Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Орошение серых лесных почв сточными водами свинокомплексов

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Орошение серых лесных почв сточными водами свинокомплексов"

"о ОД

; окг Ш8

На правах рукописи

Захарова Ольга Алексеевна

ОРОШЕНИЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ СВИНОКОМПЛЕКСОВ

Специальность 06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Рязань 1998

Работа выполнена на кафедре гидравлики, экологии и мелиорации Рязанской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора П. А. Костычева и в Мещерском филиале ВНИИГиМ имени А.Н. Костикова

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент РАСХН и НАНКР Я.В. Бочкарев

Научный консультант - кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент, старший научный сотрудник Ю.А. Мажайский

Официальные оппоненты: - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор А.В. Шуравилин

- кандидат сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник Л.Е. Кутепов

Ведущая организация - АОЗТ институт «Рязаньагроводпроекг»

Защита состоится 19 ноября 1998 года в 10 часов на заседании диссертационного совета по присуждению ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук К 020.95.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костикова по адресу: 127550, Москва, ул. Большая Академическая, 44, ВНИИГиМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ.

Автореферат разослан « » октября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Е.Л. Ворожцова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Ключевым вопросом экономической политики любого государства является устойчивое обеспечение населения страны продовольствием на основе повышения эффективности агропромышленного сектора. Однако решение подобного рода задач возможно при условии совершенствования технологических процессов во всех отраслях АПК, не нарушая при этом экологической ситуации. В 70-80-е годы текущего столетия в России осуществлялось крупномасштабное строительство животноводческих комплексов, что вызывает проблему их эксплуатации сегодня. Так, в Рязанской области было построено два крупных свинокомплекса на 54 и 108 тысяч голов годового откорма, ряд мелких ферм. Решая задачу обеспечения населения продовольствием, животноводческие комплексы и фермы породили серьезную экологическую проблему - утилизацию сточных вод, образующихся на них. Например, на свинокомплексе «Искра» Рязанского района Рязанской области суточный сток в 1994 году составлял 6000 м3. В последние годы в стране поголовье свиней на комплексах снизилось на 12,5 млн. голов или на 34 % по сравнению с 1985 годом. Одновременно со снижением объемов производства, уменьшилось и водопотребление в этой отрасли АПК и, как следствие, - количество сточных вод, требующих эчистки, с 3,6 до 2,7 млрд. м3 (Б.Б. Шумаков, 1997). Однако это не снимает проблемы их утилизации.

В этой связи актуальным направлением исследований является совершенствование технологии орошения с использованием сточных вод свинокомплексов и оценка их влияния на окружающую природную среду.

Цель исследований.

Целью данной работы являлось исследование влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на серые лесные почвы и зыращивание многолетних трав в Центральном районе Нечерноземной зоны Российской Федерации, а также разработка научно-обоснованных практических рекомендаций по технологии орошения с учетом охраны экружающей природной среды.

Задачи исследований.

1. Изучить влияние орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на почвообразовательный процесс, включая питательный и водный режимы почвы, в том числе на содержание микроэлементов, а также на целлюлозоразрушающую активность и их санитарно-бактериологическое состояние.

2. Исследовать влияние орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на урожайность, водопотребление многолетних трав и качество растениеводческой продукции.

3. Изучить влияние орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на гидрохимический состав и санитарно-бактериологическое состояние поверхностных вод.

4. Совершенствовать технологию орошения с использованием сточных вод свинокомплексов, позволяющую снизить и предотвратить дальнейшее загрязнение окружающей природной среды.

5. Определить экономическую эффективность предложенной технологии и величину предотвращенного экономического ущерба (водоохранный эффект).

Научная новизна работы.

Исследованиями установлено, что орошение с использованием сточных вод свинокомплексов оказывает неоднозначное влияние на природную среду. С одной стороны, наблюдается улучшение водно-физических свойств почвы за счет увеличения содержания агрономически ценных агрегатов почвы, изменение агрохимических показателей за счет накопления питательных веществ, с другой стороны - сточные воды способствуют накоплению в почве тяжелых металлов и усилению микробиологического прессинга.

Впервые установлены закономерности накопления тяжелых металлов в зависимости от нормы внесения сточных вод.

На основании 20-летнего опыта и наших исследований уточнена зависимость водопотребления от урожайности и нормы внесения сточных вод.

Выявлено влияние цикличного орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на агрохимические показатели, водный режим, целлюлозоразрушающую активность и санитарно-бактериологическое состояние серых лесных почв.

Практическая ценность работы.

Использование результатов исследований при проектировании и эксплуатации специализированных оросительных систем позволит снизить потребление природной воды на орошение, а за счет рационального использования сточных вод предотвратить загрязнение почвы, водных ресурсов и растениеводческой продукции, что улучшит экологическую обстановку на ЗПО и в зоне их влияния.

На защиту выносятся следующие новые положения:

Н закономерности накопления в почве и растениеводческой продукции тяжелых металлов, биогенных элементов, а также улучшение водно-физических свойств почвы, увеличение содержания агрономически ценных агрегатов, изменение водного режима серых лесных почв в зависимости от нормы внесения сточных вод;

В рекомендации по норме внесения сточных вод свинокомплексов по азоту;

а зависимость водопотребления от урожайности и нормы внесения сточных вод по азоту;

И технология цикличного орошения с использованием сточных вод свинокомплексов.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях мелиоративной секции технологического факультета, научных конференциях Рязанского сельскохозяйственного института (1995), на конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Рязанской Государственной сельскохозяйственной академии (1996, 1997, 1998), на заседании по проекту «Ока-Эльба» (Мещерский филиал ВННИГиМ, Солотча, 1997), на заседании секции научно-производственной конференции факультета мелиорации и водного хозяйства (Белорусская СХА, Горки, 1997).

Реализация работы.

Работа выполнена в период 1994...1998 гг. Результаты исследований вошли в отчеты Главводхоза, Минсельхоза РФ, шифр 05.10.03 «Рекомендации по технологии утилизации свиностоков в сложных гидрологических условиях, сохраняющих почвенное плодородие» и ВНИИГиМа, шифр 1.03 «Разработать режимы комплексной мелиорации земель, обеспечивающие охрану окружающей среды в условиях возрастающих антропогенных нагрузок на агроландшафт».

Результаты исследований и рекомендации по цикличному орошению с использованием сточных вод свинокомплексов использованы при проектировании оросительных систем, а также при эксплуатации специализированных оросительных систем с использованием сточных вод свинокомплекса «Искра» Рязанского района Рязанской области на площади 300 га.

Рекомендации и результаты исследований использовались в учебном процессе при проведении занятий по курсу «Мелиорация и охрана окружающей среды».

Публикации.

Основные положения диссертационной работы и практические рекомендации производству опубликованы в 10 печатных работах.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав основного текста с выводами и предложениями производству, изложенных на 212 страницах

машинописного текста, списка использованной литературы из 192 наименований, в том числе 7 иностранных. Работа содержит 37 таблиц, 25 рисунков и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрываются актуальность, научная новизна и практическая значимость работы, ее реализация и апробация.

В первой главе «Использование сточных вод свинокомплексов для орошения» дан анализ существующего состояния вопроса. Обобщены данные о накопленном опыте использования сточных вод на земледельческих полях орошения (ЗПО), оценены его основные достоинства и недостатки.

Использование сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур известно давно. Этой проблемой занимались многие ученые: Дмитриева В.И., Додолина В.Т., Голченко М.Г., Канардов И.П., Кутепов JI.E., Лапшина H.A. и другие. Установлено, что орошение с использованием сточных вод повышает урожайность трав, сокращает потребность природной воды и позволяет снизить объемы минеральных удобрений. Наряду с положительным влиянием на природную среду отмечаются и негативные проявления: загрязнение почвы, поверхностных и грунтовых вод, растениеводческой продукции.

Проблему орошения с использованием сточных вод следует рассматривать в двух аспектах: как их утилизацию и как получение дополнительного водного ресурса, что имеет большое значение в рассматриваемом регионе.

Дана краткая характеристика почвенно-климатических условий региона, приведен химический состав сточных и природных вод.

Все это позволило разработать программу и методику проведения исследований.

Во второй главе «Программа, методика и условия проведения исследований» определена цель настоящей работы. Реализация цели определила необходимость постановки специальных опытов и производственных исследований для решения намеченных задач. Для решения задач была составлена программа исследований, включающая следующие этапы:

1. Выбор характерных для региона опытных участков для проведения полевых исследований, определение фоновых показателей водно-физических свойств почвы, ее агрохимический состав, гидрохимического режима на полях орошения и закладка лизиметрических опытов.

2. Проведение лизиметрических опытов по установлению влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на почвообразовательный процесс, включая питательный и водный режимы почвы, на содержание валовых форм микроэлементов и тяжелых металлов, на целлюлозоразрушающую активность почвы и ее санитарное состояние. Кроме этого на данном этапе исследован режим орошения многолетних трав с использованием сточных вод свинокомплексов, оценена эффективность такого орошения.

3. Разработка научно-обоснованных рекомендаций по режиму и технологии орошения с использованием сточных вод свинокомплексов, обеспечивающих снижение загрязнения почв, воды и растениеводческой продукции.

Решение задач, намеченных программой исследований, осуществлялось путем постановки лизиметрических и полевых исследований, которые были проведены в течение 1995...1997 гг. Опыты проводились на серых лесных суглинистых почвах с соблюдением принципа единичного различия типичных для Центрального района Нечерноземной зоны. Водно-физические свойства почвы в слое 0-25 см характеризуются следующими показателями: плотность - 1,45 г/см3, порозность - 45,84%. Наименьшая влагоемкость (НВ) почвы -136 мм, предполивной порог (1111) составляет 80% от НВ. Агрохимические показатели почв следующие: содержание азота общего 0,8 мг/100 г почвы, подвижного фосфора - 19,05 мг/100 г почвы, обменного калия - 8,85 мг/100 г почвы, рН - 6,0...6,2, содержание гумуса -2,5...2,7%. Уровень грунтовых вод в период проведения опытов находился на глубине 6,0 м.

Исследуемые культуры - многолетняя бобово-злаковая травосмесь.

Составление схемы опыта велось по стандартной методике Б.А.Доспехова (1985).

Для исследования влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на почвы и растениеводческую продукцию, а также изучения режима и технологии полива дождеванием заложены опыты на лизиметрической станции по следующей схеме (рис.1): 1 - контроль (орошение природной водой), 2 - вариант орошения N200 (внесение 200 кг/га N + дополнительное увлажнение природной водой при снижении влажности почвы до или ниже ПП), 3 - то же N300,4 - то же N400.

Рис. 1. Схема лизиметрического опыта.

С целью получения достоверных данных опыты проводились в 4-х кратной повторности с последующей математической обработкой.

Полевые исследования проведены в 1997 г. на ЗПО АОЗТ «Искра» Рязанского района Рязанской области, где утилизируются сточные воды свинокомплекса после биологической очистки в течение 20-ти лет на площади 739 га. В опыте использовали на площади 300 га два варианта:

1 - участок длительного непрерывного орошения, 2 - участок цикличного орошения с использованием сточных вод свинокомплекса. Повторность 3-х кратная.

Урожай учитывался методом сплошной уборки с делянок. Оценка качества выращенной продукции проводилась на основе общего зоотехнического анализа кормов.

Химический состав сточных вод определяли перед каждым поливом по общепринятым методикам (табл. 1).

Таблица 1.

Химический состав сточных вод пруда-накопителя и пруда природной воды в

вегетационный период

Показатель Пруд- Пруд

накопитель природной ПДК

сточных вод воды

1.рН 7,8 6,4 6,5-8,5

¿.Растворенный Ог, мг/дм3 отсутствует 6,0 4,0

З.БПК5,мг02/дм3 480 - 6,0

4 .Окисляемосгь,мг02/дм3 отсутствует - 6,0

5.ХПК,мг02/дм3 250 - 20,0

б.Щелочность, мг экв 4,7 3,0 3,0

7.Взвешенные вещества, мг/дм3 380 - 20,0

8.Сухой остаток, мг/дм3 1850 - -

9.Железо общее, мг/дм3 0,02 0,02 0,02

Ю.Хлориды, мг/дм3 650 160 350,0

11 .Сульфаты, мг/дм3 350 105 500,0

12.Аммиак, мг/дм3 145 0,3 0,2

13.Нитриты, мг/дм3 0,2 не обнаружены 0,08

14.Нитраты, мг/дм3 0,05 не обнаружены 0,3

15.Марганец, мг/дм3 2,0 1,5 0,5

16.Молибден, мг/дм3 0,01 0,01 0,25

17.Цинк, мг/дм3 0,2 0,1 1,0

18.Медь, мг/дм3 0,05 0,03 1,0

19.Кобальт, мг/дм3 0,1 0,08 0,1

Анализы почвы выполнялись по стандартным методикам. Содержание тяжелых металлов в почве определялось спектральным методом. Для оценки влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на гидрохимический режим и санитарно-бактериологическое состояние почв и вод проводились в лабораториях Рязанского центра ГСЭН и гидрохимии свинокомплекса «Искра».

Метеопоказатели за годы проведения исследований имели значительную изменчивость как в межгодовом, так и во внутрисезонном

разрезе. Влагообеепеченность вегетационных периодов лет исследований составляла от среднемноголетней: 1995 г. -119%, 1996 г. - 87%, 1997 г. - 58%.

В третьей главе «Влияние орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на почву» изложены результаты исследований свойств почвы на всех вариантах опыта. Наиболее благоприятным с экологической точки зрения является вариант с нормой внесения 300 кг/га азота сточных вод. За три года орошения на этом варианте изменился агрегатный состав почвы, что показано в табл. 2.

Таблица 2.

Влияние орошения с использованием сточных вод свинокомплекса на агрегатный состав серых лесных почв.

Размер агрегатов, мм Содержание агрегатов по вариантам опыта, %

Контроль N200 N300 N400

более 10,0 20,30 14,50 14,35 13,79

5,0-10,0 23,10 23,05 22,00 20,05

3,0-5,0 18,701 19,551 20,10| 21,40] .

2,0-3,0 15,10 >50,50 16,60 У54,95 17,55^56,66 18,30159,80

1,0-2,0 18,70-1 18,80^ 19,0Р 20,10^

0,5-1,0 15,10 1,28 1,26 1,40

0,25-0,5 3,20 3,25 3,28 3,22

менее 0,25 1,45 2,97 2,45 1,74

Так, содержание агрономически ценных агрегатов размером 1,0 - 5,0 мм возросло на 11,46% по сравнению с контролем, что оказало влияние на водно-физические свойства почвы. Порозность возросла на 2,76%, содержание воздуха - на 1,6%, а плотность снизилась на 0,3 г/см3 (по сравнению с исходным). В слое почвы 25 - 50 см плотность почвы изменилась незначительно, что объясняется следствием кольматации подпахотного горизонта.

С целью оценки длительного непрерывного орошения с использованием сточных вод свинокомплекса «Искра» нами проанализированы данные института «Рязаньагроводпроект», который проводил исследования на ЗПО «Искра» в течение 20-тн лет. Так, содержание воздуха в почве снизилось до 9,29%, порозность составила 45,45%, а плотность возросла с 1,20 до 1,45 г/см3.

Вследствие высокого содержания в оросительной воде биогенных элементов изменились агрохимические показатели почвы. Содержание азота общего возросло на 1,12 мг, подвижного фосфора - на 4,85 мг и обменного калия - на 8,00 мг/100 г почвы. Содержание нитратного и аммиачного азота увеличилось соответственно на 1,72 и 0,58 мг/100 г почвы. Содержание гумуса возросло на 1,95%, величина рН изменилась с 6,0 до 6,85 единиц.

Гидролитическая кислотность почвы снизилась на 1,0 мг экв/100 г почвы, степень насыщенности основаниями составила 86,6%, что выше исходного на 10%. В то же время длительное непрерывное орошение с использованием сточных вод привело к снижению содержания в почве гумуса на 0,31%.

Со сточными водами в почву поступает определенное количество химических элементов, в том числе тяжелых металлов. Показатель суммарного загрязнения почв Ъ (2= ^Кс-(п-1), где Кс - коэффициент концентрации) на варианте N300 составил в слое почвы 0-25 см 1,49, а на варианте N400 - 1,44 (по сравнению с контролем). Ряды коэффициентов концентрации тяжелых металлов на варианте N300 в слое почвы 0-25 см расположены в следующем порядке: Со>2!п>Мо>Мп>Си (рис.2).

Кс 1,50

1,00

Обозначения: I ' -200;

-300;

0,00

Мп Со Ъп Си Мо

Рис.2. Диаграмма коэффициента концентрации Кс на вариантах

опыта

Длительное непрерывное орошение с использованием сточных вод свинокомплекса «Искра» в течение 20-ти лет привело к накоплению валовых форм тяжелых металлов в почвах ЗПО. Так, содержание марганца возросло на 25%, кобальта - на 114%, цинка - на 50%, меди - на 51%.

Под влиянием орошения с использованием сточных вод свинокомплекса изменился водный режим почвы. Так, на вариантах опыта почва быстрее иссушалась и влажность опускалась ниже ПП чаще, чем на контроле (табл. 3), что говорит о лучшем использовании оросительной воды, содержащей питательные вещества, на что указывал Д.Н. Прянишников.

Таблица 3

Количество поливов и оросительные нормы, необходимые для поддержания влажности почвы на оптимальном уровне по вариантам опыта

Количес Оросительная норма, Всего за Прибавка к

Варианты тво мм вегетацию, контролю,

опыта поливов, раз мм мм

природных сточных

вод вод

Контроль 4 110 - 110 -

N200 7 105 90 195 85

N300 9 143 135 278 168

N400 10 195 177 372 262

За счет поступления в почву со сточными водами большого количества микроорганизмов, возросла целлюлозоразрушающая активность , которая составила за 3 месяца экспозиции льняного полотна 74% по сравнению с 58% на контроле, что показано на рисунке 3.

Рис.3 Диаграмма целлюлозоразрушающей активности почвы.

При длительном непрерывном орошении с использованием сточных вод свинокомплекса «Искра» целлюлозоразрушающая активность почвы составила 84% и по шкале Звягинцева характеризовалась как очень сильная, что привело к быстрой минерализации гумуса и снижению его содержания в почве.

В условиях орошения с использованием сточных вод изменяется санитарно-бактериологическое состояние почв. Через 7 дней после полива стоками на всех вариантах опыта почвы характеризовались как

сильнозагрязненные. К 28...30 суткам процесс самоочищения почв завершался и содержание микроорганизмов в почве соответствовало норме.

В четвертой главе «Влияние орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на многолетние травы» рассматривались изменения в количестве и качестве урожая трав, их водопотребления, а также ботанического состава, построены гистограммы и кривые вариации выращиваемых культур на варианте N300.

При орошении с использованием сточных вод свинокомплекса урожайность трав возросла на 34% по сравнению с контролем, что показано в табл. 4.

Таблица 4.

Урожайность многолетних трав по вариантам в лизиметрическом

опыте, кг/м2

Всего

Вариант укосы за Прибавка к контролю

опыта вегета цию

1 2 3 кг/м2 %

Контроль 0,364 0,338 0,228 0,930 - -

1,430 1,350 0,946 3,721

N200 0,465 0,421 0,283 1,149 0,172 32

1,857 1,767 1,282 4,906 1,185

N300 0,498 0,445 0,307 1,251 0,324 34

1,964 1,767 1,335 4,991 1,270

N400 0,513 0,458 0,355 1,318 0,391 42

2,003 1,842 1,413 5,266 1,545

Примечание: в числителе - масса сухой травы,

в знаменателе - масса зеленой травы.

Обработка опытных данных методом регрессионного анализа позволила получить для определения урожайности (У) зависимость от оросительных норм в функции азота (Мп), модель имеет частный вид У=6,389-0, ООПуЬ^Т^МП0'5. (1)

Коэффициент регрессии г=0,80.

По экспериментальным данным построены кривые урожайности от оросительной нормы в функции азота стоков, что показано на рис. 4.

При длительном непрерывном орошении с использованием сточных вод свинокомплекса «Искра» урожайность трав на ЗПО составляет не более 39 т/га, что объясняется ухудшением водно-физических свойств почв, снижением содержания гумуса и др. факторами.

У, кг/м2

6,0

5,0

-/9952,

■=» 1997 г -1996 г.

4,0

У=ДМп)

3,0

■ Расуетн.ал кривая

Мп, мм/м2

100

200

300

400

Рис. 4. Зависимость У от Мп.

Вследствие высокого содержания в оросительной воде питательных веществ возрастает водопотребление трав. За три года орошения водопотребление многолетних трав, рассчитанное по уравнению водного баланса, составило в среднем 285,9 мм/м2, что выше контрольного на 79,8 мм.

Отмечена тесная корреляционная связь водопотребления (Е) с урожайностью (У) и нормой внесения сточных вод (Мп), модель имеет частный вид

Е=316,170-22,805У-0,748Мп+4,814У2+0,001Мп2+0,1889УМп.(2)

Коэффициент регрессии г=0,93.

Построены поверхности отклика (по Доспехову) по трем переменным: водопотребление (Е, мм), урожайность (У, кг/м2) и норма внесения сточных вод (Мп), представленные на рис. 5.

Качество растениеводческой продукции удовлетворяет зоотехническим требованиям, предъявляемым к кормам. Так, содержание сырого протеина возросло на 3,9%, азота общего - на 0,624%, фосфора - на 0,10%, калия - на 0,38%. Содержание нитратов соответствовало норме, хотя и возрастало в течение времени орошения с использованием сточных вод свинокомплекса. На варианте N400 содержание нитратов в продукции уже в 1-ый год составило 0,12%, а через 3 года - 0,28% (ПДК=0,11%). В условиях непрерывного длительного орошения с использованием сточных вод на ЗПО содержание нитратов в продукции составляло 0,33%.

За счет увеличения в почве подвижности некоторых микроэлементов, в том числе тяжелых металлов, содержание их в продукции незначительно

Рис. 5 Поверхности отклика (по Доспехову) по трем переменным: водопотребление ( Е, мм/м2), урожайность (У, кг/м') и норма внесения сточных вод (Мп, мм/м2)

возросло. О количестве возможного поступления элементов в растения судят по показателю общего загрязнения (Зр) растения (Зр=количество элемента в наземной массе растения на варианте опыта/ количество элемента в наземной массе на контроле). Зр на варианте N300 равен 1,44, на варианте N400 - 2,14. Ряды коэффициентов концентрации Кс на варианте N300 имеют вид: Со>Си>Ва>2п>Мп>РЬ>В>Мо>М1.

На рисунке 6 показаны коэффициенты концентрации Кс микроэлементов в растениеводческой продукции на вариантах опыта.

Кс 2,00

1,00

0,00

Мп Со Ъп Си Мо

Рис. 6 Влияние орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на содержание тяжелых металлов в растениеводческой продукции ( по сравнению с контролем).

В условиях орошения с использованием сточных вод свинокомплекса наблюдается изменение ботанического состава трав. Так, доля бобовых трав в урожае через 3 года орошения составила на варианте N300 7,4%, а на варианте N400 - практически выпали из травостоя. Злаковые травы, наоборот, увеличивали рост и их доля возросла на 25%.

При орошении с использованием сточных вод необходимо учитывать баланс элементов питания. Животными организмами усваивается небольшая часть веществ, содержащихся в кормах, а остальная их часть выделяется с жидкими и твердыми экскрементами. Результаты расчета баланса основных элементов питания показали, что за 3 года орошения с использованием сточных вод свинокомплексов в почве осталось неиспользованными азота 15,00 г, фосфора -14,03 г и калия -14,90 г/м2.

Обозначения: □ -200

0 -300

¿£3 -400

В пятой главе «Влияние орошения с использованием сточных вод на гидрохимический режим и санитарное состояние поверхностных и лизиметрических вод» рассматриваются изменения гидрохимического режима и санитарно-бактериологических показателей вод.

Так, пробы поверхностных вод реки Рака, отобранные вблизи и ниже ЗПО, показали высокое содержание в них аммиака, превышающего ПДК в 58 раз, нитритов - в 48 раз, нитратов - в 33 раза. В межвегетационный период гидрохимические показатели поверхностных вод не соответствовали норме.

Санитарное состояние поверхностных вод реки Рака характеризуется как грязное. Содержание коли-фагов 100...6000, индекс лактозоположительной кишечной палочки - более 240000, Е.СоИ - 24000...240000, энтерококка - более 1000 в 1 дм3.

Проведенные анализы лизиметрических вод показали повышенное содержание в них азотных соединений на варианте N400: аммиака - в 7,5 раза, нитритов - в 3 раза и нитратов - в 6 раз.

По санитарно-бактериологическому состоянию лизиметрические воды характеризовались как загрязненные, однако к 28...30 суткам процесс самоочищения, в основном, завершался и воды соответствовали норме.

В шестой главе «Технология цикличного орошения с использованием сточных вод свинокомплексов и ее экономическая эффективность» предложена цикличная технология орошения, внедрение результатов лизиметрических исследований и ее экономическая эффективность.

Во избежание аккумуляции в почве большого количества макро- и микроэлементов нами рекомендуется введение цикличного орошения с использованием сточных вод свинокомплексов. За основной расчетный показатель циклов было взято накопление в продукции нитратов и рассчитана зависимость их аккумуляции в продукции от времени орошения:

ФК=(783,11+96,99 со5(Т(1))2+326,79зт(0)/0,105 (3)

где ФК - фактическая концентрация нитратов в продукции.

По вышеприведенной формуле рассчитаны циклы: в течение двух лет производится орошение только природной водой, в последующие четыре года - с использованием сточных вод.

На рис.7 показана зависимость накопления нитратов в растениеводческой продукции от срока орошения сточными водами.

Для сравнительной оценки традиционной и цикличной технологий орошения были проведены производственные опыты на участках ЗПО АОЗТ «Искра» Рязанского района Рязанской области, расположенное в зоне серых лесных почв и являющихся типичными для региона.

На вариантах цикличного орошения с использованием сточных вод свинокомплекса прибавка урожая составила 4,9 т/га зеленой массы трав. Водопотребление трав возросло на 110 м3. Однако потребление природной воды снизилось и составило 5,66 м3/ц по сравнению с участками непрерывного орошения, где Кв=6,00 м3. Таким образом, экономия природной воды на единицу продукции составила 0,34 м3/га.

Обозначения:

II -поливы сточными водами, I—1 -поливы природной водой

срок орошения

Рис.7. Зависимость накопления нитратов в растениеводческой продукции от срока орошения сточными водами свинокомплекса:

-экспериментальная кривая,

----расчетная кривая.

Необходимым условием развития сельского хозяйства России, в том числе Рязанской области, является повышение его экономической эффективности. На участках цикличного орошения получена прибавка урожая +10,2%. ' Уровень рентабельности повысился на 51%. Производительность труда возросла, а производственные затраты снизились на 8,3%. Чистый доход с 1 га вырос на 22,1% и составил 333,89 руб. (в ценах 1998 г.).

Общий экономический анализ будет неполным, если не учесть тот ущерб, который приносит окружающей среде загрязнение водоемов сточными водами, что делает их в некоторых случаях ограниченно пригодными или непригодными для водоснабженнями.

Величина предотвращенного экономического ущерба (водоохранный эффект) в следствие почвенной очистки загрязняющих веществ составила 0,95 руб. на 1 м3 сточных вод.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ И ВЫВОДЫ

1. Орошение сточными водами свинокомплексов следует рассматривать в двух аспектах: как их утилизацию и как получение дополнительного водного ресурса, что имеет большое значение в Центральном регионе Нечерноземья.

2. Результаты наших исследований и 20-ти летний опыт применения сточных вод свинокомплекса на серых лесных почвах показали, что орошение ими позволило:

-улучшить водно-физических свойства почвы: в слое 0-25 см порозность увеличилась на 2,76%, содержание воздуха возросло на 1,6%, плотность снизилась на 0,ЗЗг/см3;

-увеличить содержание наиболее агрономически ценных агрегатов размером 1,0...5,0 мм на 11,46 % по сравнению с исходным. В то же время длительное непрерывное орошение с использованием сточных вод привело к уменьшению порозности на 5,97%, плотность возросла на 0,24 г/см3, содержание воздуха снизилось на 16,14%;

-улучшить питательный режим почв: по сравнению с исходным содержание N общ. возросло на 1,12 мг/100 г почвы, N нитратов возросло на 1,72 мг, а N амм. - на 0,41 мг/100 г почвы, подвижного фосфора - на 4,85 мг, обменного калия - на 8,00 мг/100 г почвы ; рН сместилась с 5,3 до 6,85, содержание гумуса увеличилось на 0,8%. В то же время длительное орошение с использованием сточных вод привело к снижению содержания гумуса в почве на 0,31% вследствие быстрой его минерализации;

-увеличить содержание в почве валовых форм тяжелых металлов. Так показатель суммарного загрязнения почвы составило в слое 0-25 см 1,33 , в слое 25-50 - 1,29. Непрерывное длительное орошение сточными водами свинокомплекса "Искра" Рязанского района Рязанской области в течение 20-ти лег привело к накоплению тяжелых металлов и микроэлементов в почве: содержание Мп возросло на 125 %, Со - на 214%, 2п - на 152%, Си - на 151%;

-усилить процесс разложения органических веществ путем стимулирования целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Так, целлюлозоразрушающая активность почвы составила 74% за 3 месяца экспозиции, в то время как на контроле 54%.

3. Трехлетнее орошение и 20-ти летнее использование сточных вод свинокомплексов на земледельческих полях многолетних трав способствовало:

-росту урожайности трав. Так, в среднем прибавка к контролю составила 36%;

-стимулированию физиологических процессов в растениях вследствие высокого содержания в оросительной воде питательных веществ, при этом водопотребление трав возросло на 39%. В то же время коэффициент водопотребления на единицу продукции составил 0,034 м3/т. Выявлена зависимость водопотребления от урожайности и нормы внесения сточных вод по азоту;

-улучшению качества растениеводческой продукции: содержание протеина возросло на 4%, клетчатки - на 4% (по сравнению с контролем), вместе с тем происходит накопление N нитратов в зависимости от срока

орошения. Опасный предел 0,11% сухого вещества не превышается при внесении сточных вод нормой N 300 кг/га;

-увеличению содержания в продукции тяжелых металлов и микроэлементов. По сравнению с контролем общее загрязнение ими составило 1,44 на вар. N 300, содержание тяжелых металлов в продукции при длительном непрерывном орошении возросло по сравнению с исходным : Мп - на 83%, Со - на 86%, Си - на 49%, 7л - на 50%, РЬ - на 51%, Мо - на 100%, В - на 30%, № - на 66%;

-росту трав, что является дополнительным резервом увеличения производства кормов для животноводства. Высота злаковых трав на ЗПО увеличилась: овсянница луговая на 25%, тимофеевка луговая на 20% по сравнению с контрольными растениями, а доля бобовых, наоборот, уменьшилась и составила через 3 года всего 4,5% от зеленной массы.

4. Орошение с использованием сточных вод свинокомплексов оказывает влияние на гидрохимический и санитарно-бактериологический состав поверхностных и лизиметрических вод:

- возрастает содержание загрязняющих веществ в поверхностных водах - аммиака до 11,5 мг, нитритов - 3,8 мг, нитратов - 9,8 мг/дм3, что в несколько десятков раз превышает ПДК. Процесс самоочищения вод начинается осенью после завершения поливного периода и протекает медленно. Поверхностные воды не соответствуют СаНПиН, содержание в них микроорганизмов очень высокое, поверхностные воды в зоне влияния ЗПО и свинокомплексов бактериально загрязнены;

-увеличению в лизиметрических водах содержания N аммиачного в 4 раза выше ПДК, ухудшению санитарно-бактериального состояния лизиметрических вод сразу после полива стоками. Процесс самоочищения протекал на варианте N300 эффективно и к 28...30 суткам лизиметрические воды соответствовали санитарной норме.

5. Предложена новая технология цикличного орошения с использованием сточных вод свинокомплексов серых лесных почв: в течение двух лет орошение производится только природной водой, в последующие четыре года - с использованием сточных вод нормой 300 кг/га зота, что позволит снизить и предотвратить дальнейшее загрязнение почв, вод и растениеводческой продукции.

6. Внедрение цикличного орошения с использованием сточных вод позволило снизить производственные затраты на 8,3%. Чистый доход с 1 га вырос на 22,1%, прибавка составила 333,89, на 51,0% повысилась рентабельность, выросла производительность труда (в ценах 1998 г.). Величина предотвращенного экономического ущерба (водоохранного эффекта), полученного в результате почвенной очистки сточных вод при их распределении на ЗПО составила 0,95 руб. на 1м2 стоков.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Мажайский Ю.А., Желязко В.И., Захарова O.A. и др. Экологические проблемы утилизации сточных вод на водосборах Рязанской области/ Информационный листок РЦНТИ, Рязань, 1994. -4 с.

2. Захарова O.A. Обоснование необходимости и выбор методики исследований влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на серые лесные почвы и многолетние травы // Сборник научных работ и материалов Всероссийской научно-практической конференции «Творческое наследие П. А. Костычева и его развитие в современном земледелии», посвященного 150-летию со дня его рождения. - Рязань, 1996. - С. 212-213.

З.Захарова O.A. Обоснование необходимости оценки влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на санитарное состояние почв Рязанской области // Сб. Научн. тр. РГСХА. - Рязань, 1996. - С. 268 - 269.

4. Захарова O.A., Игнатенок В.А. Влияние орошения с использованием сточных вод свинокомплексов серых лесных почв на урожайность многолетних трав/ Инф. листок РЦНТИ №153-96, Рязань, 1996. - 4 с.

5. Захарова O.A., Гончарова E.H. Санитарное состояние серых лесных почв, орошаемых сточными водами свинокомплекса/ Инф.листок РЦНТИ №52-96, Рязань, 1996. - 4 с.

6. Захарова O.A. Содержание азотных соединений в лизиметрических водах при орошении с использованием сточных вод свинокомплексов серых лесных почв Нечерноземной зоны РФ // Тезисы докл. научн.-практ. конф. «Возрождение Российского села», Рязанское отделение Петровской Академии наук и искусств. -Рязань, 1997. - С.103 - 104.

7. Захарова O.A. Исследование влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на гидрохимический состав поверхностных вод // Сб. Научн. тр. «Современные экологически устойчивые энерго- и ресурсосберегающие технологии и системы сельскохозяйственного производства и защиты окружающей среды». - Рязань, 1997. - С.21 - 25.

8. Захарова O.A., Бочкарев Я.В. Исследование влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на водный режим серых лесных почв Нечерноземья // Сб. Научн. тр. РГСХА, Т.1, 1997.-С. 224-227.

9. Кузин A.B., Захарова O.A. Мероприятия по улучшению экологического состояния малых водотоков //Материалы второй научно-практической конференции «Человек. Экология. Здоровье», Рязань, 1997.-С. 37-38.

10. Захарова O.A. Исследование влияния орошения с использованием сточных вод свинокомплексов на содержание тяжелых металлов в растениеводческой продукции // В сб. «Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства. - Рязань, 1998.

-С. 12-15.