продуктивность фоновых аналогов, не испытывающих воздействия, связанного с внесением отхода; применение высоких доз барды послеспиртовой способствует существенному увеличению продуктивности зерновых и кормовых культур, количественное проявление эффекта зависит от дозы внесения отхода и биологических особенностей культуры;

под влиянием высоких доз барды послеспиртовой происходит повышение концентрации азота, фосфора и калия в растительной продукции, увеличение содержания нитратов в викоовсяной смеси; разовое внесение высоких доз барды послеспиртовой в светло-серую лесную почву способствует ухудшению ее физико-химических свойств и значительному увеличению содержания подвижных форм фосфора и калия, причем эффект напрямую зависит от дозы отхода; содержание тяжелых металлов в серых лесных как на фоне длительной утилизации барды послеспиртовой, так и на фоне разового внесения ее высоких доз, а также в растительной продукции, полученной в этих условиях, изменяется незначительно;

совместное внесение барды и минеральных удобрений позволяет получить дополнительную прибавку урожая зерновых культур, а известкование устраняет негативные последствия, возникающие вследствие утилизации кислого отхода, оптимизируя физико-химические свойства почвы;

на фоне утилизации барды послеспиртовой происходит изменение фосфатного состояния серых лесных почв - увеличивается относительная доля органофосфатов, а также доля фосфатов, связанных с железом и алюминием.

Практическая значимость

Апробация работы

Результаты исследований были доложены на ежегодных конференциях аспирантов и научно-педагогических работников Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, 2010-2013 гг.), на научно-практической конференции «Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях» (Н. Новгород,

2010), на международной научно-практической конференции «Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений» (Н. Новгород,

2011), на научно-практической конференции студентов и аспирантов факультета почвоведения, агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, 2012), а также на международной конференции при Пермской летней полевой школе молодых ученых «Теория и практика проведения агрохимических исследований» (Пермь, 2013). Общее количество опубликованных работ представлено 9 наименованиями (3,7 усл. печ. л., личное участие - 2,3 усл. печ. л.). В журналах, рекомендуемых ВАК РФ, опубликовано 3 работы (из них по теме диссертации 1 работа).

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЙ

1.1. Краткая характеристика существующих способов утилизации отходов

Среди основных экологических проблем современности все большую актуальность приобретает проблема обращения с отходами. Образуясь в огромных количествах, отходы производства и потребления являются источником поступления в окружающую среду опасных химических, биологических и биохимических веществ и создают прямую угрозу безопасности людей.

Ежегодно в Российской Федерации образуется свыше 5 млрд. т отходов, из которых используется не более 50 %. В настоящее время на территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 90 млрд. т твердых отходов, в том числе токсичных. Их количество ежегодно возрастает примерно на 120 млн. т. Под свалки и полигоны для складирования отходов каждый год отводится около 10 тыс. га земель. Всего же под объекты захоронения и складирования отходов в настоящее время отчуждено более 2 млн. га земли, на многие десятилетия выведенной из хозяйственного оборота (Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В., 2001; Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В., 2009; Тиньгаев A.B., 2010; Бычкова В.А., 2012; Государственный доклад, 2013; Игленкова М.Г., 2013).

Проблема утилизации отходов в настоящее время приобрела глобальный характер. В связи с этим одним из важнейших направлений сохранения экосистем в устойчивом состоянии является изыскание возможностей и методов управления образующимися отходами и уменьшение за счет этого негативного их воздействия на окружающую среду.

Ввиду большой неоднородности количественного, качественного и фракционного состава отходов во всех странах мира используется преимущественно метод их складирования на специально подготовленных свалках или полигонах. При этом размещение отходов сопровождается рядом негативных процессов. Так, под объекты для хранения и захоронения отходов от-чуждены огромные территории, на долгие десятилетия изъятые их хозяйственного оборота, а повсеместно возникающие вокруг крупных городов несанкционированные свалки являются экологически опасными объектами, наиболее серьезными загрязнителями поверхностных и подземных вод, очагами инфекций (Кузнецов В.А., Крапильская Н.М., Юдина Л.Ф., 2005; Сади-уллина О.В., 2010; Семенова Т.В., 2010; Витковская С.Е., 2012).

Наиболее простым и распространенным способом обезвреживания отходов является сжигание. Это позволяет существенно уменьшить объем отработанного сырья. Однако данный метод нельзя признать безопасным, поскольку в образующихся продуктах сжигания в концентрированных количествах содержатся вредные органические (в том числе бенз(а)пирен и диоксины) и неорганические (оксиды серы, азота, углерода, тяжелые металлы) вещества, в дымовых газах присутствует пыль, а в осадках - продукты сжигания (шлаки, зола, остатки на фильтрах) (Титова В.И., Дабахова Е.В., 2003).

Между тем, значительная часть отходов содержат в своем составе ценные компоненты, что представляет интерес к отходам как сырьевому ресурсу, а возвращение их в материальный круговорот приобретает важное экологическое, экономическое и энергосберегающее значение (Титова В.И., Дабахова Е.В., 2013). Проблема рационального использования вторичного сырья многогранна и включает в себя несколько аспектов, приоритетность которых, в основном, зависит от характера образующихся отходов (главным образом от химического состава исходного материала, технологии производства, условий хранения и размещения отходов и пр.).

Среди отходов потребления есть часть материалов, вторичное использование которых достаточно распространено, например, металлический лом, бумага и т.д. Однако вследствие многократного увеличения затрат, необходимых для раздельного сбора и сортировки различных компонентов твердых бытовых отходов, переработка подобных материалов в нашей стране широкого распространения не получила (Бобович Б.Б, Девяткин В.В., 2000; Ве-тошкин А.Г., 2005).

Эффективным способом сокращения органических отходов �

Информация о работе

Корченкина, Наталья Александровна
кандидата биологических наук
Нижний Новгород, 2013
ВАК 03.02.08

Диссертация

Экологическая оценка воздействия барды послеспиртовой при использовании ее в качестве удобрения на состояние базовых компонентов агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы