CC BY
43
***** ЯЗШСЖИ)Г ***** № 2(18) 2010
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 631.671.1
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОРОШЕНИЯ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР ЖИВОТНОВОДЧЕСКИМИ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ
IRRIGATION ECOLOGICAL ECONOMIC ASPECTS OF FORAGE CROPS BY CATTLE-BREEDING SEWAGE
С.Я. Семененко, кандидат сельскохозяйственных наук А.С. Семененко, аспирант Т.В. Никифорова, аспирант
ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
S.Ya. Semenenko, A.S. Semenenko, T.V. Nikiforova
Volgograd state agricultural academy
Исследовано влияние орошения животноводческими стоками на качество и величину урожая люцерны, эффективное разбавление стоков, санитарно-гигиеническое состояние почв и его эколого-экономическую эффективность.
Irrigation by cattle-breeding sewage influence on Lucerne crop capacity quality and quantity, efficient drainage desaturation, sanitary-hygienic conditions of soils and its ecological and economic efficiency is studied in this article.
Ключевые слова: животноводческие сточные воды, кормовые культуры, качество корма, гельминты, экономика, эффективность, доход.
Key words: cattle-breeding sewage, forage crops, fodder quality, helminthes, economics, efficiency, income.
Животноводческие сточные воды (ЖСВ), представляющие собой смесь экскрементов животных и остатков корма с технической водой, землей, песком и различными включениями, для сельского хозяйства являются источником органического удобрения, а для водного хозяйства - источником загрязнения подземных и поверхностных вод.
Наиболее перспективное направление в решении проблем охраны водных ресурсов и экономного их расходования - использование животноводческих стоков для орошения сельскохозяйственных культур. В результате воздействия микроорганизмов, находящихся в почве, происходит естественная очистка сточных вод, а органические и минеральные вещества, содержащиеся в них, способствуют повышению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур. В результате такого использования обеспечивается круговорот биологически важных элементов почвенного плодородия для земель, надежная охрана водных ресурсов и окружающей среды от загрязнения.
Однако, широкое внедрение земледельческих полей орошения (ЗПО) сдерживается недостаточной изученностью влияния и
взаимодействия на растения, почву и орошаемые ландшафты следующих особенностей:
• наличие в сточных водах различных ингредиентов, непостоянство их разнообразия и химического состава;
• непрерывность поступления стоков от вододателя;
• санитарно-гигиеническая проблема использования, которая вызывает необходимость проведения соответствующей подготовки ЖСВ;
• изменение принципов проектирования поливного режима;
• дополнительные требования к структуре оросительных систем;
• изменение технических характеристик оросительной техники;
• более тщательное изучение природных условий орошаемых массивов;
• специфика подбора травосмесей и выращиваемых культур;
• динамичность изменения водно-физических и агрохимических свойств почвы;
• проведение дополнительных агротехнических и агроландшафтных мероприятий;
• соответствующие ограничения в использовании урожая.
Для орошения животноводческими сточными водами используются все существующие способы орошения: поверхностный, дождевание, внутрипочвенное (ВПО). Однако вышеуказанные особенности использования ЖСВ не позволяют автоматически переносить на них опыт использования обычного орошения.
Полевые опыты по изучению пригодности ЖСВ для орошения, его влияния на урожай, качество люцерны, а также технологий их внесения на обеспечение экологической безопасности, были проведены в Волгоградской области на землях КХК ЗАО «Краснодонское» (2002.. .2004 гг.).
Нами была изучена допустимая для зоны недостаточного увлажнения степень разбавления ЖСВ природной водой: 1:4, 1:5, а также влияние размера поливных норм (350 и 500 м3/га) на величину поверхностного стока.
В настоящее время нет единой классификации требований к ЖСВ для орошения, которую можно было бы использовать для практического руководства в любых почвенно-климатических зонах. Классификация должна быть не только местной или региональной, но и ландшафтной, конкретной, учитывающей специфику химического состава ЖСВ, почвы, климат, уклон поля и его экспозицию, поливную технику и т.д.
Разнообразие типов почв и различие водно-физических свойств требуют детального изучения каждого орошаемого массива и дифференцированного подхода к проектным решениям орошения отдельных участков.
Особенно нуждаются в орошении ЖСВ легкие почвы, водный режим которых очень динамичен. Выращиваемые на них многолетние травы коренным образом изменяют их эффективное и потенциальное плодородие, а также способность очищать сточные воды.
Суглинистые и глинистые почвы обладают большей влагоемкостью, и многолетние травы нуждаются в меньших оросительных нормах во избежание переувлажнения и опасности возникновения поверхностного стока.
Климатические зоны, а именно обеспеченность осадками, также изменяют требования к ЖСВ.
Многие исследователи утверждают, что чем суше климат, тем меньшую концентрацию солей должна иметь оросительная вода.
Совместное внесение минеральных удобрений и органических в составе ЖСВ позволило получить урожай зеленой массы люцерны, показанный в табл. 1.
Таблица 1 - Зависимость урожайности зеленой массы люцерны от качества ЖСВ, т/га
Год исследования Поливная норма, м3/га
350 500
Степень разбавления
природная вода 1:4 1:5 природная вода 1:4 1:5
2002 56,1 68,8 65,9 52,0 64,7 60,1
2003 57,3 80,6 69,8 52,9 73,4 63,5
2004 54,7 75,9 68,1 50,4 71,8 60,8
Среднее 56,0 74,9 67,9 51,8 70,0 61,5
Использование малой поливной нормы (350 м3/га) позволило получить наибольший урожай зеленой массы люцерны с разбавлением стоков 1:4, такое же разбавление, но с применением поливной нормы 500 м3/га уменьшило урожайность на 6,54 %.
Пятикратное разбавление при нормах 350 и 500 м3/га снижает уровень урожайности соответственно на 9,35 % и 12,14 %.
Животноводческие сточные воды, особенно при нарушении режима их подачи, могут быть источником загрязнения всех звеньев внешней среды: воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод, кормовых культур, которые в совокупности или в отдельности могут оказывать вредное влияние на организм человека и животного. И в этой цепочке кормовые культуры представляют наибольшую опасность поступления загрязнений в организм животных.
В настоящее время нет официальных разработок по методическому подходу к токсиколого-гигиенической оценке кормов, выращенных на орошении ЖСВ, а также нет стройного представления о
кинетике поступления отдельных химических веществ ИЗ СТОКОВ В растения, о механизме распределения и их выделения из растительной клетки.
Все это дает основание полагать, что при проведении токсикологических исследований по определению кормовой безупречности продукции основное внимание должно уделяться не столько токсикологической оценке химических соединений, содержащихся в ЖСВ, сколько в целом самой продукции, выращенной в условиях орошения ЖСВ в каждом конкретном случае.
В наших исследованиях установлено влияние доз внесения биогенных элементов на химический состав растений (табл. 2).
Таблица 2 - Изменение качества люцерны от доз внесения стоков, % от сухого вещества
Показатели Поливная норма, м3/га
300 500
Степень разбавления
природная вода 1:4 1:5 природная вода 1:4 1:5
Азот общий 2,6 3,3 2,9 2,6 ЗД 2,7
Калий 2,7 3,7 3,0 2,7 3,5 2,8
Зола 13,2 14,2 13,5 13,2 13,8 13,2
Фосфор 0,7 0,9 0,7 0,8 0,8 0,7
Клетчатка 33,9 41,1 35,1 33,1 40,2 34,2
Кальций 2,2 1,7 1,9 2,1 1,7 2,1
Магний 0,6 0,4 0,5 0,6 0,4 0,5
К Са +М§ 0,96 1,79 1,25 1,00 1,67 1,08
Для оценки качества кормов по химическим ингредиентам рекомендуется контроль по отношению: К/Са +М§, так как при соотношении >2,2 корм может явиться причиной заболевания скота. По этому показателю корм является безопасным.
Наиболее приемлемый и объективный метод изучения возможной токсичности кормовой продукции - биологическая проба, выполненная на животных. Установлено, что длительное включение в рацион животных испытуемых кормов не оказало отрицательного воздействия на организм животных, их молочную и мясную продуктивность и питательную ценность животноводческой продукции.
Установленная расчетным методом норма внесения сточной воды (1300 м3/га) за оросительный период была превышена в 2003 году при разбавлении 1:4 и поливной норме 350 м3/га, то есть увеличение составило 3,9 %, что не повлекло за собой негативных экологических последствий.
Однако, этот случай указывает на то, что при более жестких гидротермических условиях, влекущих за собой увеличение оросительной нормы, необходимо переходить к разбавлению 1:5.
Правильно подобранный массив для расположения ЗПО с супесчаными почвами, благоприятный уклон поля и выращиваемая культура позволяют проводить поливы без образования поверхностного стока нормой 350 м3/га и с небольшим стоком при норме 500 м3/га. Этот сток наблюдался в засушливые годы, когда необходимо было провести 9-10 поливов. Сток в размере 21...34,5 м3/га (4,2...6,9 %) образовывался при проведении 9-го и 10-го поливов. Поскольку его величина была минимальной, он исчезал через 10-15 метров от границы дождевого облака.
Орошение сельскохозяйственных культур негативно влияет на водно-физические свойства почвы, вызывая ее уплотнение и снижение аэрации пахотного горизонта, что ведет к необходимости проведения глубокого рыхления почв.
Применение для орошения ЖСВ, где содержится большое количество взвешенного вещества, еще более усугубляет это свойство полива. Полив с высоким содержанием взвешенных веществ вызывает кольматацию почвенных пор, образование на поверхности кольматирующей пленки, которая впоследствии высыхает и снижает скорость впитывания поливной воды, что приводит к образованию поверхностного стока при следующем поливе. Необходимо отметить, что процесс кольматации пор происходит интенсивнее на почвах с тяжелым механическим составом. Почвы легкого механического состава с высокой порозностью способны «аккумулировать» большее количество взвешенных веществ и оттянуть срок появления поверхностного стока.
Под воздействием орошения ЖСВ с различной степенью разбавления происходят изменения физических свойств почвы.
Наиболее интенсивные изменения происходят при поливе ЖСВ с разбавлением 1:4 и поливной нормой 350 м3/га, так как на данном варианте наблюдается наибольший объем внесения стоков.
Объемная масса в слое 0...70 см увеличилась по сравнению с поливом природной водой на 10,3 %, тогда как при разбавлении 1:5 только на 4,8 %.
Порозность на этих вариантах уменьшилась соответственно на 6,3 и 3,7 %. Однако, абсолютные её значения вполне достаточны для развития сельскохозяйственных культур. В условиях легкой супесчаной почвы интенсивность изменения объемной массы наблюдается наивысшей в слоях ниже 30 см. Это объясняется проникновением взвешенных частиц ЖСВ в нижележащие горизонты в оросительный период и глубокой вспашкой в период подготовки почвы.
В этом состоит особенность орошения ЖСВ легких и тяжелых по механическому составу почв, так как в условиях, например, Белгородской области, основные изменения водно-физических свойств почвы при дождевании, происходили в верхнем 30-ти сантиметровом слое.
Как показали исследования, в неочищенных ЖСВ, поступающих на биологические очистные сооружения, содержатся яйца гельминтов, в основном аскарид, власоглавов, тенил и карликового цепня. На данном объекте коли-индекс яиц гельминтов колеблется от 1 до 79. Наибольшее значение его (49-79) отмечается, как правило, зимой и летом, наименьшее (1-13) - весной и осенью. Количество жизнеспособных яиц гельминтов колеблется от 72,6 до 93,7 % от их общего числа.
Коли-индекс яиц гельминтов в ЖСВ, поступающих после биологической очистки в пруды-накопители, составляет 0,2-3,0, что не соответствует санитарно-гигиеническим нормам. Это объясняется перезагруженностью очистных сооружений.
Для ликвидации данного явления ЖСВ необходимо отстаивать в прудах-накопителях не менее шести месяцев в теплый период года и не менее восьми месяцев в холодный период года. После этого периода коли-индекс гельминтов в среднем составлял 0,5. Однако после прохождения по транспортирующему каналу, остатки гельминтов исчезали, на что указывали «чистые» анализы ЖСВ из-под дождевальных машин.
Возможно, на довольно высокую степень очистки от гельминтов повлияло смешивание навозных стоков со стоками промышленных объектов, в которых содержатся нефтепродукты, фенол, формальдегид и их ингибирующее воздействие на патогенные составляющие.
Главными индикаторами наличия негативного воздействия орошения ЖСВ на орошаемые агроландшафты и сопрягающие территории являются химические и количественные показатели состояния подземных и поверхностных вод.
Данные химического анализа подземных вод как четвертичного, так и неогенового водоносных горизонтов указывают на допустимую или умеренную степень их токсичности и удовлетворяют требования ПДК для хозяйственно-питьевого водопользования. Отсутствие загрязнения подземных вод, подтверждено и химическим анализом воды из водозаборных скважин, расположенным вблизи ЗПО.
Качество поверхностных вод определяли путем мониторинга химического состава р. Тишанка, которая для данной территории является естественной дреной и куда идет разгрузка подземных вод.
Установлено, что химический анализ речной воды в зоне влияния ЗПО за годы исследований в целом удовлетворяют требованиям
гигиенических нормативов и по степени токсичности являются допустимыми или умеренными.
Высокая эффективность орошения ЖСВ подтверждается экономическими расчетами, в которых учитывается и экологическая составляющая их использования (табл. 3).
Таблица 3 - Эколого-экономическая эффективность орошения ЖСВ
Показатели Един ица изме- рения Природи ая вода Поливная норма, м'7га
350 500
Разбавление
1:4 1:5 1:4 1:5
Урожайность т/га 56,0 74,9 67,9 70,0 61,5
Стоимость 1 т руб. 1500 1500 1500 1500 1500
Валовый ДОХОД руб. 84 ООО 112 000 101 850 105000 92 250
Производствен ные затраты руб. 34 740 40 981 39109 40981 39109
Себестоимост ь 1 т руб. 620,36 547,14 575,99 585,44 635,92
Доход руб. 49 260 71019 62741 64019 53141
Рентабельное ть % 141,8 173,3 160,4 156,2 135,9
Платежи за воздействие на окружающую среду
Забор воды руб. 1218,45 913,84 974,81 885,50 944,45
Дополнительн ые затраты руб. 24 61,60 - - - -
Сброс стоков зпо руб. 36,93 156,42 122,03 150,87 121,03
Всего плата руб. 25 816,98 1070,26 1096,84 1036,37 1065,48
Эколого-экономическая эффективность
Чистый доход 23 43,20 69948,74 61644,16 62982,63 52075,52
Анализируя данные таблицы 3, приходим к выводу, что использование ЖСВ для орошения люцерны на супесчаных почвах в зоне недостаточного увлажнения является экономически выгодным мероприятием, при котором повышается урожайность на 25,2 %, уменьшается себестоимость на 12,2 %, а рентабельность увеличивается на 31,5 % по сравнению с поливом природной водой.
E-mail: kuznetsov-gidro@mail.ш
