Применение шламовых отходов водоочистки теплоэлектростанций в качестве химического мелиоранта

Введение. В структуре сельскохозяйственных земельных территорий Украины присутствуют значительные площади кислых почв. Их эффективное плодородие значительно ниже по сравнению с плодородием обычных почв. Для коренного улучшения свойств кислых почв наряду с агротехническими и водно-мелиоративными мероприятиями проводят химическую мелиорацию, а именно известкование.

Систематическое применение химических мелиорантов, удобрений определенным образом влияет на содержание химических элементов в почве и их накопление в растениях. В частности, при использовании осадков сточных вод и других отходов в качестве удобрений при систематическом их применении необходимо учитывать ПДК того или другого элемента в почве и динамику его накопления [1]. Актуальность проблемы контроля загрязнения почв и их влияния на биоту почвы определяется тем, что почва является важным экологическим звеном связей биосферы, в котором наиболее интенсивно происходит взаимодействие живой и неживой материи [2].

Для экологической оценки состояния почв после применения промышленных отходов в качестве мелиорантов, удобрений широко применяется метод ростового теста, который заключается в учете изменений показателей роста проростков индикаторной растительной культуры, выращенной на исследуемых образцах почвы. Метод биотестирования позволяет установить наличие или отсутствие токсичного эффекта действия почвы на ростовые процессы растений.

Целью работы было исследовать эффективность применения шламовых отходов водоочистки теплоэлектростанций (ТЭС) в качестве химического мелиоранта для восстановления плодородия кислых почв при условии предупреждения их загрязнения. Для этого необходимо решить следующие задачи:

• исследовать эффективность применения шлама водоочистки ТЭС в качестве химического мелиоранта кислых почв по сравнению с действием традиционного мелиоранта- извести;
• исследовать влияние почв после известкования на растения с применением метода биотестирования - ростового теста.

Материалы и методы исследования. Для проведения исследований пробы слабокислых почв (черноземы подзолистые суглинковые) были отобраны в Козель-щинском районе Полтавской области на территориях с условиями почвообразования, способствующими формированию кислых почв. Пробы почв из пахотного слоя глубиной 0,25-0,30 см отбирались согласно ДСТУ 4287:2004 «Якість ґрунту. Відбирання проб».

Объединенная проба каждой почвы состояла из 5 точечных проб. Средняя проба каждого образца почвы формировалась методом квартования. Для проведения анализа кислотности почв, лабораторных исследований по известкованию и биотестированию из почвы удаляли "скелет" с получением фракции "мелкозема" согласно ДСТУ ISO 11464-2001 «Якість ґрунту. Попередня обробка зразків для фізико-хімічного аналізу», ДСТУ ISO 10381-6-2001 «Якість ґрунту. Відбір проб. Частина 6. Настанови щодо відбору, обробки та зберігання ґрунту». Определение гидролитической кислотности исследуемых образцов почвы проводили согласно ГОСТ 26212-91 «Почвы.

Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО». В качестве кальцийсодержащих материалов для известкования использовали альтернативный химический мелиорант- шламовый отход водоочистки Кременчугской ТЭЦ и для сравнения традиционный мелиорант- известь. Указанные отходы промышленности содержат определенное количество СаСО₃. При расчете физической нормы внесения известковых материалов учитывали поправки на содержание влаги, примесей и недействующего СаСО₃ (по тонине помола). Для исследования влияния почвы после внесения мелиорантов на ростовые процессы растений использовали метод биотестирования.

Результаты исследования. По результатам анализа почв было установлено, что гидролитическая кислотность исходных проб составляет:

• почва № 1 - 5,30 мг-экв/100 г почвы;
• почва № 2 - 3,53 мг-экв/100 г почвы;
• почва № 3 - 4,70 мг-экв/100 г почвы.

Согласно данным таблицы 1, исследуемые почвы требуют первоочередного известкования независимо от зоны их географического расположения.

Дозу СаСО₃ для известкования почв определяли по величине гидролитической кислотности по формуле:

Д=0,5-Нр-8-Ь-а/1000, (1)

где Д - доза СаСО3, т/га; Н_Г - гидролитическая кислотность почвы, мг-экв/100 г почвы; 8 - площадь территории, га; И - глубина пахотного слоя, м; сС - объемный вес почвы, г/см .

После внесения химических мелиорантов (шлама, извести) пробы почв оставляли для раскисления на 14 суток при температуре +25^оС. Результаты последующего анализа исследуемых образцов почвы на гидролитическую кислотность приведены в таблице 2.

Согласно результатам определения гидролитической кислотности почв после известкования кальцийсодержащими материалами (шлам, известь) было установлено, что гидролитическая кислотность обработанных образцов почв соответствует нейтральным значениям рН, что свидетельствует об эффективном действии химических мелиорантов. При этом использование шламовых отходов водоочистки ТЭЦ по эффективности не уступает действию традиционного химического мелиоранта - извести. Наблюдается улучшение структуры почвы, изменение её физико-химических свойств, повышение биологической активности.

Для исследования вероятного наличия фитотоксического действия почв вследствие применения в качестве химического мелиоранта шламовых отходов водоочистки ТЭЦ использовали метод биотестирования: «Ростовой тест» по методике Горовой А.И. В ростовом тесте контролируют интенсивность роста индикаторного растения, семена которого проращивают на исследуемой и контрольной почве, фиксируя следующие показатели:

• энергия прорастания растений;
• высота проростков;
• длина корня;
• сухая масса надземной и подземной части проростков и др.

В работе была использована тест-культура с мелкими семенами - редис КаркапштИушч&х. ШИУШ\\. Семена откалиброванные с проведением предпосевной обработки, приобретены на Весело-Подолянской научно-исследовательской селекционной станции. В работе был использован метод проращивания тестовой культуры в чашках Петри. Контрольным субстратом служила исследуемая почва без внесения химическихмелиорантов. Исследования во всех вариантах проводили в трех повтор-ностях.

По результатам исследования биопараметров роста тестовой культуры на образцах почв установлено, что результаты эксперимента статистически незначимо отличаются от контрольного опыта (значение X <г^ ^ - 1; 0,05) = 1,96). Отсутствие статистически значимой разницы между средними значениями биопараметров в контрольных и исследуемых образцах свидетельствует об отсутствии фитотоксического действия почв на растения после известкования.

Сравнительный анализ применения для известкования кислых почв традиционного и альтернативного материалов (соответственно извести и шламовых отходов водоочистки ТЭЦ) показал одинаковый позитивный эффект при проращивании тестовой культуры на исследуемых образцах почв (рисунок).

Выводы.

• Шлам водоочистки ТЭС эффективно на уровне традиционного химического мелиоранта извести изменяет реакцию почвенного раствора (рН) и на кислых почвах может быть рекомендован как альтернативный кальцийсодержащий химический мелиорант.
• Почвы после применения шламовых отходов водоочистки ТЭС в качестве химического мелиоранта с учетом норм дозирования при известковании не проявляют фитотоксического действия по показателям роста проростков тестовой культуры при исследовании методом биотестирования ("Ростовой тест").