Главная | О ТБО | Литература | Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства |
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), рНКС[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).
Варианты опыта |
Гумус, % |
рНксі |
Мг-экв. на 100 г почвы |
V, % |
Р2О5 К2О |
||||
S |
Нг |
Ca |
Mg
|
мг/кг |
|||||
Контроль (без удобрений) |
1,77 |
4,2 |
20,8 |
4,8 |
13,4 |
3,9 |
81 |
124 |
126 |
Навоз 40 т/га |
1,86 |
4,3 |
22,2 |
4,6 |
14,3 |
3,8 |
83 |
153 |
148 |
ОСВ 40 т/га* |
1,91 |
4,3 |
21,6 |
4,6 |
14,3 |
3,6 |
83 |
207 |
169 |
ОСВ 40 т/га** |
1,85 |
4,4 |
21,9 |
4,6 |
14,2 |
4,3 |
83 |
223 |
145 |
ОСВ 60 т/га** |
1,84 |
4,3 |
21,4 |
4,7 |
13,9 |
4,3 |
82 |
212 |
129 |
ОСВ 60 т/га + углеотходы 6 т/га |
1,84 |
4,3 |
21,2 |
4,9 |
13,0 |
1,8 |
81 |
320 |
154 |
N60P60K60 - фон |
1,86 |
4,1 |
24,4 |
5,2 |
13,3 |
3,9 |
82 |
321 |
179 |
Фон + Навоз 40 т/га |
1,96 |
4,1 |
20,5 |
5,6 |
12,9 |
2,2 |
79 |
413 |
221 |
Фон + ОСВ 40 т/га* |
2,01 |
4,1 |
20,8 |
5,8 |
13,1 |
2,5 |
78 |
388 |
203 |
Фон + ОСВ 40 т/га** |
1,98 |
4,1 |
19,5 |
6,0 |
12,9 |
3,5 |
77 |
428 |
168 |
ОСВ 60 т/га** |
2,00 |
4,1 |
20,9 |
6,0 |
13,3 |
4,0 |
78 |
375 |
184 |
ОСВ 60 т/га + углеот-ходы 6 т/га |
1,92 |
4,0 |
21,5 |
6,1 |
14,5 |
3,4 |
78 |
357 |
240 |
НСР05 |
0,10 |
0,1 |
1,5 |
0,4 |
0,9 |
Рф<Бт |
2 |
57 |
44 |
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 рНКС1 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.
Варианты |
Целлюлозолитическая активность, % |
|||||
2011 г. |
Отклонение от |
2012 г. |
Отклонение от |
|||
контроля |
фона
|
контроля |
фона |
|||
Контроль (без удобрений) |
7 |
- |
- |
18 |
- |
- |
Навоз 40 т/га |
16 |
10 |
- |
22 |
4 |
- |
ОСВ 40 т/га* |
14 |
7 |
- |
18 |
0 |
- |
ОСВ 40 т/га** |
13 |
7 |
- |
10 |
-6 |
- |
ОСВ 60 т/га** |
8 |
2 |
- |
26 |
8 |
- |
ОСВ 60 т/га +углеотходы 6 т/га** |
10 |
3 |
- |
24 |
6 |
- |
КбоРбоКбо - фон |
8 |
1 |
- |
25 |
7 |
- |
Фон + навоз 40 т/га |
18 |
11 |
11 |
37 |
19 |
13 |
Фон + ОСВ 40 т/га** |
16 |
10 |
9 |
33 |
15 |
8 |
Фон + ОСВ 40 т/га** |
16 |
9 |
9 |
33 |
15 |
9 |
Фон + ОСВ 60 т/га** |
11 |
4 |
3 |
29 |
11 |
5 |
Фон + ОСВ 60 т/га + углеотходы 6 т/га** |
13 |
7 |
6 |
23 |
5 |
-2 |
НСР05 |
- |
6,6 |
- |
6,2 |
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.
Варианты |
Колошение |
Полная спелость |
||
0-10 |
10-20 |
0-10 |
10-20 |
|
1. Контроль (без удобрений) |
0,86 |
0,85 |
1,6 |
1,5 |
2. ^Р60К60 - фон |
0,83 |
0,85 |
1,5 |
1,4 |
3. Фон + навоз 40 т/га |
0,85 |
0,72 |
1,4 |
1,2 |
4. Фон + ОСВ 40 т/га |
0,81 |
0,80 |
1,3 |
1,4 |
НСР 05 |
0,07 |
0,03 |
0,15 |
0,15 |
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.
Клевер 2 г.п. |
Ячмень яровой |
|||||
Варианты опыта |
Урожай- |
Отклонение от |
Урожай- |
Отклонение от |
||
ность, т/га |
контроля |
фона |
ность, т/га |
контроля |
фона |
|
Контроль (без удобрений) |
4,10 |
- |
- |
2,99 |
- |
- |
Навоз 40 т/га |
4,85 |
0,75 |
- |
3,50 |
0,51 |
- |
ОСВ 40 т/га* |
4,74 |
0,64 |
- |
3,47 |
0,48 |
- |
ОСВ 40 т/га** |
4,46 |
0,36 |
- |
3,00 |
0,01 |
- |
ОСВ 60 т/га** |
4,46 |
0,36 |
- |
2,95 |
-0,04 |
- |
ОСВ 60 т/га +углеотходы 6 т/га** |
4,32 |
0,22 |
- |
3,42 |
0,43 |
- |
КбоРбоКбо - фон |
4,14 |
0,04 |
- |
4,02 |
1,03 |
- |
Фон + навоз 40 т/га |
4,44 |
0,35 |
0,31 |
3,68 |
0,69 |
-0,34 |
Фон + ОСВ 40 т/га* |
4,39 |
0,29 |
0,25 |
4,21 |
1,22 |
0,19 |
Фон + ОСВ 40 т/га** |
4,18 |
0,08 |
0,05 |
4,20 |
1,21 |
0,18 |
Фон + ОСВ 60 т/га** |
3,90 |
-0,20 |
-0,24 |
4,06 |
1,07 |
0,04 |
Фон + ОСВ 60 т/га +углеотходы 6 т/га** |
4,19 |
0,09 |
0,05 |
4,24 |
1,25 |
0,22 |
НСР05 |
- |
0,50 |
- |
0,26 |
Минеральные удобрения вносили под предшествующие зерновые культуры -озимую рожь и яровую пшеницу - в дозе ]ЧбоРбоКбо, 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 КбоРбоКбо 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).
Варианты опыта |
Cd |
Pb |
Zn |
Си |
Контроль (без удобрений) |
0,10 |
0,92 |
31,50 |
14,65 |
Навоз 40 т/га |
0,10 |
0,83 |
30,00 |
15,50 |
ОСВ 40 т/га* |
0,11 |
0,75 |
44,00 |
16,75 |
ОСВ 40 т/га** |
0,12 |
1,00 |
45,00 |
16,50 |
ОСВ 60 т/га** |
0,12 |
1,00 |
49,00 |
15,10 |
ОСВ 60 т/га +углеотходы 6 т/га** |
0,12 |
1,00 |
46,25 |
15,00 |
N6oP6oK6o - фон |
0,10 |
0,75 |
31,63 |
14,65 |
Фон + навоз 40 т/га |
0,10 |
0,67 |
37,50 |
15,00 |
Фон + ОСВ 40 т/га* |
0,11 |
0,75 |
55,00 |
14,75 |
Фон + ОСВ 40 т/га** |
0,11 |
1,66 |
39,00 |
15,50 |
Фон + ОСВ 60 т/га** |
0,11 |
1,00 |
36,50 |
16,00 |
Фон + ОСВ 60 т/га + углеотходы 6 т/га** |
0,10 |
0,67 |
25,00 |
13,00 |
НСР05 |
0,01 |
0,15 |
6,5 |
1,35 |
МДУ |
0,3 |
5,0 |
50 |
30 |
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.
Социальные сети