Эколого-экономическая эффективность использования сточных вод г. Алейска на орошение сельскохозяйственных культур Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

юенно по дии Д.Н.

ІНТЄНСИВ-кна быть г 65-85%

-МЫХ удо-)6ходимо , возмож-юбрений есения в юсевную

резуль-роизвод-гивно в ечиваюг [олнение счет ути-

на М.В., е юрфо-й прием 1ей кар-000. - С.

С. Дей-сачество :кой об-

рожай и >й почве фосфор-»81. - С.

Эффек-селитры М.. 1973.

гтов пи-зиях се-<енении

й П.И., новами ква: ВО

3“Агро-

Р.П. Воробьева, Ю.Ю. Полупанова

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД Г. АЛЕЙСКА НА ОРОШЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

В статье дана технология подготовки и использования сточных вод г. Алейска Ж2 орошение сельскохозяйственных культур. Приведена эколого-экономическая фективность длительного использования сточных вод в сельскохозяйственном ~ >эизводстве, основанная на удобрительной ценности, увеличении урожайности, - - едотвращении ущерба от загрязнения окружающей среды сточными водами.

Россия - одна из наиболее богатых гриродными водами и плодородными • чвами стран мира. И вода, и почва чяются национальным богатством го-п тарства и относятся к стратегическим г энродным ресурсам.

В настоящее время активизируются гэоцессы деградации почвенного покро-- идет интенсивное загрязнение вод. Г МНОГОВОДНОЙ России, где суммарные : ггественные ресурсы и запасы пресных д составляют 7770,6 км7год, из них 55% очного стока (в Сибирском Федеральном эуге местный среднемноголетний сток ^ 263,28 км3/год), в последние десятиле-: ’л накопилось много проблем, связанных : эстоянием водных ресурсов. Главными

- них являются социальные и экологические, наиболее остро затрагивающие г :тересы населения. Антропогенные на--лзки на водные экосистемы вызывают ласность жизни человека. Наметившаяся конце 80-х начале 90-х годов XX столе-1я тенденция строительства очистных : оружепий сведена на нет перестройкой экономики, приватизацией и т.д. Сброс достаточно очищенных или совсем нечищенных коммунальных стоков и поколение загрязняющих веществ, в том !сле и биогенных элементов, привели к грязнению поверхностных и подземных эод[1].

В то же время отсутствие органо-ми-еральных удобрений, водная и ветровая -розии, засоление орошаемых земель ве-длт к потери плодородия почвы. Прогно-: яруется в ближайшие 10 лет уменьшение лпасов гумуса в почве на 25%, по данным

В.И. Бивалькевича ежегодные потери гумуса на Алтае составляют 0,5 т/га [2].

Все это вызывает необходимость разработки новых подходов к природопользованию и применению отходов, в т.ч. орошения сточными водами для сохранения и восстановления плодородия почвы, обеспечения использования питательных элементов для растений. В Алтайском крае десятки населенных пунктов, городов и промышленных предприятий очистку ведут на картах полей фильтрации или после искусственно-биологиче-ских очистных сооружений сбрасывают в открытые водоемы (реки, озера). С карт полей фильтрации загрязнения (особенно азот) поступают в подземные воды.

С 1989 года нами проводятся исследования по использованию сточных вод г. Алейска для орошения многолетних злаковых трав (кострец безостый), зерновых и технических культур. Работы ведутся на черноземах обыкновенных.

Целью исследований является определение эколого-экономической эффективности использования сточных вод для орошения.

Методы исследований

Для исследования по влиянию орошения на плодородие почвы, на урожайность сельскохозяйственных культур и их качество, а также определения пaqэyзки на экосистему в бассейне реки Алей были заложены мелкоделяночный и производственный опытные участки. Основными показателями техногенного загрязнения в районе являются карты полей фильтрации г. Алейска. Для определения воздей-

ствия карт полей фильтрации и орошения проводили исследования:

-определяли химический состав сточных вод по методикам, изложенным в работе Ю.Ю. Лурье, А.И. Рыбниковой [3];

-агрохимический анализ почвы проводили по следующим показателям: солевой состав водной вытяжки по Е.В. Аринушкиной (1970); доступный (легкогидролизуемый) азот по И.В. Тюрину и М.М. Кононовой; усвояемый фосфор по Б.П. Мачигину; валовый и водорастворимый гумус по И.В. Тюрину, pH водной вытяжки потенциометрическим методом; емкость поглощения по Пфефферу; поглощенный натрий пламенной фотометрией. Остальные показатели определяли по методикам, изложенным в книге “Агрохимические методы исследования почв”;

-УГВ определяли метровой лентой в наблюдательных скважинах.

Полив на производственно-опытном участке на 136 га проводили дождевальной машиной ДКШ-64 “Волжанка’,’ мел-коделяночный опыт поливали при помощи АНЖ на базе автомобиля ГАЗ-ЗЗ.

Полевой опыт проведен по 3 варианта--в 4-кратной повторности. Размещени делянок рендомезированное (Доспехор 1973):

1.Контроль без орошения.

2-Орошение водой из реки Алей.

3.Орошение городскими сточным, водами.

Режим орошения ДЛЯ СеЛЬСКОХОЗЯ!' ственных культур рассчитывался по вод-потреблению. Поливы проводили при Н 3 почвы 70%.

Результаты исследований

Многолетние комплексные исследе вания по химическому составу характеризуют сточные воды как среднеминерализованные, в катионном составе преоГ ладают натрий и кальций, а из анионе:-

- гидрокарбонаты и хлориды (табл. 1). П ирригационной оценке сточные воды Алейска характеризуются как пригодны для орошения. Однако по оценке некото рых авторов (Можейко, Воротник, 195^ Сойфер, Василенко, 1978) использоваш сточных вод может вызвать засоление ил осолонцевание почв.

Таблица

Химический состав сточных вод г. Алейска (мг/л) (среднее (1989-2001 гг.)

рн "І В и 2 О и X ст SO,2* РА Са:* 'м 2 JS Z 1 Z N-N0, Z 2 * Взвеш. вещ-ва Сух. остаток Прокап остаток

8,0 4,36 135,59 67,81 28,1 63,77 27,97 204,7 11,85 15,84 *4 so“ 686,34 886,97 о (N 00 558,61

Соотношение натрия к кальцию+ магнию составляет 1:0,8. При внесении кальцийсодержащих веществ городские сточные воды могут быть использованы для орошения черноземов обыкновенных. Согласно исследованиям лаборатории засоленных почв США, предложившей оценивать способность оросительной воды вызывать осолонцевание почв по коэффициенту потенциального поглощения натрия (SAR), сточные воды г. Алейска за годы наблюдений оцениваются (SAR

= 1,12-9,37) как пригодные для орошение

- опасность осолонцевания почв малая Лаборатория засоленных почв СШ также предложила оценивать способное л оросительной воды вызывать осолонцев -ние почв с помощью SAR* (выверенное По этой классификации учитываются резервы кальция в почве. При орошенг сточными водами г. Алейска осолонцев ние почв не ожидается при SAR* = 2,4-4. (1999-2002 гг.), при SAR* = 8,2-8,44 (Ш 1989 гг.) возможно накопление натрт

риантам

[ещение

оспехов,

чей. очными

юхозяй по водо-при НВ

1ССЛедО-саракте-минера-z преоб-

1НИОНОВ

¿Л. 1). По воды г. ягодные некото-|к, 1958; зование ние или

.блица 1 г.)

8.

•ошения i малая, в США обность юнцева-рснное). таются ошении онцева-2,4-4,48 Л (1986, ¡атрия в

почве, а при SAR* > 9,0 (1990-1995 и 1998 гг.) вероятность осолонцевания почвы большая. Поэтому контроль за почвой необходимо осуществлять ежегодно и своевременно вносить кальцийсодержа-щие вещества или локализовать воды из котельных.

Содержание тяжелых металлов в сточных водах г. Алейска не превышает предельно-допустимые концентрации, предусмотренные требованиями, и для хозяйственно-питьевого водопользования.

исход. орош орош

осой*. оссиъ, орош ноорош

орош орош

годы

орош. коорош иоорош

Рис. 1. Динамика осолонцевания черноземов обыкновенных (слой 0-100 см) при поливах

сточными водами г. Алейска

В исходном состоянии черноземы обыкновенные (слой 0-100 см) характеризовались: по сумме солей (0,055-0,064% в среднем 0,061%) как незасоленные [5], по типу химизма сульфатным - слой 0-20 :м, хлоридно-сульфатным - слой 20-60 см, сульфатно-хлоридным - слой 60-100 см. Наличие максимального содержания солей в профиле на незначительной глубине (20-40 см) свидетельствует об их сезонной миграции. В силу сложившихся хозяйственных условий производивший орошение МУП “Алейскводоканал” на опытно-экспериментальном участке вел намораживание. Таким образом, оросительные нормы превысили рекомендованные в 3-4 раза. Естественно это казало влияние на солевой режим почвы. За 10 лет орошения было отмечено сезонное соленакопление, изменение типа засоления, увеличение суммы токсичных :олей от незаселенных (0,063-0,074%) до :лабозасоленных (0,078-0,112%). В кон-'£>оле без орошения почвы слоя 0-100 см характеризовались по сумме токсичных :олей как незасоленные. После внесения

сточных вод характер распределения солей по профилю (несколько максимумов) свидетельствует о смене периодов засоления рассолением почв, а на неорошаемой территории о накоплении солей за счет подтягивания из нижележащих горизонтов.

На опытно-производственном участке при орошении сточными водами повышенными нормами отмечается тенденция увеличения содержания поглощенного натрия в слое почвы 0-60 см, что вызывает осолонцевание почвы, подъем уровня грунтовых вод, заболачивание территории, где осуществляются вегетационные поливы и намораживание.

Для выявления сезонного характера процессов осолонцевания на черноземах обыкновенных отбирали почвенные образцы весной и осенью. На основании полученных данных было установлено их сезонное осолонцевание и соленакопление. Максимальное содержание поглощенного натрия отмечено в 2002 г. на участке, где проводили вегетационные поливы и намораживание. Нагрузка на

L

почву составила более 10 тыс. м3/га. Содержание Na превысило 6% в слое 0-100 см. При регулярном орошении мелкоделяночного опытного участка на протяжении 5 лет не было отмечено процессов осолонцевания и засоления.

Сточные воды, обладая определенной удобрительной ценностью, при регламентированном использовании в земледелии могут служить важным фактором роста урожайности возделываемых культур, оказывают положительное влияние на плодородие почв.Удобрительный эффект сточных вод позволяет повысить продуктивность орошаемых земель в 2-5 раз, сохранить плодородие почвы. Это обусловлено тем, что в сточных водах содержатся органические вещества и минеральные элементы питания растений. В таблице 2 приведены данные по удобрительной ценности исследуемых сточных вод. При орошении сточными водами г. Алейска нормой полива 3000 м3 в почву поступает 133,8 кг азота, 99,3 кг фосфора и 27 кг калия (по действующему веществу), что составляет 0,382 т азотных удобрений (в пересчете на NH4NOa), 0,215 т фосфорных удобрений (в пересчете на Са(Н2Р04)2) и 0,045 т калийных удобрений (КС1). Общая стоимость внесенных питательных элементов составляет 869,92 руб./т.

Таблица 2

Эффективность использования сточных вод, используемых для орошения

Вид сточных вод Содержание, мг/л Содержание в 3000 м3, кг В пересчете на туки, т Стоимость удобрений, рубТт Сумма стоимости удобрений, руб./т

N РА к N РА К NH.NO, СаОуЮД KC1 nh4no3 Са(Н3ЮД KCl

г. Алейск j 44,6 33,1 9 133.8 993 27 0.382 ОД 15 0,045 650,92 129 90 869,92

Примечание. При расчете эффективности использования сточных вод для сравнения взяты: Ш4Ш3 - 1704 руб./т; Са(И2РОч), - 6000 руб/г, К.С1 - 2000 руб./т.

В общем объеме СТОЧНЫХ вод (1,8 млн.м3) содержится питательных элементов на сумму свыше 500 тыс. руб. Экономическая эффективность использования сточных вод г. Алейска в Алейском районе рассчитана по существующим методикам [6,7].

В качестве основных показателей капитальных вложений на строительство и освоение оросительной системы с использованием сточных вод г. Алейска приняли:

- улучшение использования земельного фонда и улучшение отдачи одного гектара пашни;

-увеличение производства продукции, обусловленное проектируемыми мероприятиями;

-прирост чистого дохода;

-срок окупаемости капиталовложений.

При полном освоении оросительной системы с одного гектара орошаемой площади будет получено в среднем по 38,8 ц кормовых единиц.

Отдача поливного гектара возрастет по сравнению с богарным в 2,5 раза.

Производство кормов на орошаемой площади составит 25,8 тыс. ц к.ед.

Выход животноводческой продукции за счет производства кормов на орошаемых землях может составить: мяса - 1,6 тыс. ц, молока - 7,9 тыс. ц.

Себестоимость сельскохозяйственной продукции определена по технологическим картам с учетом затрат на эксплуатацию орошаемого участка, а в животноводстве с учетом стоимости кормов с орошаемых земель [8].

0-100 см. 1жении 5

>егламен-ом роста 1а плодо-тивность гем, что в питания ^едуемых 000 м3 в щему ве-)3), 0,215 обрений 92 руб./т.

аблица 2

шя

-Р04)г - 6000

ожений. тельной *ой пло-ю 38,8 ц

взрастет

аза.

»шаемой

'."кции за шаемых б тыс. ц,

гвенной

ическим

'.атацию

>водстве

шаемых

Показателем общей абсолютной эффективности капитальных вложений в ОС является отложение эффекта в виде прироста чистой продукции прибыли чи-гого дохода в количестве 1333,52 тыс. ручей, полученной в сельскохозяйственном роизводстве на орошении, и величины з одоохранного экономического эффекта предотвращенного ущерба) от осущест-чения природоохранных мероприятий к .—питальным вложениям, вызвавшим этот рирост и водоохранный эффект.

ЧЛ + ЭУ

Эк =

где Эк - коэффициент рентабельности .ши гальных вложений;

К - капитальные вложения на строи-ельство ОС;

ЧП - величина прироста чистого довода;

ЭУ - величина предотвращенного ■--.ономического ущерба (водоохранного .фекта). В результате естественной био-I гической почвенной очистки городских токов при орошении, определение КОТОРОЙ производится в соответствии с положениями “Временной типовой методики с пределения экономической эффектив-сти осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяй-гву загрязнением окружающей среды’,’ 5 983 г.

Величина предотвращения экономического ущерба определяется по формуле:

ЭУ = КхРхМ, где ЭУ - величина предотвращенного экономического ущерба (водоохранного -Ьфекта) тыс. рублей;

К и Р - константы, числовое значение 1 торых принимается по тарифу для раз-ичных водоохранных участков;

М - объем стоков, используемый в орошении тыс. м3; общая сумма приведенной Я-ССЫ годового сброса веществ определе-2 в количестве 531 уел.г/м3;

Р - значение константы принято со-часно расположению стоков в районе

31 водохозяйственного участка (бассейн р. Обь), значение константы Р принято в размере 0,34 [6];

ЭУ = 144 руб./тх 0,34 х 1800000x531 = 46,7 тыс. руб.

Коэффициент рентабельности равен:

Эк = 1Щ52+467=021 тыс.руб. (1 год) 648439

Капитальные вложения экономически эффективны. Срок окупаемости, фондоотдача и коэффициент рентабельности изменяются и будут уточнены, т.к. срок окупаемости и фондоотдача посчитаны на водопотребителя, а коэффициент рентабельности - на водопотребителя и водо-дателя и, следовательно, срок окупаемости увеличится.

Выводы

По данным многолетних комплексных исследований сточные воды г. Алейска можно использовать для регулярного орошения кормовых, зерновых, технических культур. Оросительные нормы рассчитываются по водопотреблению сельскохозяйственных культур, поливы проводятся при влажности почвы 70% НВ. При использовании сточных вод для орошения необходимо контролировать их химический состав, а также солевой режим почвы и процессы осолонцевания. Капиталовложения на орошение сточными водами г. Алейска экономически эффективны. Прирост чистой прибыли, полученной в сельскохозяйственном производстве на орошении, составляет 1333,52 тыс. рублей (по ценам 2000 г.).

Литература

1. Государственный доклад о состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2001 году. - М.: ВНИИгеосистем, 2002. - 251 с.: илл.

2. Бивалькевич В.И. Состояние меры по предотвращению деградации земель Алтайского края // Проблемы предотвращения деградации земель Западной Сибири: Сб. научн. трудов - Барнаул, 1997.

3. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Аналитическая химия сточных вод. - М.: Химия, 1984.

4. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1965.

5. Правила эксплуатации оросительных систем с использованием сточных вод.

- М.: НИИССВ “Прогресс’,’ 1997.

6. “Временная типовая методика определения экономической эффективности природоохранным мероприятием и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загряз-

нением окружающей среды’,’ одобренн Госпланом СССР, Госстроем СССР и Прг, зидиумом АН СССР от 21 октября 19ь года.

7. Методика по определению эконом! ческой эффективности капитальных влс жений в орошение и осушение земель обводнение пастбищ. - М., 1973.

8. Рабочий проект оросительной си стемы с использованием сточных вод Алейска на землях совхоза “КолпакоЕ ский”Алейского района Алтайского края, 1994.

РП. Воробьева, A.B. Тиньгаев

ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ НА СОЛЕВОЙ РЕЖИМ ПОЧВ

В статье описывается возможность использования сточных вод г. Рубцовска Алтайского края для орошения кормовых культур. Рассмотрены вопросы накопления солеГ* в почве. Дан прогноз засоления черноземно-луговых почв при орошении сточными водами на период 30 лет

В комплексе исследований по изучению использования сточных вод на орошение одно из главных мест занимает изучение мелиоративного состояния почв. Орошение, как чистой водой, так и сточными водами, оказывает влияние не только на агрохимические показатели почв, но и на весь почвообразовательный процесс.

Поливы земель в Рубцовском районе ведутся с 1913 г., когда был построен Ве-селоярский канал, подающий воды реки Алей на поля. Из года в год количество мелиорированных земель в районе увеличивалось. Основное развитие мелиорация Рубцовского района получила после строительства Гилевского водохранилища и Алейской оросительной системы (1-11 очереди). К 1990 годам площади орошения на АОС достигли 11 тыс. га. Около 50% орошаемых земель АОС были черноземы южные. Впоследствии с подъемом уровня грунтовых вод на орошаемом массиве произошла трансформация черноземов южных в лугово-черноземные почвы.

Исследования по возможности использования сточных вод г. Рубцовска для

орошения сельскохозяйственных культур проводили на староорошаемых землях.

Опытно-экспериментальный участо* представлен лугово-черноземными почвами, высокосолончаковые маломощные (гумусовый горизонт 29 см) слабогумуси-рованные (содержание гумуса менее 2,8% среднесуглинистые. Лугово-черноземные почвы обладают благоприятными воднофизическими свойствами. Плотность сложения пахотного горизонта 1,18 г/см подпахотного - 1,29 г/смч. По оценке Н.А Качинского почвы не уплотнены и отвечают требованиям для возделывания сельскохозяйственных культур. Наименьшая влагоемкость (НВ) метрового слоя почвы -22%.

Поливы опытного участка проводили очищенными сточными водами. Максимальное количество растворимых солей в которых не превышало 0,7 г/л, в среднем за 10 лет - 0,5 г/л.

Химический состав сточных вод, используемых для поливов, представлен в таблице 1.