Научная статья на тему 'Агроэкологи-ческая оценка характерных для Калужской области старопахотных легких дерново-подзолистых почв после неоднократного применения свежих и обезвоженных осадков сточных вод'

Агроэкологи-ческая оценка характерных для Калужской области старопахотных легких дерново-подзолистых почв после неоднократного применения свежих и обезвоженных осадков сточных вод Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
318
169
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АГРОЭКОЛОГИЯ / АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА / ПОДЗОЛИСТЫЕ ПОЧВЫ / ОСВ / ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / AGROECOLOGY / EGROECOLOGICAL EVALUATION / PODZOLUVISOLS / SLUDGE / HEAVY METALS

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Васенев И. И., Сюняев Н. К., Бадарч Б.

Исследования проводили с целью агроэкологической оценки последействия неоднократного применения стандартных и технологически допустимо высоких доз свежих и обезвоженных осадков сточных вод на основные параметры плодородия и содержание ТМ в характерных для Калужской области старопахотных дерновоподзолистых почвах легкого гранулометрического состава. Схема опыта включала 7 вариантов: контроль (без удобрений); N 60-120P 30-60K 601-20; навоз - 30 т/га по сухому веществу (СВ); осадок сточных вод (ОСВ) - 10 т/га по СВ; обезвоженный ОСВ (ООСВ) - 10 т/га по СВ; ОСВ - 200 т/га по СВ; ООСВ - 200 т/га по СВ. Стандартные дозы NPK, навоза, ОСВ и ООСВ вносили циклами 1 раз в 3 года в 2001, 2004, 2007 и 2010 гг. Технологически допустимо высокие дозы осадков (200 т/га) заделывали в 2001 и 2004 гг. - для оценки последействия стрессового воздействия на почвы в агроландшафтах, прилегающих к иловым площадкам очистных сооружений канализации. В качестве фоновой исследовали лесную дерновосреднеподзолистую супесчаную почву на ключевом участке в 60 м от полевого опыта (на том же элементе мезорельефа). Установлено очевидное преимущество высоких доз (200 т/га) ОСВ над стандартными (10 т/га) в плане улучшения таких диагностических показателей плодородия старопахотных супесчаных дерновоподзолистых почв, как кислотность, содержание органического вещества, подвижного фосфора и обменного калия. Отдельно следует отметить качественное уменьшение плотности сложения и увеличение влажности пахотного горизонта. В то же время применение стандартных доз ОСВ и ООСВ не сопровождается значительным увеличением содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах исследуемых почв. Использование технологически допустимо высоких доз приводит к кратному росту их содержания со значительным превышением ОДК валовых форм (по кадмию в 2,7 5,4 раза, по цинку - в 2-4 раза), что диагностирует недопустимо высокий уровень загрязнения пахотных горизонтов для большинства сельскохозяйственных культур. При этом отмечается значительное (в 2 раза) снижение загрязнения почв ТМ в случае применения обезвоженных осадков сточных вод, по сравнению со свежым ОСВ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Васенев И. И., Сюняев Н. К., Бадарч Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Agroecological evaluation derno-podzoluvisols with light texturt in the conditions long-term application sewage sludge

Researchers have been done for agroecological evaluation of the after-effect of multiple applications of the traditional and technologically acceptable high doses of the fresh and dehydrated sludge on key parameters of soil fertility and their heavy metals content in case of characteristic for the Kaluga region old arable sandy sod-podzoluvisols. The field experience includes 7 variants: control (without fertilizers); with traditional doses of NPK N60-120P30-60K60-120; with manure 30 t/ha at dry substance (DS); with sludge 10 t/ha at DS; with dehydrated sludge 10 t/ha at DS; with sludge 200 t/ha at DS; with dehydrated sludge 200 t/ha at DS. Traditional doses of NPK, the manure, sludge and dehydrated sludge have been applied in cycles of 1 time in 3 years: in 2001, 2004, 2007 and 2010. Technologically acceptable high doses of the sludge (200 t/ha) have been embedded in 2001 and 2004 for assessment of after-effect of the stressful impact on soils in agrolandscapes adjacent to sludge sites of the sewage-purification facilities. There has been investigated the background site with forest sandy sod-mid-podzoluvisols in 60 m from field experiment sites at the same element of a mesorelief. It is determined the obvious advantage of the sludge high doses (200 t/ha) over the traditional ones (10 t/ha) in improving such diagnostic parameters of the old arable sandy sod-podzoluvisols fertility as acidity, soil organic carbon, mobile phosphorus and exchange potassium content. Separately it should be note the qualitative decreasing in soil bulk density values and moisture increasing at the arable horizon. At the same time the application of traditional doses of the fresh and dehydrated sludge dose not result in substantial rise of heavy metals content in the investigated topsoil. Using the technologically acceptable high doses of sludge leads to multiple growth of HM content with considerable excess of their maximum permissible concentration (on cadmium in 2,7-5,4 times, on zinc in 2-4 times) that diagnoses the prohibitively high level of arable horizons pollution for the majority of agricultural crops. At the same time it is noted the significant (in 2 times) decreasing in soil heavy metals pollution in case of dehydrated sludge application in comparison with fresh one.

Текст научной работы на тему «Агроэкологи-ческая оценка характерных для Калужской области старопахотных легких дерново-подзолистых почв после неоднократного применения свежих и обезвоженных осадков сточных вод»

УДК 631.95

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ СТАРОПАХОТНЫХ ЛЕГКИХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПОСЛЕ НЕОДНОКРАТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ СВЕЖИХ И ОБЕЗВОЖЕННЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД*

И.И. ВАСЕНЕВ, доктор биологических наук, зав. кафедрой

Н.К. СЮНЯЕВ, кандидат биологических наук, зав. кафедрой

Б. БАДАРЧ, аспирант

РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева

E-mail: vasenev@timacad.ru

Резюме. Исследования проводили с целью агроэкологи-ческой оценки последействия неоднократного применения стандартных и технологически допустимо высоких доз свежих и обезвоженных осадков сточных вод на основные параметры плодородия и содержание ТМ в характерных для Калужской области старопахотных дерновоподзолистых почвах легкого гранулометрического состава. Схема опыта включала 7 вариантов: контроль (без удобрений); N60120P30 60K60120; навоз - 30 т/га по сухому веществу (СВ); осадок сточных вод (ОСВ) - 10 т/га по СВ; обезвоженный ОСВ (ООСВ) - 10 т/га по СВ; ОСВ - 200 т/га по СВ; ООСВ - 200 т/га по СВ. Стандартные дозы NPK, навоза, ОСВ и ООСВ вносили циклами 1 раз в 3 года в 2001, 2004, 2007 и 2010 гг. Технологически допустимо высокие дозы осадков (200 т/га) заделывали в 2001 и 2004 гг. - для оценки последействия стрессового воздействия на почвы в агроландшафтах, прилегающих к иловым площадкам очистных сооружений канализации. В качестве фоновой исследовали лесную дерновосреднеподзолистую супесчаную почву на ключевом участке в 60 м от полевого опыта (на том же элементе мезорельефа). Установлено очевидное преимущество высоких доз (200 т/га) ОСВ над стандартными (10 т/га) в плане улучшения таких диагностических показателей плодородия старопахотных супесчаных дерновоподзолистых почв, как кислотность, содержание органического вещества, подвижного фосфора и обменного калия. Отдельно следует отметить качественное уменьшение плотности сложения и увеличение влажности пахотного горизонта. В то же время применение стандартных доз ОСВ и ООСВ не сопровождается значительным увеличением содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах исследуемых почв. Использование технологически допустимо высоких доз приводит к кратному росту их содержания со значительным превышением ОДК валовых форм (по кадмию в 2,75,4 раза, по цинку - в 2-4 раза), что диагностирует недопустимо высокий уровень загрязнения пахотных горизонтов для большинства сельскохозяйственных культур. При этом отмечается значительное (в 2 раза) снижение загрязнения почв ТМ в случае применения обезвоженных осадков сточных вод, по сравнению со свежым ОСВ. Ключевые слова: агроэкология, агроэкологическая оценка, подзолистые почвы, ОСВ, тяжелые металлы.

Одна из ключевых задач современной агроэкологии - информационно-методическое обеспечение устойчиво высокой продуктивности агроэкосистем с исключением экологических рисков производства

* работа выполнена при частичной поддержке грантов Правительства РФ № 11.G34.31.0079 и РФФИ № 11-0401376.

некачественной продукции и загрязнения окружающей среды [1, 2]. Устойчивость продуктивности сельскохозяйственных культур зависит от уровня плодородия почвы, который, в значительной мере, определяется содержанием гумуса и регулярным применением органических удобрений. Для воспроизводства плодородия почвы в России требуется ежегодно вносить в среднем не менее 7 т органических удобрений на 1 га пашни (в переводе на подстилочный навоз) [3].

В условиях острого дефицита навоза возникает необходимость активного использования других источников органического вещества: сидератов, соломы, растительных остатков, сапропелей и осадков сточных вод (ОСВ) коммунального и промышленного хозяйства [4, 5]. Использование ОСВ в качестве удобрения позволяет одновременно решать и важную экологическую задачу - предотвращение загрязнения базовых компонентов окружающей среды [2, 6].

Правильное применение ОСВ в качестве комплексных ограно-минеральных удобрений, богатых азотом, фосфором и калием, позволяет рентабельно повышать плодородие почвы и урожайность культур. Одно из основных экологических ограничений, сдерживающих широкое применение ОСВ в качестве удобрения, - наличие тяжелых металлов (ТМ) [7], что требует проведения специальных исследований по экологической оценке последействия их использования в условиях представительных вариантов пахотных почв - особенно легкого гранулометрического состава.

Таблица 1. Характеристика осадков сточных вод с иловых площадок очистных сооружений канализации г. Калуги, (в пересчете на сухое вещество) [4]

Показатель

Влажность, % Кислотность, рНН2О Органическое вещество, % Азот валовой, % Фосфор валовой (Р205),% Калий валовой (К2О), Кадмий, мг/кг Свинец, мг/кг Цинк, мг/кг_

%

ОСВ ООСВ МДУ

2001 г. 2004 г. 2001 г. 2004 г.

70 80 62 60 Не более 82

8,2 7,8 8,0 7.9 5,5...8,5

45 46 49 56 Более 20

3.0 3,9 2,8 3,4 Более 0,6

5,5 3,3 5,6 5,0 Более 1,5

0,4 0,3 0,4 0,42 —

135 87 130 16 Не более 30

220 100 218 103 Не более 1000

4600 2550 4550 2600 Не более 4000

Цель нашей работы - агроэкологическая оценка последействия неоднократного применения стандартных и технологически допустимо высоких доз свежих и обезвоженных осадков сточных вод на основные параметры плодородия и содержание ТМ в характерных для Калужской области старопахотных дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава.

Условия, материалы и методы. Полевые исследования проводили на старопахтных дерново-среднеподзолистых супесчаных почвах Опытного поля Калужского филиала РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, сформированных на водноледниковых отложениях, подстилаемых на глубине 60...90 см суглинистой не— Достижения науки и техники АПК, №10-2012

почв

Таблица 2. Агрохимические показатели верхних горизонтов исследуемых рина с окончанием ЦИНАО,

подвижных форм фосфора и калия - по методу Кирсанова, обменной кислотности почв - потенциометри-чески, условно валовых форм содержания ТМ - в вытяжке концентрированных азотной и соляной кислот, доступных форм ТМ - в вытяжке 1 н соляной кислоте с определением на вольтамперметре [9, 10].

Результаты и обсуждение. Сравнительный анализ пахотных горизонтов опыта и гумусово-аккумулятивных горизонтов дерново-подзолистых почв фоновой лесной экосистемы выявил статистически значимое последействие применения изучаемых удобрений на содержание гумуса (органического вещества почв), нитратов, фосфора, калия и кислотности (табл. 2).

В контрольном варианте старопахотной дерново-подзолистой почвы содержание гумуса было более чем в 2 раза ниже, по сравнению с фоновой лесной почвой. Применение одних минеральных удобрений

Вариант Сорг, % орг' рНка. Ый3-,мг/кг Р2Ор мг/кг К2О, мг/кг

Контроль 0,73рф 5,31рф 6,37 82,0 87,0рф

4хш P K ) 0,62рфк 5,20рф 20 2РФК 87,0рк 126рфк

Навоз (4х30т/га) 0,97рфк 5,56рфк 39,3рфк 85,0 188рфк

ОСВ (4х10 т/га) 0,78рф 5,63рфк 40,9рфк 107рфк 83,0рфк

ООСВ (4х10 т/га) 0,96рфк 5,41рф 51,6рфк 97,0рфк 86,0рф

ОСВ (2х200 т/га) 2,09рфк 5,76рфк 65,4рфк 196рфк 133рфк

ООСВ (2х200 т/га) 2,57рфк 5,62рфк 87,1рфк 200рфк 169рфк

Фон (лес) 1,53 3,96 1,87 84,0 53,0

НСР 0,06 0,13 11,1 3,99 3,75

Поле (2001 г.) 0,75 6,20 - - 75,0

рф - статистически достоверное различие с фоном, рк - статистически достоверное раз личие с контролем, рфк - статистически достоверное различие с фоном и контролем.

карбонатной мореной, в верхней части пологого склона. Климат - умеренно-континентальный, сумма активных температур - 2000...2200°, средняя годовая сумма осадков - 660 мм. Почвы Опытного поля характеризуются низким содержанием гумуса в пахотном горизонте (0,68.1,50 %) и ёмкостью поглощения (от 4,2 до 6,2 мг-экв/100 г почвы), повышенным варьированием реакции среды (от кислой до нейтральной - рНКС| 4,5.6,4) и содержания подвижного фосфора (местами до очень высокого уровня - 108.681 мг/кг), низким содержанием обменного калия (25.70 мг/кг) [8].

В опыте использовали характерные для Калужской области свежый и обезвоженный осадки сточных вод (ОСВ и ООСВ) с иловых площадок очистных сооружений канализации г. Калуги, которые отличаются слабощелочной реакцией среды, повышенным содержанием органического вещества, валового азота, фосфора, калия (табл. 1) и извлекаемых кислотной вытяжкой ТМ (РЬ, Сс1, 7п).

Схема опыта включала 7 вариантов, заложенных в 3-хкратной повторности: контроль (без удобрений); м60 120Р3о60К6о 120; навоз - 30 т/га по сухому веществу (СВ); ОСВ - 10 т/га по СВ; обезвоженный ОСВ (ООСВ) -10 т/га по СВ; ОСВ - 200 т/га по СВ; ООСВ - 200 т/га по СВ. Стандартные дозы ЫРК, навоза, ОСВ и ООСВ вносили циклами 1 раз в 3 года в 2001, 2004, 2007 и 2010 гг. Технологически допустимо высокие дозы осадков (200 т/га) заделывали в 2001 и 2004 гг. - для оценки последействия стрессового воздействия на почвы в агроландшафтах, прилегающих к иловым площадкам очистных сооружений канализации. Размер опытных делянок - 2 х 2,5 м. На участке выращивали топинамбур, как культуру, технологически адаптированную к получению качественной продукции на землях, загрязненных ТМ. В качестве фоновой исследовали лесную дерново-среднеподзолистую супесчаную почву на ключевом участке в 60 м от полевого опыта (на том же элементе мезорельефа).

Определение гумуса проводили по методу Тю- - поле, 2001;-О—-фон (лес).

приводит к дальнейшему статистически достоверному уменьшению количества С на 0,11 %. Навоз способ-

1 орг '

ствует заметному увеличению количества гумуса (в 1,3 раза), внесение стандартных доз ОСВ (10 т/га по СВ) повышает его содержание в пахотном горизонте, по сравнению с контролем, несущественно, а эффективность стандартных доз ООСВ соответствует навозу. Использование технологически допустимо высоких доз ОСВ и ООСВ (200 т/га) приводит к 3-3,5-кратному увеличению содержания органического вещества.

Старопахотная дерново-подзолистая почва в контроле характеризуется слабокислой реакцией среды, что контрастирует с сильно кислой фоновой почвой. В варианте с применением минеральных удобрений наблюдается тенденция к повышению кислотности.

Рис. 1. Изменение основных параметров плодородия старопахотных дерново-подзолистых эсчаных почв за 10 лет по вариантам опыта с суммарным применением: 2 - М330Р150К360,

— - контроль, 2011;

3 - навоз (120 т/га), 4 - ОСВ40, 5 - ООСВ40, 6 - ОСВ400 , 7 - ООСВ4( -поле, 2001; ■

Таблица 3. Агрофизические показатели верхних горизонтов исследуемых дерново-подзолистых почв - в сравнении с фоном и контролем

Вариант Плотность, г/см3 Полевая влажность, %

пахотный \подпахотный пахотный \подпахотный

Контроль 1,55рф 1,76рф 5,52 6,43рф

NPK 1,59рф 1,70рф 5,51 6,58рф

Навоз (20т/га) 1,50 1,72рф 5,12 5,78рф

ОСВ (10 т/га) 1,47 1,75рф 4,63 5,92рф

ООСВ (10 т/га) 1,47 1,76рф 4,76 7,63рф

ОСВ (200 т/га) 1,06рфк 1,73рф 8,37рфк 5,60рф

ООСВ (200 т/га) 1,08рфк 1,75рф 14 4рфк 5,69рф

Фон (лес) 1,37* 1,55** 5,53* 2,86**

НСР 0,15 0,11 1,19 2,44

*среднее значения для горизонтов фоновой почвы (А)+А)А2), **среднее значения для подзолистого горизонта фоновой почвы А2, рф - статистически достоверное различие с фоном, рфк - статистически достоверное различие с фоном и с контролем

Использование навоза и ОСВ способствует частичной нейтрализации реакции среды, которая максимально выражена в случае внесения высоких доз ОСВ и ООСВ (на 0,3.0,5 рН).

Содержание нитратного азота в пахотных почвах существенно выше, чем в почве лесного фона. В случае применения минеральных удобрений оно увеличивается, по сравнению с контролем, в 3,2 раза. Последействия навоза и стандартных доз ОСВ почти одинаково отражается на содержание нитратного азота в почве, а применение технологически допустимо высоких доз повышают величину этого показателя в 10-14 раз (по сравнению с контролем).

Исследуемая супесчаная дерново-подзолистая почва характеризуется средней концентрацией подвижного фосфора, которая существенно возрастает при использовании стандартных (в 1,2-1,3 раза) и, особенно, технологически допустимо высоких (в 2,4 раза) доз ОСВ и ООСВ, что особенно важно на фоне отсутствия значимых изменений величины этого показателя в контроле, а также в случае применения минеральных удобрений и навоза.

Фоновая супесчаная дерново-подзолистая почва отличается низким содержанием обменного калия, которое резко возрастает при внесении минеральных удобрений (в 1,4 раза) и навоза (в 2,2 раза). Стандартные дозы ОСВ и ООСВ не оказывают значительного влияния на величину этого показателя, а последействие технологически допустимо высоких доз - близко к эффекту от минеральных удобрений и навоза.

Анализируя данные по динамике параметров плодородия исследуемой дерново-подзолистой супесчаной почвы за 10 лет, можно отметить, что в большинстве вариантов произошли существенные изменения содержания гумуса, подвижных форм фосфора, обменного калия и рН (рис. 1).

Наиболее значимое увеличение содержания органического вещества почвы наблюдается при внесении технологически высоких доз ОСВ и ООСВ - 2,3.3,1 г/кг в год. Значительно медленее гумуфикация протекает в вариантах с применением стандартных доз навоза и ООСВ - 0,3 г/кг в год. Использованием стандартных доз ОСВ в таких условиях удается только стабилизировать содержания гумуса, а в варианте с минераль-

ными удобрениями отмечается дегумификация со средней интенсивностью -0,23 г/кг в год.

Сравнение современного состояния пахотных почв с данными 2001 г. показало активное течение процесса подкисления. Наибольшей интенсивностью он отличается в варианте с применением минеральных удобрений -0,1 рНКС|_в год. Стандартные дозы навоза и ОСВ снижают интенсивность подкисления до - 0,06 рНКС|в год, а в случае применении высоких доз ОСВ темпы ее повышения в пахотных горизонтах исследуемых почв самые низкие - 0,04 рНКС| в год.

Содержание подвижного фосфора в случае применении стандартных доз ОСВ за 10 лет возрастает, по сравнению с контролем, на 2,5 мг/кг в год. Наибольшее его увеличение отмечается в вариантах с технологически допустимо высокими дозами ОСВ и ООСВ (на 11,4.11,8 мг/кг в год).

В случае применения стандартных доз минеральных удобрений и навоза наблюдается значительное увеличение обменного калия со средней скоростью 4,3.5,1 мг/кг в год. Еще быстрее это происходит при использовании высоких доз ОСВ и ООСВ - 5,8. 9,4 мг/кг в год. В вариантах с внесением стандартных доз ОСВ и ООСВ изменение в содержании К2О невелико - 0,8.1,1 мг/кг в год.

Анализ агрофизического состояния верхних горизонтов исследуемых почв показал статистически достоверное увеличение плотности их сложения в контроле и в варианте с минеральными удобрениями (табл. 3).

Использование стандартных доз навоза, ОСВ и ООСВ способствует нормализации величины этого показателя, а в вариантах с высокими дозами ОСВ и ООСВ она приближается к оптимальной (на 0,5 г/см3 ниже, чем в контроле). При этом важно отметить низкую пространственную вариабельность плотности сложения подпахотного горизонта - 1,70. 1,76 г/см3, которая примерно на 0,2 г/см3 выше, чем в подзолистом слое фоновой почвы.

Влажность исследованных почв в контроле и в варианте с минеральными удобрениями, по сравнению с фоном, почти не меняется, а ее понижение в случае применения стандартных доз навоза, ОСВ и ООСВ статистически недостоверно, что можно объяснить

Таблица 4. Условно валовое содержание тяжелых металлов в верхних горизонтах почв исследуемых участков (в концентрированной кислотной вытяжке)

Вариант Валовое содержание тяжелых металлов, мг/кг

пахотном горизонте подпахотном горизонте

Pb I Cd Zn Pb Cd Zn

Контроль 2,67 0,16 5,54 1,11 0,11 3,61

NPK 2,83рф 0,17 4,77 1,93 0,13 3,41

Навоз 2,72 0,17 6,56 1,19 0,06 3,15

ОСВ 2,96рф 0,19рфк 10,5 1,55 0,10 3,37

ООСВ 3,56рфк 0,26рфк 10,1 1,72 0,11 5,74рк

ОСВ т. д. 7,15рфк 2,68рфк 223,9рфк 1,70 0,17 4,18

ООСВ т. д. 9,54рфк 1,36рфк 98,02рфк 1,64 0,25 5,10

Фон (лес) 2,44 0,16 11,9 0,78 0,08 4,80

НСР 0,31 0,02 7,37 1,18 0,39 1,49

ОДКтм 32,0 0,50 55,0 32,0 0,50 55,0

рк - статистически достоверное различие с контролем, рф - статистически достоверное различие с фоном, рфк - статистически достоверное различие фоном и с контролем

повышенной транспирацией зеленой массой топинамбура, урожайность которой в этих вариантах в 1,5-1,7 раза выше, чем в контроле.

Значительное повышение влажности почвы в пахотных горизонтах при использовании высоких доз ОСВ и ООСВ объясняется их хорошей оструктурен-ностью, которая создает благоприятные условия для формирова ния устойчивого влагозапаса. Важно отметить двухкратный рост влажности подпахотных слоев в исс ле ду емых вариантах, по сравнению с подзолистым горизонтом фоновой почвы. Незначительное варьирование величины этого показателя (в пределах 2 %) свидетельствует об антропогенном происхождении повышенной влажности пахотных горизонтов в вариантах с высокими дозами ОСВ и ООСВ.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Экологическая оценка последействия ОСВ на содержание тяжелых металлов в исследуемых старопахотных супесчаных дерново-подзолистых почвах проведена на примере свинца, кадмия и цинка, которые содержатся в исследуемых осадках сточных вод (см. табл. 1) в наиболее высоком (относительно ОДК) количестве.

Условно валовое содержание свинца в пахотных горизонтах изучаемых почв в вариантах с применением стандартных доз минеральных удобрений, навоза и ОСВ, по сравнению с контролем, увеличивалось статистически недостоверно при отсутствии признаков загрязнения относительно ОДК (менее 0,1 ОДК). При использовании стандартных доз ООСВ отмечается 1,3-хкратный рост концентрации свинца, а вариантах с высокими дозами ОСВ и ООСВ он достигает 2,5-3,5-кратных значений по отношению к контролю, при этом не превышая 0,3 ОДК(табл. 4).

В случае внесения стандартных доз ОСВ установлен 1,2-кратный рост содержания кадмия в пахотном горизонте, на фоне стандартных доз ООСВ увеличение относительно контроля составляет 60 %, что несколько больше 0,5 ОДК. Применение высоких доз ОСВ и ООСВ

Таблица 5. Содержание доступных форм тяжелых металлов в верхних горизонтах почв исследуемых участков (в 1н. соляной кислоте)

Рис. 2. Коффициенты концентрации (Кс) и суммарный показатель загрязнения (7о) тяжелых металлов в исследуемых почвах:--фон.

сопровождается 9-16-кратным превышением контроля и 2,7-5,4-кратным ОДК.

Содержание цинка в вариантах со стандартными дозами NPK, навоза, ОСВ и ООСВ несколько ниже величины лесного фона. Внесение технологически допустимо высоких доз ОСВ и ООСВ сопровождается 2040-кратным превышением его количества над контролем, что соответствует 10-20-кратному превышению фона, 24-кратному превышению ОДК и, безусловно, недопустимо в традиционной сельскохозяйственной практике.

Отсутствие выраженной корреляции содержания тяжелых металлов в пахотных и подпахотных горизонтах на фоне их сравнительно небольшого (относительно ОДК) варьирования в подпахотных горизонтах свидетельствует о низкой подвижности исследованных ТМ и техногенной природе отмеченных изменений их концентрации в пахотном слое.

Условно валовое содержание тяжелых металлов в почве дает представление о потенциальной экологической опасности загрязнения, которая может реализоваться лишь при определенных условиях. Для растений представляют опасность доступные формы ТМ (табл. 5).

В случае применения стандартных доз минеральных удобрений и ОСВ наблюдается статистически недостоверное повышение содержания доступного свинца в пахотном горизонте. При внесении стандартных доз ООСВ оно значительно возрастает (почти в 2 раза), по сравнению с контролем. В варианте с технологически высокими дозами ОСВ и ООСВ содержание доступного РЬ в почве в 4-5 раз превышает контроль (в 56 раз лесной фон). В подпахотном горизонте величина этого показателя во всех

Вариант Содержание доступных форм ТМ, мг/кг

пахотный горизонт подпахотный горизонт

Pb 1 Cd Zn Pb Cd I Zn

Контроль 1,49 0,10 2,31 1,08 0,08 0,98

ЫРК 2,17 0,13 2,38 1,70рф 0,10 2,39

Навоз — 0,12 2,13 1,09 0,09 0,74

ОСВ 2,12 0,15 2,21 1,48 0,12 2,05

ООСВ 2 92рфк 0,18 5,07рфк 1,8брф 0,14 2,03

ОСВ т. д. 6,15рфк 2,05рфк 6,27рфк 1,71рф 0,21рф 0,75

ООСВ т. д. 7,29рфк 0,91рфк 25,9рфк 1,36 0,18 3,60рфк

Фон (лес) 1,17 0,04 1,94 0,60 0,05 1,11

НСР 1,17 0,51 2,51 0,94 0,13 2,08

рф - статистически достоверное различие с фоном, рфк - статистически достоверное различие с фоном и с контролем

вариантах опыта отличается от контроля статистически недостоверно.

При использовании стандартных доз минеральных удобрений, навоза, ОСВ и ООСВ отмечается недостоверное (относительно контроля) повышение содержания доступного кадмия в пахотном горизонте исследуемых почв (с 3-4-кратным превышением фона). В случае внесения высоких доз ОСВ и ООСВ оно превышает контроль в 9-20 раз, фон - в 20-50 раз. В варианте с технологически высокими дозами ОСВ наблюдается и статистически достоверное увеличение доступного кадмия в подпахотном горизонте (в 2-3 раза относительно контроля).

В случае применении стандартных доз ООСВ и высоких доз ОСВ и ООСВ существенно (в 2-10 раз относительно контроля) возрастает содержание доступного 7п. В подпахотном горизонте большинства исследованных вариантов оно повышается недостоверно, и только при внесении высоких доз ООСВ превосходит уровень контроля и фона в 3 раза.

Для оценки полиэлементного загрязнения почв используется суммарный показатель [4, 5], который отражает совокупную техногенную нагрузку на ландшафт, обусловленную влиянием всех исследованных ТМ с аномально высокими концентрациями. Наши расчеты свидетельствуют, что в контроле и в вариантах с внесением стандартных доз минеральных удобрений, навоза, ОСВ и ООСВ коэффициент концентрации колеблется в пределах 0,5.2, что характерно для незагрязненных почв и почв с минимальной интенсивностью загрязнения (рис. 2).

При внесении технологически высоких доз суммарный показатель загрязнения значительно возрастает. В случае применения ОСВ он составляет 38,4, что

соответствует категории очень сильно загрязненных почв с высокой опасностью (прежде всего, по кадмию и цинку), ООСВ - 18,6 (сильно загрязненные почвы с умеренной опасностью).

Выводы. Сравнительный анализ внесения стандартных и технологически допустимо высоких доз свежих и обезвоженных осадков сточных вод показал очевидное преимущество высоких доз (200 т/га) над стандартными (10 т/га) в плане улучшения основных диагностических показателей плодородия старопахотных супесчаных дерново-подзолистых почв. Отдельно следует отметить качественное уменьшение плотности сложения и увеличение влажности пахотного горизонта при внесении технологически высоких доз ОСВ и ООСВ.

В то же время применение стандартных доз ОСВ и ООСВ не сопровождается значительным ростом содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах исследуемых супесчаных дерново-подзолистых почв. Использование технологически допустимо высоких доз ОСВ и ООСВ приводит к кратному увеличению их содержания со значительным превышением ОДК валовых форм, что диагностирует недопустимо высокий уровень загрязнения пахотных горизонтов для большинства сельскохозяйственных культур. При этом отмечается значительное снижение (в 2 раза) загрязнения почв ТМ в случае применения обезвоженных осадков сточных вод, по сравнению со свежым ОСВ.

В связи со значительным варьированием содержания тяжелых металлов в ОСВ и ООСВ необходимо проводить регулярный мониторинг их состава и качества дерново-подзолистых почв в месте применения с расширенным набором контролируемых агроэкологи-ческих показателей.

Литература.

1. Агроэкология. Методология, технология, экономика / под. ред. В. А. Черникова А. И. Чекереса. - М.: КолосС, 2004. - 400 с.

2. Агроэкологическая оценка земель и оптимизация землепользования/ Черногоров А. Л., Чекмарев П. А., Васенев И. И., Гогмачадзе Г. Д.- М.: Изд-во МГУ, 2012. - 268 с.

3. Сычев В. Г., Мерзлая Г. Е., Петрова Г. В. и др. Эколого-агрохимические свойства и эффективность верми- и биокомпо-стов. - М.: ВНИИА, 2007. - 276 с.

4. Александрова Л. Н., Михайлов Л. Н. Влияние осадков городских сточных вод и минеральных удобрений на качество семян конопли//Нива Поволжья. - 2011. - № 1 (18). - С. 6-9

5. Чекаев Н. П. Изменение свойств чернозема выщелоченного под действием компостов из осадков сточных вод//Нива Поволжья. - 2010. - № 1 (14). - С. 31-34

6. Сюняев Х.Х., Сюняева О. И. Агроэкологическое исследование параметров плодородия почв Калужской области. - Калуга: изд-во Калужского ЦНТИ, 2004. - 180 с.

7. Черных Н. А., Овчаренко М. М. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоценозах. - М.: Агроконсалт, 2002. - 200 с.

8. Сюняев Н.К., Тютюнькова М.В., Сюняева О. И. и др. Анализ опыта почвенного пути утилизации осадков сточных вод. -Калуга.: КФ ФГОУВПО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, 2008. - 108 с.

9. Методы агрохимических анализов почв. ОСТ46 40 - 76 - ОСТ46 52 - 76. - М. - 1977. - 110 с.

10. Муравин Э. А., Обуховская Л. В., Ромодина Л. В. Практикум по агрохимии. - М.: 2005. - 288 с.

AGROECOLOGICAL EVALUATION DERNO-PODZOLUVISOLS WITH LIGHT TEXTURT IN THE CONDITIONS LONG-TERM APPLICATION SEWAGE SLUDGE. I. I. Vasenev, N.K. Syunyaev, B. Burgaltai

Summary. Researchers have been done for agroecological evaluation of the after-effect of multiple applications of the traditional and technologically acceptable high doses of the fresh and dehydrated sludge on key parameters of soil fertility and their heavy metals content in case of characteristic for the Kaluga region old arable sandy sod-podzoluvisols. The field experience includes 7 variants: control (without fertilizers); with traditional doses of NPK - N60-120P30-60K60-120; with manure - 30 t/ha at dry substance (DS); with sludge - 10 t/ha at DS; with dehydrated sludge - 10 t/ha at DS; with sludge - 200 t/ha at DS; with dehydrated sludge - 200 t/ha at DS. Traditional doses of NPK, the manure, sludge and dehydrated sludge have been applied in cycles of 1 time in 3 years: in 2001, 2004, 2007 and 2010. Technologically acceptable high doses of the sludge (200 t/ha) have been embedded in 2001 and 2004 - for assessment of after-effect of the stressful impact on soils in agrolandscapes adjacent to sludge sites of the sewage-purification facilities. There has been investigated the background site with forest sandy sod-mid-podzoluvisols in 60 m from field experiment sites - at the same element of a mesorelief. It is determined the obvious advantage of the sludge high doses (200 t/ha) over the traditional ones (10 t/ha) in improving such diagnostic parameters of the old arable sandy sod-podzoluvisols fertility as acidity, soil organic carbon, mobile phosphorus and exchange potassium content. Separately it should be note the qualitative decreasing in soil bulk density values and moisture increasing at the arable horizon. At the same time the application of traditional doses of the fresh and dehydrated sludge dose not result in substantial rise of heavy metals content in the investigated topsoil. Using the technologically acceptable high doses of sludge leads to multiple growth of HM content with considerable excess of their maximum permissible concentration (on cadmium - in 2,7-5,4 times, on zinc - in 2-4 times) that diagnoses the prohibitively high level of arable horizons pollution for the majority of agricultural crops. At the same time it is noted the significant (in 2 times) decreasing in soil heavy metals pollution in case of dehydrated sludge application - in comparison with fresh one. Key words: agroecology, agroecological evaluation, podzoluvisols, sludge, heavy metals.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.