Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПЛОДОРОДИЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КАРТОФЕЛЯ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПЛОДОРОДИЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КАРТОФЕЛЯ"

/ -зя/г

На правах рукописи

ФАДЕЕВА Нахалы» Анатольевна

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПЛОДОРОДИЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КАРТОФЕЛЯ

Специальности: 03.00.16,- экология 06.01.04. - агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов-2005

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»

Научные руководители:

доктор сельскохозяйственных наук Михайлов Л.Н.

доктор биологических наук Кириллов H.A.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Кормилицы« В.Ф. заслуженный агроном РФ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Константинов Л.К.

Ведущая организация: - ГНУ Чувашский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Защита состоится « _30_» июня_ 2005 года в _10_ часов на

заседании диссертационного совета Д 220.061.06 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени H.H. Вавилова» по адресу: 410600 г. Саратов, Театральна* площадь, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Автореферат разослан «_28_ »_мая_ 2005 года.

Ученый секретарь) диссертационного совета Данилов А.Н.

1 .ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Хозяйственная деятельность человеческого общества, вооруженного сложной техникой, охватывает практически всю атмосферу, сушу и океан и вносит значительные количественные и качественные изменения в биологические циклы элементов в биосфере, поставив под угрозу ее бесперебойное функционирование и существование самого человека. Например, такие компоненты, как мусор, отходы, отбросы в мировом масштабе накапливаются, как отмечает В,А. Ковда (1985), в объеме свыше гОхЮ'т в год. С ростом численности населения планеты, развитием научно-технического прогресса, интенсифицирующего любой труд, степень воздействия человеческого общества на биосферу будет только возрастать.

Не находя должного применения, скапливаясь в огромных количествах в пригородных зонах, осадки городских сточных вод представляют серьезную экологическую угрозу, являются источником загрязнения окружающей среды.

В Чувашии за последнее время, также как и в других регионах России, наблюдается заметное снижение плодородия почв. Исследования ученых (Кузнецов, Спиридонов, Мутиков, 1995 - 2004) показывают, что для восполнения потерь необходимо, как минимум, вносить в почву до б-Ю т/га навоза или другой органической массы. Поэтому возникает острая необходимость максимального увеличения производства всех видов органических удобрений, в том числе нетрадиционных.

Ежегодно на биологические очистные сооружения, куда поступают канализационные стоки г.Чебоксары и Новочебоксарска, поступает свыше 1,2 млн л* ОСВ. Таким образом, очистная станция г. Новочебоксарска ежегодно может давать сельскому хозяйству огромное количество сточных осадков по сухому веществу для производства органического удобрения. При его правильном использовании, при соблюдении требований защиты окружающей среды от загрязнения возможно повышение плодородия почв и значительное повышение урожая хорошего качества.

Осадки сточных вод индивидуальны по своему химическому составу. Поэтому их применение требует тщательных исследований перед их внедрением в сельскохозяйственное производство.

Цель и задачи исследований. Целью работы является решение проблемы утилизации всевозрастающего количества осадков городских сточных вод, являющихся потенциальной угрозой окружающей природной среды, и разработка научных основ использования осадков их в качестве удобрения при выращивании картофеля на серых лесных почвах Чувашской Республики.

Основные задачи исследований:

- дать агроэкологическую оценку химического состава осадков сточных вод г. Новочебоксарска, включая микроэлементы, в том числе и контролируемые тяжелые металлы;

- определить действие ОСВ на плодородие почв (агрохимические, биологические свойства);

- установить эффективность ОСВ и их сочетаний по сравнению с традиционным органическим удобрением - навозом крупного рогатого скота, для получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции;

- рассчитать экономическую и биоэнергетическую эффективность применения ОСВ при выращивании картофеля.

Научная , новизна. Впервые для почвенно-климатических условий Чувашской Республики:

- дана а гроз коло гическая оценка химического состава ОСВ и определена динамика концентраций тяжелых металлов в системе осадки сточных вод-почва-растение;

- установлена зависимость качества урожайности и качества клубней картофеля от дозы вносимых ОСВ;

- разработаны научные основы использования городских сточных вод при выращивании картофеля на серых лесных почвах.

Положения, выносимые на защиту:

- агроэ коло гическая оценка химического состава ОСВ по сравнению с навозом крупного рогатого скота;

• влияние ОСВ на плодородие серых лесных почв;

- получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции при использовании ОСВ в качестве удобрения.

- биоэнергетическая и экономическая эффективность применения ОСВ при выращивании картофеля;

Пра кти ческая эна чнмость. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по применению осадков сточных вод г. Новочебоксарска в качестве органических удобрений на серых лесных почвах при выращивании картофеля. Результаты научных разработок свидетельствуют о высокой удобрительной эффективности ОСВ, а также способствуют повышению плодородия серых лесных почв, увеличению урожайности сельскохозяйственных культур без ухудшения их качества и не загрязняя при этом окружающую природную среду (см. акты внедрения в приложении диссертации), а также используются в учебном процессе ФГОУ В ПО «ЧГСХА» при изучении дисциплин: «Агрохимия», «Почвоведение», «Агроэкология» студентами агрономического, бнотехнологнческого, инженерного факультетов.

Д проба ния работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на научно-прак-гических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (Чебоксары, 2002-2004); международной научно-практической конференции (Чебоксары, 2004).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 20 научных статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, приложений.

Слисок использованной литературы включает 153 источника, в том числе -10 - зарубежных авторов. Работа изложена на 123 страницах компьютерного текста, включает 54 таблицы, 2 рисунка, 60 приложений.

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Настоящая диссертационная работа является частью обшей научно-исследовательской темы ФГОУ В ПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»: «Разработка научных основ применения осадков городских сточных вод в качестве удобрения в условиях Чувашской Республики» и выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии в 2001 — 2004гг.

В качестве объектов исследования были выбраны осадки сточных вод г. Новочебоксарска, куда на биологические очистные сооружения поступают канализационные сточные воды из жилых домов городов Чебоксары и Новочебоксарск.

Исследования по влиянию ОСВ на агрохимические свойства светло-серых и серых лесных почв проведены на коллекционных участках агрономического факультета УНПЦ «Студгородок» в течение 2001 — 2004 гг. Исследования на темно-серых лесных почвах проведены на территории землепользования СХПК «Канашскнй» Канашского района Чувашской Республики. Агрохимическая характеристика пахотного слоя опытных участков серых лесных почв перед закладкой опытов приведена в табл.1.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика пахотного слоя опытных участков серых лесных почв перед закладкой опытов

Показатели светло-серая серая темно-серая

Гумус по Тюрину, % 2,36 2.99 4,89

рН солевой 5,80 5,42 5,70

Сумма поглощенных оснований (мг-экв^Ю0 почвы) 22,6 26,8 34,5

Гидролитическая кислотность (мг-экв./100 г почвы) 1,52 3,79 3,06

Степень насыщенности основаниями. % 93,7 87,6 93,0

Общий азот по Къельаалю, % 0,11 0,14 0,23

Подвижный фосфор по Кирсанову (мг/100г почвы) 265 134,3 138,6

Обменный калий по Кирсанову (мг/1 ООг почвы) 293 125,0 121,0

Схемы полевых опытов приведены в соответствующих таблицах результатов исследований. Делянки расположены в 4-х кратной повторное™, рендомизированным методом. Размер делянки - 25 м2. Возделываемые сорта картофеля - Резерв и Невский.

Лабораторные исследования проводили на кафедре почвоведения и агрохимии Чувашской государственной сельскохозяйственной академии по нижеследующим методикам (табл. 2).

Таблица 2

Методы анализов, применяемые в проведенных исследованиях

Наименование анализа Метод анализа

1. Содержание гумуса метод ЦИНАО (ГОСТ 26213-91)

2 Подвижный фосфор и обменный калий метод Кирсанова (ГОСТ 26207-91)

3 Гидролитическая кислотность метод ЦИНАО

4 Азот общий метод (Сьельдаля

5 Азот нитратный ионометрический метод (ГОСТ 26951-86)

6 PH (KCL) в суспензии (ГОСТ 26487-85)

7 Целлюлозоразлагающая активность почвы метод аппликаций (Мишустин, 1972)

Химический состав ОСВ, содержание тяжелых металлов в почвах и клубнях, а также качественные показатели клубней картофеля определялись в республиканском агрохимическом центре «Чувашский», который находится в г. Цивильск (пос. Опытный).

Фенологические наблюдения за ходом роста и развития растений проводили согласно методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1961, 1985),

Погодные условия 2001-2002 гг. были засушливыми, а в 2003 и 2004 гг., наоборот, за короткий срок выпало большое количества осадков (298 - 392 мм.).

Экономическую и биоэнергетическую эффективность определяли по МинеевуВ.Г. (1990).

Для расчета допустимого количества ОСВ, вносимого в почву, применялась нижеследующая формула:

Ф+Д<или=ПДК, Где Ф — фоновое содержание токсиканта в почве, мг/кг; Д-допустимый уровень токсиканта, мг/кг.

Величину допустимого поступления в почву того или иного металла определяют по формуле:

Дови=(ПДК-Ф)х3000, Где Ф - исходное содержание токсиканта в почве до внесения ОСВ, мг/кг, 3000 - масса пахотного слоя почвы, т/га, в пересчете на сухое вещество.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1. А геоэкологическая оценка ОСВ г.Новочебоксарска

Для проведения научно-исследовательских работ были отобраны в качестве органических удобрений осадки сточных вод, которые находятся на захоронении с 1980-1994 гг. на иловых площадках городских очистных сооружениях. По внешнему виду ОСВ представляют темно-серое, почти черное, вязкое и бесструктурное вещество, напоминающее сапропель и имеющее болотный запах. При хранении ОСВ теряют воду до влажности 45-55%, слегка светлеют и приобретают вид землистой, рассыпчатой массы с комковатой и мелкокомковатой структурой.

Поскольку ОСВ нами предполагалось использовать в качестве органического удобрения, то его химический состав сравнивали с полу перепревшим навозом крупного рогатого скота (КРС).

Результаты сравнительного исследования химического состава ОСВ г. Новочебоксарска и навоза крупного рогатого скота приведены в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав осадков сточных вод и навоза крупного рогатого _скота (в пересчете на сухое вещество) _

Капп Показатели ОСВ Навоз КРС

1 Влажность, % 45-55 50-75

2 1,42 0,53

3 р2о5,% 1,18 0,46

4 К20, % 0,05 0,7

5 СаО, % 8,58 1,36

6 МбО, % 2,48 1,56

7 Ы:0, % 0,0035 0,0036

8 Содержание органического вещества, % 65,5 44,5

9 Минеральный нитратный азот, мг/кг 7,8 4,04

10 Минеральный аммонийный азот, мг/кг 32,7 24,9

11 Обменный аммонийный азот, мг/кг 114,0 89,0

12 Р20} подвижный, мг/кг 2560,0 1560,0

13 К20 обменный, мг/кг 500,0 1900,0

14 рНкс! 7,95 6,98

15 РЬ, мг/кг 48,5 14,0

16 С<1, мг/кг 7,2 6,5

17 Нё, мг/кг 2,0 1,5

18 Рэ, мг/кг 3,5 1,0

19 Хп, мг/кг 690,0 56,0

20 Си, мгУкг 730,0 6,8

Из приведенных в таблице 3 данных видно, что по химическому составу ОСВ достаточно сильно отличается от навоза. Так, содержание органического вещества, азота, фосфора, кальция и магния в осадках сточных вод выше, чем в навозе КРС, что опрделяет особую ценность их как удобрения. Однако, содержание калия в навозе более чем в десять раз выше, чем в ОСВ, Содержание тяжелых металлов в ОСВ выше, чем в навозе.

Данные исследования свидетельствуют, что по количеству органического вещества, общему содержанию кальция, фосфора, серы и железистых соединений ОСВ превосходит навоз, а по другим элементам их значения близки. Такие микроэлементы, как медь, цинк, кадмий, ртуть, мышьяк и свинец обнаруживаются в ОСВ в больших количествах, чем в полу перепревшем навозе крупного рогатого скота. В ОСВ содержится до 1,42% общего азота, до 1,2% общего фосфора и до 0,05% общего калия.

Таким образом, на основании и проведенных исследований можно заключить, что ОСВ в своем составе содержит как органическое вещество, так и широкий набор макро- и микроэлементов, научно-обоснованное вовлечение которых в биологический круговорот несомненно будет способствовать оздоровлению окружающей природной среды.

ЗЛ. Влияние ОСВ на содержание тяжелых металлов в серых лесных

почвах

В работе приведены данные по влиянию ОСВ на содержание тяжелых металлов, агрохимические, биологические свойства, урожайность и качество картофеля на светло-серых, серых и темно-серых лесных почвах. В качестве иллюстрации приведены результаты исследований на серых лесных почвах (табл. 4).

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов в серых лесных почвах (мг/кг)

Варианты Годы Си г« РЬ са

Результаты агрохимических анализов

Контроль 2002 15,9 50,5 8,2 0,12

2003 15,3 49,5 8,3 0,10

2004 14,7 44,8 9,0 0,11

60 т/га ОСВ 2002 23,6 58,3 9,7 0,21

2003 22,7 57,9 9,4 0,20

2004 22,9 57,2 9,2 0,20

60 т/га навоза 2002 16,4 47,6 8,4 0,15

2003 16,0 52,9 8,3 0,13

2004 15,8 48,6 8,3 0,14

ПДК в почве, мг/кг 100 300 100 3,0

ОДК в почве, мг/кг 132 220 130 2,0

Из приведенных данных следует, что уровень содержания тяжелых металлов в серой лесиой почве хотя и увеличивается по сравнению с навозом, однако не превышает предельно допустимых концентраций в почве. Аналогичная картина наблюдается на светло-серых и темно-серых лесных почвах.

ЗЛ. Влияние ОСВ на отдельные агрохимические показатели и содержание подвижных форм элементов питания в серых лесных почвах

Результаты исследований показали, что во все годы исследований при внесении ОСВ в изучаемых дозах (10, 25, 30, 60 т/га) и его сочетании с навозом (12,5 и 30 т/га) реакция среды смещается в шелочную сторону, что весьма положительно для серых лесных почв. При внесении ОСВ и навоза в типичную серую лесную почву в обоих вариантах наблюдается тенденция к уменьшению гидролитической кислотности по сравнению С контролем (с 3,79-3,80 ДО 3,32-3,55 мг/экв. на 100 воздушно-сухой массы).

При этом возросло содержание гумуса с 2,90-2,99 до 3,49-3,54%, подвижного фосфора с 131,5-139,8 до 231,3-283,2 мг/кг, обменного калия с 123,8-125,0 до 129,2-132,5 мг/кг воздушно-сухой почвы, нитратов с 5,0-7,4 до 19,1-22,0 мг/кг почвы.

3.4. Влияние ОСВ и навоза на биологическую активность серых лесных

почв

В качестве примера приводим результаты изучения (2001 г.) влияния ОСВ и навоза на биологическую активность серых лесных почв (табл. 5).

Таблица 5

Влияние ОСВ и навоза на биологическую активность светло-серых

лесных почв по срокам, 2001 г.

Хг п. п. Варианты опыта Разложение льняной ткани по срокам, в % Разложи лось за вегетац. период, % Превышение, %

1 2 3

1 Контроль 5,1 10,3 17,6 33,0 -

2 10 т/га ОСВ 7,3 13,6 20,4 41,3 8,3

3 10 т/га навоза 7а 13,8 21,3 52,3 19,3

4 25 т/га ОСВ 12,8 2М 35,6 69,7 36,7

5 25 т/га навоза 12,0 18,8 32,9 51,7 18,7

б 12,5т/га ОСВ+123т/га навоза 12,8 20,5 35,7 69,0 36,0

НСРд5 0,14 0,32 0,28

Из данных, приведенных в табл.5, можно заключить, что под влиянием ОСВ, навоза и их сочетаний существенно возрастает разложение льняной ткани по срокам исследования и превышение над контролем варьировано в пределах 8,3 -36,7 %. В 2002 году, который был достаточно засушливым, наибольшее увеличение биологической активности наблюдалось в вариантах с совместным применением ОСВ и навоза, а также при применении навоза в количестве 60 т/га. В целом, аналогичные результаты получены и в другие годы исследований на серых лесных почвах.

3.5. Влияние ОСВ на развитие, урожайность и качество картофеля

В связи с тем, что в Чувашской Республике картофель (Solanum tuberosum) является одной из основных сельскохозяйственных культур (19,8 • 22,0 % посевных площадей) нами была выбрана именно данная культура с целью изучения влияния ОСВ на его развитие, урожайность и качество клубней. Результаты биометрических измерений картофеля показаны в табл.6.

Таблица 6

Результаты биометрических измерений картофеля на серой лесной почве 29.07.03 г. (в расчете на одно растение)

d с £ Вариант Масса надземной части растения, г и их и X 10 >1 § л S 2 Масса листьев, г Масса стеблей, г Площадь листовой | поверхности, см2 Отношение массы листьев к массе стеблей Отношение массы листьев к массе 1 клубней Урожайность на 29 июля, т/га

1 Контроль 162£» 233,1 103,5 59,4 34362 U74 0,44 Ml

2 3 От/га ОСВ, последействие 192,1 198Д 114j6 775 ^9633 1,48 0,58 5,45

3 бОт/га ОСВ, последействие 216,7 199,6 132$ т 4009,7 1,59 0,67 5,49

Из приведенных в табл.6 данных видно, что осадки сточных вод и в последствии оказывают положительное влияние на биометрические показатели; возрастает масса надземной части растения, масса листьев, стеблей, площадь листовой поверхности, однако масса клубней не увеличивается к 29 июня, но к уборке урожайность возрастает. Так, на контроле урожайность картофеля достигла 17,05т/га,при внесении 30 т/га ОСВ - 19,52 и при 60 т/га ОСВ - 20,9 т/га (табл.7).

Таблица 7

Динамика урожайности клубней картофеля Резерв в 2003 г.

X» п.п. Вариант Урожайность, т/га

$ июля 29 июля 10 сентября

1 Контроль 0,033 6,41 17,05

2 ЗОт/га ОСВ, последействие 0,242 5,45 19,52

3 бОт/га ОСВ, последействие 0,30 5,49 20,90

Анализ данных результатов этих исследований показывают, что осадки сточных вод свое положительное физиологическое действие на ростовые процессы растений картофеля на второй год внесения не только сохраняют, но и усиливают.

Урожайность сорта Резерв на серых лесных почвах по годам исследований приведены в табл.8.

Таблица 8

Урожайность сорта Резерв на серых лесных почвах, т/га

№ пп Годы

2002г. 2003г. 2004г.

Урож., т/га Превышение, т/га Урож., т/га Превышение, т/га Урож., т/га Превышение, т/га

1 Контроль 16,26 - 17,05 - 80,0 -

2 30 т/га ОСВ 17,64 1,38 19,52 2,47 12,46 4,46

3 30 т/га навоза 16,44 0,18 17,23 0,18 11,58 3,58

4 60 т/га ОСВ 17,99 1,73 20,90 3,85 1549 7,59

5 60 т/га навоза 17,58 1,32 23,37 6,32 14,12 6,12

6 3 Ог/гаОСВ +30т/га навоза 17,55 1,29 23,10 6,05 14,47 6,47

7 НСРю 0,801 1,089 0,685

Из приведенных данных видно, что ОСВ в первый год их использования в дозах 30-60 т/га способствуют увеличению урожайности на 1,38 - 1,73 т/га по сравнению с контрольными вариантами. На второй год в последействии

превышение над контролем составляет уже 2,47 — 3,85 т/га. Положительное действие ОС В сказывается и на третий год. Увеличение урожайности в этих вариантах составило 4,46 — 7,59 т/га, что существенно достоверно. Таким образом, ОС В по своему действию и последействию на урожайность картофеля на серых лесных почвах Чувашии не уступает традиционному навозу крупного рогатого скота.

Влияние ОСВ и навоза на качественные показатели клубней картофеля сорта Резерв на серых лесных почвах приведены в табл.9.

При использовании ОСВ и навоза в качестве удобрения в первый год обнаруживается снижение содержания сухого вещества и крахмала в картофеле, однако в последействии их применение способствует увеличению сухого вещества, крахмала, сырой золы, сырого протеина.

Таблица 9

Влияние ОСВ н навоза на качественные показатели

клубней картофеля сорта Резерв на серых лесных почвах

Вариант Годы Сухое вещество, % В абсолютно сухом веществе, % В клубнях натуральной влажности

Сырая зола Сырой протеин Крахмал, % Нитраты, мг/кг

Контроль 2002 24,9 4,89 2,26 19,1 25

2003 19,7 5,26 2,20 16,5 32

2004 17,3 3,21 2,18 16,9 29

30 т/га ОСВ 2002 24,5 5,80 2,82 18,7 35

2003 20,6 4,90 2,36 17,4 43

2004 22,8 4,52 2,40 19,5 46

30 т/га навоза 2002 22,7 5,65 2,30 18,2 35

2003 21,9 435 2,24 17,0 30

2004 22,4 3,15 2,20 17,6 33

60 т/га ОСВ 2002 20,7 6,02 3,10 14,9 45

2003 22,6 4,26 2,92 18,7 49

2004 24,2 3,80 2,80 20,3 52

Продолжение табл.9

бОт/га навоза 2002 21,9 5,96 2,38 15,4 35

2003 22,5 4,84 2,47 18,5 33

2004 23,3 3,60 2,51 20,0 37

ЗОг/га ОСВ +30г/га навоза 2002 22,4 5,98 2,45 15,4 44

2003 22,5 4,72 2,69 19,1 50

2004 24,2 3,95 2,77 19,6 47

3.6. Влияние ОСВ на содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля

Результаты исследований приведены в табл. 10.

Таблица 10

Изменение содержания тяжелых металлов в клубнях картофеля сорта

Резерв на серой лесной почве (мг/кг)

Варианты Годы Си 2л РЬ Сй

Контроль 2002 0,89 4,8 0,010 0,003

2003 0,93 4,9 0,011 0,002

2004 0,90 4,5 0,011 0,002

60 т/га ОСВ 2002 М5 6,5 0,018 0,010

2003 1,25 5,9 0,016 0,004

2004 1,19 5,8 0,017 0,003

ПДК, мг/кг 5 10 0,5 0,03

Из приведенных данных следует, что при использовании осадков городских сточных вод даже из расчета 60 т/га накопление тяжелых металлов (Си, Ъл, РЬ, С(1) в клубнях картофеля не происходит. Все зги показатели находятся в пределах ПДК, т. е. загрязнение почвы при этом не наблюдается и получается экологически чистая сельскохозяйственная продукция.

3.7. Энергетическая и экономическая эффективность применения ОСВ и навоза на серых лесных почвах

Энергия, накопленная в сельскохозяйственной продукции, оценивается в джоулях (МДж), а энергетическая эффективность (энергоотдача или

биоэнергетический КПД) применения минеральных удобрений (ч) определяется по формуле (Минеев, 1990):

П^я/Ао

где ц - энергетическая эффективность {энергоотдача) или биоэнергетический КПД, ед; \гГо - количество энергии, полученной в прибавке основной продукции от удобрений, МДж; А0 - энергозатраты на применение удобрений, МДж.

Расчеты биоэнергетической эффективности применения ОСВ и навоза при возделывании картофеля на серых лесных почвах за 2002-2004 гг, приведены в табл. 11.

Таблица 11

Биоэнергетическая оценка применения ОСВ н навоза на серых лесных почвах при возделывании картофеля в 2002-2004 гг.

Варианты Коэффициенты энергетической эффективности

Годы

2002г. 2003г. 2004г.

Контроль - - -

30 т/га ОСВ 0,54 0,97 1,76

30 т/га навоза 0,07 0,001 1,41

бОт/га ОСВ 0,34 0,76 1,49

60 т/га навоза 0,26 1,24 1,20

30 т/га ОСВ+ЗО т/га навоза 0,25 1,19 из

Из приведенных данных видно, что во все годы исследований энергетическая эффективность в последействии выше от применения ОСВ, навоза и их сочетаний.

Основные экономические показатели возделывания картофеля на серых лесных почвах приведены в табл. 12.

Таблица 12

Основные экономические показатели возделывания картофеля на

типичных серых лесных почвах

Показатели На контрольном варианте При внесении ОСВ в дозе 60 т/га

1. Урожайность, т/га 1437 18,76

2. Затраты труда на 1 га, чел/час 328 543

3. Себестоимость 1 т картофеля, руб. 1096 914

4. Производственные затраты в расчете на 1 гектар посева, руб. 15750 17150

5. Цена реализации картофеля, рубЛ 5000 5000

6. Выручка от реализации картофеля с 1 га, руб. 71850 93800

7. Чистый доход с 1 га посева, руб. 56100 76650

8. Уровень рентабельности, % 356,2 446,9

Из приведенных данных следует, что использование осадков городских сточных вод в качестве органических удобрений выгодно. При дозе их внесения из расчета 60 т/га уровень рентабельности составил 446,9%, что на 90,7% выше контрольного варианта.

ВЫВОДЫ

1. К настоящему времени на очистных сооружениях г.Новочебоксарска скопилось свыше 1,5 млн. т канализационного ила — осадков городских сточных вод (ОСВ) и ежегодно продолжает поступать (включая н г.Чебоксары) до 200 тыс. т. Большие скопления ОСВ, содержащие специфическую микрофлору и тяжелые металлы, имеют большую экологическую опасность, так как с дождевыми осадками они могут попасть в грунтовые воды, стоком талых вод, ветром могут выноситься в пределы населенных пунктов и негативно влиять на окружающую природную среду, здоровье людей, поэтому нуждаются в утилизации.

2. В осадках сточных вод г. Новочебоксарска содержится до 65,5% органического вещества, 1,42% азота, 1,18% фосфора, 0,05% калия, 8,58% кальция и 2,48% магния, что заметно выше, чем в навозе крупного рогатого скота, что определяет их особую ценность как азотно-фосфорного удобрения. В навозе КРС содержание калия почти в 10 раз выше, чем в ОСВ. В ОСВ также обнаруживается широкий набор микроэлементов, включая тяжелые металлы.

3. ОСВ существенно улучшают агрохимическую характеристику серых лесных почв. Содержание гумуса на серых лесных почвах при дозе 60 т/га возросло с 2,99 до 3,54%; легкоминералнзуемого нитратного азота - с 5,0 мг/кг до 20,9 мг/кг; подвижного фосфора - с 134 до 233 мг/кг. Обменная кислотность серых лесных почв в результате применения ОСВ понизилась (рНка повысилась с 538 до 6,55). При этом содержание контролируемых тяжелых металлов незначительно повышается и находится в пределах ПДК.

4. Осадки городских сточных вод по своему действию на биологическую активность серых лесных почв, примененные в повышенных дозах (60 т/га), превосходят навоз. При совместном применении ОСВ и навоза в равных количествах обнаруживается максимальная биологическая активность.

Выявляется такая закономерность: чем выше показатель биологической активности, тем выше урожайность картофеля.

Урожайность картофеля повысилась при внесении на светло-серых лесных почвах при внесении 25 т/га ОСВ до 16,55 т/га (контроль 14,22 т/га), при внесении на серых лесных почвах сочетания ОСВ и навоза в дозах 30 т/га до 23,1 т/га (контроль 17,05 т/га), на темно-серых лесных почвах при таком же сочетании до 22,31 т/га (контроль - 18,8 т/га),

6. Качество клубней картофеля при применении ОСВ в дозах до 60 т/га практически не ухудшилось: в первый год содержание крахмала несколько понизилось до 14,9%, но в целом выход его с 1 га был выше. В последующие годы (последействие) - по сравнению с контрольным вариантом - в клубнях повысилось и содержание крахмала до 20,3 %. Существенного накопления нитратов не наблюдалось, их величина колебалась в пределах 25 - 78 мг/кг продукции натуральной влажности, содержание тяжелых металлов не превышало ПДК.

7. Энергетическая эффективность при применении различных доз ОСВ, навоза и их сочетаний положительная, (особенно в последействии) и колебалась в пределах 1,20-1,76.

8. Себестоимость картофеля при использовании осадков сточных вод из расчета 60 т/га на серых лесных почвах снижается. Чистый доход при этом с 1 га увеличивается на 20550 руб., рентабельность на 90,7% выше контрольного варианта.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. С целью сохранения в чистоте окружающую природную среду пригородной зоны г. Новочебоксарска, поддержания и повышения плодородия серых лесных почв, урожайности картофеля высокого качества рекомендовать в хозяйствах республики использование ОСВ г. Новочебоксарска в качестве органического удобрения.

2. ОСВ рекомендуется вносить под основную обработку почвы в дозах 30-60 т/га, а также в сочетании с навозом (до 30 т/га).

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Фадеева H.A., Васильев O.A., Михайлов АН., Белков И.М. Влияние осадков городских сточных вод на агрохимические, водно-физические свойства светло-серой лесной почвы // Труды ЧГСХА. - Том.17. - Чебоксары, 2002. - С.92-94.

2. Васильев O.A., Михайлов Л.Н., Белков И.М., Фадеева H.A. Влияние осадков городских сточных вод на урожайность и качество картофеля. // Труды ЧГСХА. - Том.17. - Чебоксары, 2002. -С.73-75.

3. Васильев O.A., Фадеева H.A. Содержание нитратов в картофеле, выращенного с применением ОСВ. // Наука в 21 веке. — Тезисы докладов республиканской научно-практической конференции к 35-летию Чувашского государственного университета.-Чебоксары, 2002.-С. 126.

4. Михайлов JI.H., Васильев O.A., Фадеева H.A. Изменение свойств серых лесных почв и урожайности картофеля при использовании осадков городских сточных вод. //Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. - Мат. per. научн,-практ. конференция, поев. 30-летию аграрно-технологического института. — Вып.4. - Йошкар-Ола, 2002. - С.90-93.

5. Михайлов Л.Н., Фадеева H.A., Васильев O.A. Действие осадков городских сточных вод на урожайность сельскохозяйственных культур. // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. - Мат. per. научн.-практ. конференция. — Вып.5. - Йошкар-Ола, 2003. — С. 120-122.

6. Михайлов Л.Н., Васильев O.A., Н.А .Фадеева Влияние органических удобрений на биохимический состав, урожайность и качество картофеля. // Роль средств химизации в повышении продуктивности экосистем. - Материалы Всероссийской научн.-практ, конф. — Уфа, 2003. — С.25-28.

7. Васильев O.A., Фалеева H.A. Влияние ОСВ на агрохимические свойства светло-серой среднесуглинистой почвы. // Труды ЧГСХА, - Том.18. - Чебоксары, 2003. - С J 6-37.

8. Васильев O.A., Фадеева H.A. Влияние органических удобрений на биологическую активность серой леской почвы под картофелем. // Труды ЧГСХА. -Том.18. - Чебоксары, 2003.-С.41-42.

9. Михайлов Л.Н., Васильев O.A., Фадеева H.A. Влияние ОСВ г.Чебоксары на урожайность, качество и биохимический состав клубней картофеля. // Труды ЧГСХА. -Том.18. - Чебоксары, 2003. - С.88-91.

Ю.Михайлов Л.Н., Фадеева H.A., Васильев O.A. Экологические аспекты применения осадков сточных вод в качестве удобрения в условиях агроландшафтной системы земледелия. //Адаптивно-ландшафтная система земледелия на примере колхоза «Ленинская Искра» Ядринского района Чувашской Республики. — Мат. Всеросс. научн.-практ. коиферени. 6 июня 2003 г. - Чебоксары, 2003. - С.37-41.

11 .Михайлов Л.Н., Васильев O.A., Фадеева H.A. Необходимость и технология применения осадков городских сточных вод в сельском хозяйстве Чувашии. //Совершенствование технологии, средств механизации и технологии обслуживания в АПК. = Сб. трудов межд. научн.-практ. конференц., поев. 75-летию Медведева В.И. - Чебоксары, 2003. - 190-194.

J 2.Михайлов Л.Н., Васильев O.A., Фадеева H.A., Кириллов H.A. Влияние ОСВ г.Чебоксары на биологические свойства светло-серых лесных почв Чувашии и урожайность картофеля. //Мат. Науч.-пракг конф., поев.75-летию со дня рожд. Проф. Гальдина Г.В. - ПеязаДООЗ. - С. Ill -113.

13. Михайлов Л.Н., Васильев O.A., Фадеева H.A., Петров В.В. Использование осадков сточных вод г.Чебоксары на эродированных серых лесных почвах под

картофелем. Безопасность и экология технологических процессов и производств// Мат. Всеросс, научн.-практ. конф. - Донской ГАУ, 2004. - С.13-14.

Н.Васильев O.A., Фадеева H.A., Михайлов Л.Н., Кириллов H.A. Влияние осадков городских сточных вод на развитие и урожайность картофеля. //Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и преработки продукции сельского хозяйства (Мосоловские чтения). - Мат.межрег. научн, практ. конф. - Йошкар-Ола, 2004. — С.42-46.

15.Васильев O.A., Фадеева H.A. Рост и развитие сельскохозяйственных культур на антропогенно нарушенных почвах. // Труды ЧГСХА. - Том.19. -Чебоксары, 2004.-С. 51-54.

16.Кир1шюв H.A., Васильев O.A., Фадеева H.A. Влияние осадков сточных вод на формирование листьев и содержание хлорофилла в растениях хмеля и картофеля. // Труды ЧГСХА. - Том.19. - Чебоксары, 2004. - С. 56-58.

П.Кузнецов А.И., Васильев O.A., Фадеева H.A. Влияние органических удобрений на динамику роста и биохимический состав растений картофеля. // Известия Национальной академии наук и искусств 4P. - Чебоксары, 2004. - Nst. -C3-S.

18. Михайлов J1.H., Васильев O.A., Фадеева H.A. Действие осадков городских сточных вод на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции. // Известия Национальной академии наук и искусств 4P, - Чебоксары, 2004, - №1. -С.19-29.

19.Васильев O.A., Михайлов JI.H., Кириллов H.A., Фадеева H.A. Химический состав осадков сточных вод г.Чебоксары и влияние их на накопление тяжелых металлов в почве. // Сб. научных трудов международной научно-практической конференции. - Чебоксары, 2004. - С, 518-521.

20.Васильев O.A., Михайлов J1.H., Кириллов H.A., Ларионов Г.А., Фадеева H.A. Научные основы и практические рекомендации по применению осадков сточных вод в качестве удобрения в сельском хозяйстве Чувашской Республики. // Чебоксары: Типография «Колибри», 2004, - 56 с.

«М23 18

Подписано & печать 26.05,2005 г. Формат <50я84/16 Усл. печ, л. 0,97. Тираж 100 эю.

Полиграфический чтдел ФГОУ НПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия в 428032. г.Чебоксары, ул.К.Маркга,2&