Применение осадка сточных вод в качестве нетрадиционных органических удобрений, их влияние на свойства дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы и качество продукции полевых культур

Введение. Одной из важнейших проблем являются отходы жизнедеятельности больших городов. Примером таких отходов являются осадки сточных вод (ОСВ), складируемые в терриконах и на полях фильтрации, загрязняющие значительные площади и вызывающие все большие опасения.

Пермский край является одним из наиболее техногенно загрязненных районов Северо-Восточного региона европейской части РФ (Иванов В.А., 1992). Поэтому встает вопрос об их утилизации. Одним из методов утилизации может служить применение их в сельском хозяйстве в качестве нетрадиционных органических удобрений.

Установлено, что под влиянием ОСВ значительно улучшаются агрохимические показатели почв: уменьшается обменная и гидролитическая кислотность, повышается содержание гумуса, подвижного фосфора, минерального азота и степень насыщенности основаниями. Обогащение почвы органическим веществом при внесении ОСВ положительно влияет на ее плотность, структурно-агрегатный состав и водопрочность почвенных частиц, улучшает водно-воздушный режим почвы (Денисов, 2007; Лучицкая, 2007).

Однако широкое использование ОСВ в качестве удобрений ограничивается высоким содержанием тяжелых металлов, которые могут накапливаться в почве и продукции растениеводства. Содержание тяжелых металлов в осадках колеблется в широких пределах и в ряде случаев превышает установленные допустимые концентрации (Стратегия использования осадков.. , 2002).

В связи с этим целью исследования является изучение влияния нетрадиционных органических удобрений (осадков сточных вод) на урожайность и качество клевера лугового и ячменя, а также агрохимические свойства и биологическую активность дерново-подзолистой почвы.

Методы исследований. Исследования проводили на базе длительного стационарного опыта, заложенного в 1976 г., в типичном севообороте (чистый пар-озимая рожь - яровая пшеница+клевер - клевер 1г.п.-клевер 2г.п.-ячмень-овес) на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве Пермского НИИ сельского хозяйства.

Почва опытного участка дерново-мелкоподзолистая тяжелосуглинистая слабокислая (4,8) с содержанием гумуса 2,2%; подвижного фосфора -154; обменного калия -170 мг/кг; сумма обменных оснований 18,1мг-экв. на 100 г почвы.

Схема опыта: 1. Контроль; 2. Навоз 40 т/га; 3. ОСВ 40 т/га ; 4. ОСВ 40 т/га ; 5. ОСВ 60 т/га ; 6. ОСВ 60 т/га + углеотходы 6 т/га ; 7. Н^Р^К^ - фон; 8. Фон + навоз 40 т/га; 9. Фон + ОСВ 40 т/га*; 10. Фон + ОСВ 40 т/га ; 11. Фон + ОСВ 60 т/га ; 12. Фон + ОСВ 60 т/га + углеотходы 6 т/га

- ОСВ (натуральной влажности) вносили в чистом пару в I, II, III, IV и V ротациях севооборота.

- ОСВ (натуральной влажности) вносили в чистом пару I и II ротаций севооборота. Минеральные удобрения (Н₆₀Р₆₀К₆₀) вносили под все зерновые культуры севооборота под предпосевную культивацию в виде аммиачной селитры или мочевины, простого суперфосфата и хлористого калия. Повторность вариантов 3-кратная.

Размещение - систематическое, в 4 яруса. Опыт однофакторный. Общая площадь делянки 47,5 м²(9,5х5,0). Площадь под опытом 1,6 га. Агротехника в опыте общепринятая для культур центральной зоны Пермского края.

Валовое содержание тяжелых металлов в составе ОСВ имеет следующие величины (мг/кг): для кадмия (Сс1) - 21,00; свинца (РЬ) - 43; никель (N1) -273; хром (Сг) - 648; для цинка (2и) - 224, меди (Си) - 242, мышьяка (Л8) - 8, ртути (Н_) -1.

Для определения химического, физического состава почвы пользовались следующими методиками: содержание гумуса по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-84), рН_КС[потенциометрическим методом по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), гидролитическую кислотность по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91), сумму поглощенных оснований по методу Каппена-Гильковица (ГОСТ 27821-88), содержание подвижного фосфора и обменного калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-91), плотность почвы в образцах с ненарушенным сложением, целлюлозолитическую активность почвы -аппликационным методом. Определение концентрации тяжелых металлов в растительных образцах проводили методом атомно-абсорбционной спектроскопии.

Результаты и обсуждение. При внесении ОСВ в почву в качестве органических удобрений наблюдались изменения в агрохимическом состоянии почвы.

Регулярное внесение 40 т/га ОСВ в течение пяти ротаций севооборота достоверно увеличило содержание гумуса в пахотном горизонте дерново-подзолистой почвы (0-20 см) с 1,77 в контрольном варианте до 1,91%, а при внесении навоза КРС 40 т/га отмечена только тенденция (таблица 1).

Применение ОСВ в дозе 40 т/га как при систематическом внесении, так и в последействии, а также при совместном применении с углеотходами достоверно повысило в почве содержание подвижного фосфора на 83-196 мг/кг, в отношении подвижного калия наблюдали тенденцию к увеличению на 19-43 мг/кг. В варианте, где изучали последействие ОСВ в дозе 60 т/га , отмечено увеличение только фосфора на 88 мг/кг, содержание калия сохранилось на уровне контроля. Полученные результаты можно объяснить тем, что содержание фосфора в используемых осадках превосходило содержание калия в 6 и более раз.

Использование ОСВ в дозе 40 т/га (систематическое внесение, последействие) и навоза положительно повлияло на ППК почвы. На уровне тенденции возросла сумма обменных оснований с 20,8 (контроль) до 21,6-22,2 и снизилась гидролитическая кислотность с 4,8 до 4,6 мг-экв./100 г, в результате чего степень насыщенности основаниями (V) увеличилась с 80 до 83%. Содержание кальция повысилось (достоверно) с 13,4 до 14,2-14,3 мг-экв./100 г. Показатель рН_КС1 увеличился с 4,2 до 4,34,4. Совместное применение ОСВ и навоза с минеральными удобрениями привело к снижению гидролитической кислотности почвы с 5,2 (фон) до 5,6-6,0 мг-экв./100 г. Четких закономерностей по влиянию удобрений на содержание в почве магния выявлено не было.

Таким образом, применение ОСВ не уступало традиционному органическому удобрению - навозу по положительному влиянию на агрохимические свойства почвы: отмечено повышение содержания гумуса, подвижного фосфора, обменного калия, улучшение показателей ППК. Интенсивность разложения целлюлозы в условиях 2011 г. на контрольном варианте составила 7, а в 2012 г. - 18 %, что обусловлено разными климатическими условиями в течение изучаемых вегетационныхпериодов (таблица 2).

На вариантах с ОСВ 40 т/га, как при систематическом внесении, так и при изучении последействия, целлюлозолитическая активность почвы увеличилась на 7% (по отношению к контролю), на фоне минеральных удобрений в данных вариантах биологическая активность почвы возросла на 9%. В 2012 г. в серии без минеральных удобрений наибольший процент разложения обеспечил осадок сточных вод в дозе 60 т/га.

В 2011 г. на фоне К₆₀Р₆₀К₆₀ в варианте ОСВ 60 т/га** отмечена только тенденция к увеличению целлюлозолитической активности. В 2012 г. на фоне минеральных удобрений этот показатель существенно повысился в вариантах с внесением навоза 40 т/га, ОСВ 40т/га при систематическом внесении и в последействии (15%). Однако в варианте ОСВ 60 т/га + углеотходы 6 т/га на фоне минеральных удобрений существенного увеличения микробиологической активности не наблюдалось. В посевах ячменя определяли плотность сложения пахотного горизонта почвы по фазам развития культуры (колошение, полная спелость) на глубине 0-10 и 10-20 см. Степень уплотненности почвы имеет большое значение для нормального развития корневой системы растений. От этого показателя также зависят водно-воздушные, тепловые и биологические свойства.

Как следует из таблицы 3, плотность сложения почвы уменьшается на глубинах 0-10 и 10-20 см в вариантах с применением органических удобрений, как в фазу колошения, так и в фазу полной спелости. Менее плотной, является почва в варианте: фон + ОСВ 40 т/га на глубине 0-10 см, на глубине 10-20 см - фон + навоз 40 т/га.

Таким образом, органические удобрения разуплотняют почву на глубине 0-20 см, однако на глубине 0-10 наиболее эффективными оказались варианты с применениєм осадкасточных вод на фоне минеральных удобрений, на глубине 10-20 см -навоз, что способствовало формированию более высокой урожайности ячменя. В опыте отмечены аналогичные результаты по влиянию органических удобрений на влажность почвы.

Внесение осадка сточных вод оказало влияние и на урожайность клевера 2 г.п. и ячменя. Урожайность клевера на контроле составила 4,10 т/га сена (воздушно-сухое вещество 16% влажности) (таблица 4). Регулярное внесение ОСВ и навоза по 40 т/га в чистом пару обеспечило достоверное повышение урожайности клевера лугового 2 г.п. на 0,64 и 0,75 т/га соответственно. В вариантах, где изучали последействие нетрадиционных органических удобрений - ОСВ 40 и 60 т/га** и ОСВ 60 т/га +углеотходы 6 т/га** (вносили в I и II ротациях севооборота), отмечено повышение урожайности на уровне тенденции - на 0,22-0,48 т/га.

Минеральные удобрения вносили под предшествующие зерновые культуры -озимую рожь и яровую пшеницу - в дозе ]Ч_боР_боК_бо, на клевере изучали последействие. На этом фоне действие и последействие органических удобрений проявилось в меньшей степени: отмечены тенденции к увеличению урожайности, а в варианте ОСВ 60 т/га** - тенденция к снижению на 0,24 т/га.

Урожайность ячменя на контроле составила 2,99 т/га. Максимальные прибавки на фоне без удобрений наблюдались в вариантах: навоз 40, 60 т/га и ОСВ 40 т/га, ОСВ 60 т/га + углеотходы 6 т/га (0,51-0,70). В остальных вариантах также отмечена несущественная прибавка. Внесение минеральных удобрений способствовало повышению урожайности ячменя на 0,18-1,20 т/га. В серии К_боР_боК_бо выделился вариант навоз 60 т/га (4,30 т/га). Последействие ОСВ 40 т/га (удобрение вносили в 1986

г. ) по влиянию на урожайность ячменя не уступило систематическому внесению ОСВ 40 т/га. Разница между действием навоза и ОСВ находится в пределах НСР.

Таким образом, к концу ротации севооборота (ячмень - б-я культура) действие органических удобрений затухает, а минеральные удобрения (1ЧРК в дозе 60 кг

д. в./га каждого вида), внесенные под ячмень, обеспечили увеличение урожайности.

Характер накопления ТМ полевыми культурами зависит от многих факторов: уровня содержания ТМ в почве и свойств элементов, свойств почвы, форм и доз применяемых удобрений, а также биологических особенностей вида растений и погодных условий вегетационного периода. Применение ОСВ (систематическое, последействие) достоверно повысило в растениях клевера содержание СсС в 1,1-1,2 (по отношению к контролю), 2и в 1,4-1,6 и Си в 1,1 раза (таблица 5).

Использование ОСВ неоднозначно повлияло на концентрацию в растениях РЬ. В варианте с регулярным внесением ОСВ 40 т/га отмечено достоверное снижение содержания РЬ на 18%, а при изучение последействия (ОСВ 40 и 60 т/га**) наблюдали тенденцию к увеличению на 9%, в то время как в почве концентрация подвижных и кислоторастворимых форм данного элемента была выше контрольного варианта в 1,4-2,3 раза.

Применение минеральных удобрений Н^Р^К^о (под зерновые культуры севооборота) существенно не повлияло на содержание в клевере Сс1, 2и, Си и достоверно снизило концентрацию РЬ на 18% (к контролю). Содержание ТМ в клевере при использовании ОСВ находилось в пределах установленных МДУ, т.е. полученный урожай может быть использован на кормовые цели.

Следовательно, использование осадка сточных вод в качестве нетрадиционных органических удобрений положительно сказалось на агрохимических, агрофизических и биологических свойствах почвы, а также на урожайности клевера лугового, ячменя и на качестве продукции.