CC BY
138
УДК 831.86:831.87
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Е.В. Дабахова, д.с.-х.н., И.А. Питина, аспирант Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, e-mail: [email protected]
Представлен обзор подходов к классификации органических удобрений, выделены группы со сходным влиянием на компоненты окружающей среды. На основе экспериментальных данных выявлены основные тенденции трансформации почв под влиянием органических отходов птицеводства (повышение содержания органического вещества и биогенных элементов до аномально высоких количеств, увеличение содержания подвижных форм тяжелых металлов до сверхнормативных уровней и микробиологическое загрязнение почвы). Предложены рекомендации по снижению негативного воздействия птицеводческих комплексов промышленного типа, в том числе за счет правильного выбора площадки под размещение подобных объектов с учетом требований к территории, на которой планируется утилизация отходов.
Ключевые слова: птицеводческие комплексы, органические удобрения, отходы, почвы, компоненты окружающей среды, негативное воздействие, биогенные элементы, тяжелые металлы.
AGROECOLOGICAL PROBLEMS OF ORGANIC FERTILIZERS USE IN AGRICULTURE
Dr. Sci. E.V. Dabakhova, Ph. D. student I.A. Pitina
Nizhniy Novgorod State Agricultural Academy, e-mail: [email protected]
The article presents an overview of approaches to classification of organic fertilizers, selected groups with a similar impact on components of the environment. On the basis of experimental data there were revealed the main trends of transformation of soils under the influence of organic waste ofpoultry farming (increasing the content of organic substances and biogenic elements up to abnormally high quantities, the increase in the content of mobile forms of heavy metals to excess levels and microbiological pollution of soil). The article provides recommendations for reducing the negative impacts of livestock (poultry) complexes of the industrial type, including the correct choice of site for placement of such objects taking into account requirements of the territory in which waste disposal is planned.
Keywords: organic fertilizer, waste, livestock farms of industrial type, soils, components of the environment, negative impact, nutrients, heavy metals.
Применение органических удобрений в агроэко-системе - один из важнейших механизмов регулирования круговорота биогенных элементов, поддержания положительного баланса органического вещества в почвах, повышения экологической устойчивости почвенно-биотического комплекса и других процессов, определяющих природно-хозяйственную ценность земель. Однако большинство органических удобрений по своей природе являются отходами животноводства и растениеводства, предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию, и других производств. Поэтому использование их в агроэкосистеме может быть сопряжено с неблагоприятными экологическими последствиями, величина и направленность которых определяются свойствами отходов, спецификой их применения, исходными свойствами почв и т.д.
Цель исследования - анализ основных агро-экологических проблем, связанных с использованием различных групп органических удобрений в агроэкосистеме.
Объекты и методы. Объектом исследования были серые лесные среднесуглинистые почвы, на поверхности которых длительное время хранились отходы птицеводческого комплекса. Участок расположен в Заокском районе Тульской области. Отбор проб почвы осуществляли в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 из слоев 0-5 см, 5-20 и 20-30 см. Показатели агрохимических свойств почвы и содержание в ней подвижных форм тяжелых металлов определяли общепринятыми методами (ГОСТ 26213-91; ГОСТ 26207-91; ГОСТ 26107-84; ГОСТ 26483-85; М-МВИ-80-2008). Микробиологическое загрязнение определяли в соответствии с Методическими рекомендациями от 24 декабря 2004 г. № ФЦ/4022. Результаты обработаны методом вариационной статистики.
Результаты. Органические удобрения чрезвычайно разнообразны по происхождению, свойствам, воздействию на растения и компоненты окружающей среды. Считается, что в настоящее время используется более 200 видов органических удобрений. В связи
с этим актуален вопрос их классификации. Прежде всего следует отметить, что по своей природе большинство органических удобрений - отходы производства, в связи с чем важное значение имеет место, которое они занимают в Федеральном классификационном каталоге отходов [1]. Так, навоз и помет относятся к отходам сельского хозяйства (животноводства). Детализация в рамках данного класса проводится по видам животных (птицы) и возрасту помета. Например, выделены следующие виды: навоз крупного рогатого скота свежий и перепревший; навоз свиней свежий и перепревший; помет куриный свежий и перепревший. При перепревании класс опасности отходов снижается: у навоза свиней и помета птиц с III (умеренно опасные) до IV (малоопасные); у навоза крупного и мелкого рогатого скота с IV (малоопасные) до V (практически неопасные).
Свойства навоза и помета, в том числе его потенциальное воздействие на окружающую среду, во многом определяет способ получения. Так, подстилочные и бесподстилочные виды навоза характеризуются различным химическим составом, физико-химическими свойствами и агрегатным состоянием. Между тем, подразделение на подклассы в зависимости от способа получения в Федеральном каталоге [1] приведены только для свиного навоза (жидкая и твердая фракции сепарации свиного навоза при самосплавной системе навозоудаления; навозосодержащие стоки при гидроудалении навоза свиней и т.д.).
Более детальная классификация органических удобрений представлена в отраслевом классификаторе «Удобрения и мелиоранты» [2], в котором объекты разделены на пять классов (по типам удобрений). В рамках класса «Органические удобрения» выделены подклассы: навоз; помет птичий; компо-сты; удобрения зеленые; сапропели, отходы промышленные, сельскохозяйственные и коммунальные. Такой подход весьма условен в связи с тем, что навоз и помет также относятся к отходам сельского хозяйства. Далее в рамках классификации на уровне групп органические удобрения подразделяют в зависимости от происхождения или основных особенностей (навоз КРС; навоз лошадей...; отходы промышленные, отходы сельскохозяйственные и т.д.), на уровне подгрупп - в зависимости от компонентов и включений (навоз КРС подстилочный, бесподстилочный, жидкий, навозные стоки; навоз лошадей подстилочный, навозные стоки лошадей и т.д.); на уровне видов - в зависимости от конкретных форм удобрения (навоз КРС на соломенной подстилке, на подстилочном торфе, на подстилке из опилок и стружек, на моховой подстилке и т.д.) [3].
С точки зрения практического использования и общности экологических проблем, которые могут возникнуть при применении органических удобрений, удобно выделять следующие группы: тради-
ционные формы (подстилочные виды навоза и помета, соломо- и торфонавозные компосты, сидера-ты и т.д.); органические отходы животноводческих и птицеводческих предприятий промышленного типа; отходы предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию; отходы коммунально-бытового хозяйства (осадки сточных вод, компосты на основе пищевых отходов и др.); прочие виды органических удобрений.
Согласно общепринятым представлениям, органические удобрения оказывают существенное положительное влияние на свойства почвы и урожай сельскохозяйственных культур. При этом основной проблемой применения навоза и помета является экономическая составляющая: высокие затраты на приготовление, транспортировку и внесение. В результате объемы их использования практически повсеместно низкие. Насыщенность органическими удобрениями в России в 2015 г. составила 1,3 т/га посевной площади [4], что составляет около 10-15% от количества, необходимого для обеспечения бездефицитного баланса гумуса. В итоге наблюдаются процессы дегу-мификации почв, сопровождающиеся не только снижением их продуктивности, но и приводящие к ослаблению способности почвы выполнять экологические функции в ландшафте и биосфере в целом. Кроме этого места размещения навоза и помета, в большинстве случаев не оборудованы должным образом для длительного хранения отходов и служат источником загрязнения окружающей среды.
По иному обстоит ситуация с отходами животноводческих и птицеводческих комплексов промышленного типа. Большую часть образующихся отходов таких предприятий утилизируют в агроэкоси-стеме, причем на ограниченных площадях, примыкающих к местам образования и хранения. Особенности таких органических удобрений: специфический химический состав, обусловленный системой кормления; высокая влажность, связанная с технологиями содержания; большие объемы образования. Так, на свиноводческом комплексе полного цикла на 6 тыс. основных свиноматок, функционирующем в Нижегородской области, ежегодно образуется более 40 тыс. т твердой и 190 тыс. т жидкой фракции свиного навоза. Утилизация таких отходов сопряжена с большим экологическим риском и зачастую сопровождается перенасыщением агроэко-системы биогенными элементами, а в ряде случаев - тяжелыми металлами. Многолетние исследования, проводимые кафедрой агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА в зоне влияния ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» (около 1 млн. кур несушек) и ОАО «Свинокомплекс Ильи-ногорский» (до 300 тыс. голов) показали значительную трансформацию дерново-подзолистых супесчаных почв, проявляющуюся в аномально высоком содержании подвижных соединений фосфора
(до 5000 мг/кг), повышенном содержании цинка и меди (значительное превышение фона, а на небольших площадях - предельно допустимой концентрации). В подземных водах периодически обнаруживали превышение нормативов по содержанию иона аммония, нитратов и нитритов [5, 6].
В ряде случаев предприятия промышленного животноводства и птицеводства, нарушая требования природоохранного законодательства, размещают отходы на поверхности почвы (как правило, в естественных понижениях рельефа). В этом случае негативное воздействие проявляется наиболее рельефно. Так, исследования в Тульской области, показали, что длительное размещение отходов птицеводства на поверхности серой лесной среднесугли-нистой почвы способствовало значительному изменению ее свойств (табл. 1). Данные свидетельствуют, что содержание подвижных форм фосфора и калия в почвах участка варьирует в экстремально широком диапазоне: от повышенного до значения, превышающего нижний предел очень высокой обеспеченности для фосфора и калия соответственно в 23 и 24 раза. Максимальное содержание подвижных форм фосфора в верхнем слое почвы превышает 5700 мг/кг. Чрезвычайно высокое содержание элемента отмечается и в более глубоких слоях почвы. Еще большее содержание отмечено в отношении подвижных форм калия. Следует отметить, что в почвах Нижегородской области аккумуляции калия под действием птичьего помета не отмечалось, что связано с супесчаным гранулометрическим составом почв.
Значительная пестрота отмечается и по содержанию гумуса. При этом максимальный показатель нехарактерен для серых лесных почв, являющихся зональными на данной территории. В таких условиях существует высокая вероятность ускоренной минерализации избыточного органического мате-
риала с высвобождением потенциально опасных для окружающей среды соединений, в том числе нитратного азота. Содержание общего азота в почве также изменяется в широком диапазоне: среднее значение находится на уровне, близком к природным аналогам, однако наибольшая величина (0,5%) превышают его. Кроме опасности, связанной с загрязнением азотсодержащими соединениями природных вод и растениеводческой продукции, повышенное содержание данного элемента в почве приводит к выделению в атмосферу больших количеств окислов азота, которые характеризуются потенциально высоким вкладом в развитие парникового эффекта, а также в разрушение озонового слоя стратосферы [7].
Содержание подвижных форм тяжелых металлов представлено в таблице 2. В почвах почти 40% контрольных площадок содержание подвижного цинка несколько выше ПДК: кратность превышения в слое 0-5 см достигает 1,4 единиц. В нижележащих слоях максимальное содержание цинка снижается практически до уровня ПДК. Концентрация в почвах подвижных форм меди и хрома (III) соответствует действующим санитарно-гигиеническим нормам. Содержание никеля и кобальта на отдельных площадках превышает ПДК. В слое 0-5 см кратность превышения ПДК по никелю на 40% площадок находится в пределах 1,1-1,4 единицы, в нижележащих слоях уровень загрязнения почвы снижается. Содержание кобальта превышает ПДК в верхнем слое на одной контрольной площадке в 1,2 раза. Концентрация марганца варьирует в широких пределах. На 50% контрольных площадок в слое 05 см показатель превышает ПДК в 1,1 -4,2 раза. В слоях 5-20 и 20-30 см уровень загрязнения подвижным марганцем несколько ниже, однако доля контрольных площадок, не соответствующих ПДК, аналогична вышележащему слою.
1. Агрохимические свойства серой лесной среднесуглинистой почвы
после длительного хранения птичьего помета
Показатель Слой, см М±m max min V, %
PHкa 0-5 5,4±0,02 5,5 5,3 1
5-20 5,4±0,05 5,6 5,1 3
20-30 5,2±0,1 5,5 4,7 6
Содержание гумуса, % 0-5 4,1±0,9 10,1 2,3 61
5-20 3,6±1,0 9,8 1,5 76
20-30 2,5±0,8 7,1 0,7 88
Содержание подвижных форм фосфора, мг/кг 0-5 1960±654 5720 100 94
5-20 1568±483 4201 65 87
20-30 1718±498 4150 440 77
Содержание подвижных форм калия, мг/кг 0-5 2108±687 5960 129 92
5-20 1780±555 4830 84 88
20-30 1919±548 4620 565 76
Содержание общего азота, % 0-5 0,30±0,05 0,56 0,11 59
5-20 0,20±0,03 0,34 0,10 44
20-30 0,10±0,01 0,18 0,10 22
Примечание (здесь и далее): М - среднее значение, m - ошибка среднего, max и min - максимальное и минимальное значение показателя, V - коэффициент вариации.
2. Содержание подвижных форм тяжелых металлов (мг/кг) в серой лесной
среднесуглинистой почве после длительного хранения птичьего помета
Показатель Слой, см М±т тах тш V, % ПДК
Zn 0-5 14,3±4,4 31,2 2,6 88 23,0
5-20 12,9±3,9 25,4 2,2 87
20-30 13,3±4,0 23,4 1,6 79
Си 0-5 0,5±0,1 1,3 0,25 69 3,0
5-20 0,5±0,1 1,3 0,17 87
20-30 0,4±0,1 1,0 0,16 75
№ 0-5 3,4±0,5 5,5 1,7 41 4,0
5-20 2,8±0,5 4,9 1,4 49
20-30 2,5±0,5 4,2 1,1 49
Mn 0-5 92±37 335 21 114 80
5-20 85±33 299 20 109
20-30 80±27 223 18 88
Со 0-5 2,7±0,6 6,1 1,1 68 5,0
5-20 2,5±0,6 5,9 1,1 68
20-30 2,6±0,6 5,5 1,0 63
Сг (III) 0-5 1,9±0,5 4,4 1,0 67 6,0
5-20 1,8±0,5 4,1 0,7 74
20-30 1,6±0,5 3,7 0,6 77
3. Санитарно-эпидемиологическая характеристика
серой лесной среднесуглинистой почвы после _длительного хранения птичьего помета_
№ Индекс Индекс энтеро- Патогенные
площадки БГКП, КОЕ/г кокков, КОЕ/г Бактерии
1 1000 1000 обнаружены
2 100 100 не обнаружены
3 100 100 не обнаружены
4 10 100 не обнаружены
5 100 100 не обнаружены
6 100 100 не обнаружены
Допустимые 1-10 - почва чистая не допускается
уровни 10-100 - умеренно опасный 100-1000 - опасный > 1000 - чрезвычайно опасный
Микробиологическое загрязнение определяли в почвах 6 площадок (табл. 3). Почва участка имеет опасный уровень загрязнения по значению индекса БГКП и индекса энтерококков. При этом на одной из площадок указанные индексы соответствуют чрезвычайно опасному значению. Здесь же были обнаружены патогенные бактерии (неаг-глютинабельный штамм сальмонелл), присутствие которых в почве не допускается. Установлено отсутствие яиц и личинок гельминтов в отобранных пробах почвы.
Для предотвращения негативного влияния органических отходов предприятий промышленного животноводства (птицеводства) на окружающую среду необходимо соблюдение следующих требований: обоснование выбора площадки под строительство с учетом возможности безопасной утилизации отходов в агроэкосистеме (предпроектная стадия); разработка безопасной системы обращения с органическими отходами, включая этапы подготовки к использованию и использования в качестве органических удобрений (проектная стадия); разработка ежегодных планов использования органических удобрений с учетом результатов мониторинга почв и водных объектом (стадия функционирования предприятия); осуществление жесткого экологического кон-
троля за соблюдением природоохранного законодательства, а также разработанной технологии и планов использования органических удобрений (утилизации отходов). Наиболее значимо решение первой задачи, поскольку ошибка при выборе площадки для размещения предприятия не устранима на последующих этапах. Учитывая, что на территории Нижегородской области идет интенсивное строительство животноводческих комплексов специалистами кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА были разработаны методические подходы к выбору территории для размещения подобных объектов. Наиболее важные критерии, которые при этом следует учитывать:
- наличие компактного массива сельскохозяйственных угодий, достаточного для утилизации годового объема органических удобрений в соответствии с природоохранными нормами (необходимая площадь определяется на предпроектной стадии, исходя из расчетного объема образования отходов);
- устойчивость почв к антропогенному воздействию и их исходное состояние (сельскохозяйственные угодья, почвы которых обладают низкой устойчивостью к антропогенному воздействию и (или) имеют степень деградации выше третьей, содержание тяжелых металлов и других загрязняющих веществ в 2 раза превышающее региональный фон непригодны для размещения предприятий промышленного животноводства);
- удаленность от населенных пунктов и плотность населения (санитарно-защитная зона в 1 км не обеспечивает отсутствия запахов в населенных пунктах, поэтому необходи-
мо обеспечить максимально возможную зону отрыва между промышленной площадкой, местами хранения отходов, а также полями, на которых осуществляют их утилизацию, и населенными пунктами);
- карстоопасность (недопустимо размещать объекты промышленного животноводства на территории, относящейся к ЫП категории карстоопасности по интенсивности провалообразования; на территориях с меньшей категорией решение о возможности ведения промышленного животноводства должно приниматься на основе специальных кар-стологических изысканий);
- рельеф местности (территории с коэффициентом расчлененности оврагами более 0,75 км/км2, средним расстоянием между соседними оврагами менее 250 м, плотностью оврагов более 0,75 шт/км2 непригодны для размещения предприятий промышленного животноводства);
- защищенность грунтовых вод (утилизация отходов в агроэкосистеме допустима на территории с категорией защищенности грунтовых вод с III по VI по В.М. Гольденбергу);
- развитие гидрографической сети (следует отдавать приоритет территориям с меньшим количеством водоемов и водотоков);
- наличие особо охраняемых природных территорий, зон санитарной охраны поверхностных и подземных водозаборов и др., на которых утилизация отходов недопустима.
Другой значимой группой отходов, которые также используют в качестве органических удобрений, служат отходы предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию. Наиболее часто используется свекловичный жом (отход свеклосахарной промышленности), барда послеспиртовая или фильтрат барды послеспиртовой (отход спиртового производства) и т.д. Основные проблемы использования этих отходов в качестве удобрений сопряжены с их высокой кислотностью, возможным повышением подвижности тяжелых металлов и микробиологическим стрессом. В связи с этим при-
Литература
1. Федеральный классификационный каталог отходов (www.base.garant.ru).
2. Отраслевой классификатор «Удобрения и мелиоранты». - М.: МСХП Р - ЦИНАО, 1994.
3. Справочная книга по производству и применению органических удобрений. - ВНИПТИОУ: Владимир, 2001. - 496 с.
4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». -М.: Минприроды России; НИА-Природа. - 2016. - 603 с.
5. Титова В.И., Караксин В.Б., Гейгер Е.Ю. Промышленное свиноводство и экология: проблемы сосуществования. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2003. - 201 с.
6. Титова В.И., Седов Л.К., Дабахова Е.В. Индустриальное птицеводство и экология: опыт сосуществования. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2004. - 251 с.
7. Семенов М.В. и др. Почвенная эмиссия закиси азота: влияние природных и антропогенных факторов // Агрохимия, 2004, № 1. - С. 30-39.
8. СанПиН 2.1.7.573-96 Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения (www.files.stroyinf.ru).
9. ГОСТ Р 54534-2011 Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель (www.docs.cntd.ru).
10. ГОСТ Р 54651-2011 Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технические условия (www.docs.cntd.ru).
менение таких отходов должно сопровождаться разработкой технологии утилизации, учитывающей экологическую специфику территории, в том числе буферную способность почвы.
Особенность отходов коммунально-бытового хозяйства, наиболее широко распространенным представителем которых является ОСВ, заключается в высоком уровне содержания загрязняющих веществ, прежде всего - тяжелых металлов. В настоящее время разработан комплекс нормативных документов [8-10], который регламентирует применение ОСВ в качестве удобрений. Жесткое нормирование и соблюдение природоохранных норм позволяет свести риск загрязнения окружающей среды при использовании ОСВ в качестве удобрения. Однако в силу действующих экологических ограничений (требований к свойствам осадков и территории, на которой планируется их использование) применение ОСВ в качестве удобрений ограничено. В связи с этим потенциальные экологические проблемы, связанные с чрезвычайно неблагоприятным химическим составом данных материалов, компенсируются низкими объемами их применения, в отличие от отходов предприятий промышленного животноводства (птицеводства).
Таким образом, применение органических удобрений - отходов производства сопряжено с возможностью негативного воздействия на окружающую среду. Для этого необходимо обоснование выбора площадки под их строительство животноводческих (птицеводческих) предприятий промышленного типа с учетом возможности безопасной утилизации отходов в агроэкосистеме (предпроектная стадия); разработка безопасной системы обращения с органическими отходами, включая этапы подготовки к использованию в качестве органических удобрений (проектная стадия); разработка ежегодных планов использования органических удобрений с учетом результатов мониторинга почв и водных объектом (стадия функционирования предприятия).
