CC BY
9
УДК 614.703:028.477.3:636
И. И. Тимченко, Н. П. Вашкулат, И. И. Омельченко, 3. И. Бойко
гигиенические принципы нормирования отходов животноводческих комплексов, используемых
в сельском хозяйстве
Украинская научно-исследовательская станция орошения сточными водами; Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
В процессе эксплуатации животноводческих хозяйств на них образуются колоссальные количества потенциально опасных в санитарном и эпидемиологическом отношении отходов, что создает реальную угрозу загрязнения ими окружающей среды (атмосферного воздуха, почвы, грунтовых и поверхностных вод, сельскохозяйственных растений). С целью предупреждения поступления отходов в окружающую среду осуществляются их переработка, обеззараживание и утилизация разными способами. Довольно широко они используются в сельском хозяйстве для удобрения почвы. В настоящее время для этой цели применяются самые разнообразные отходы этих комплексов: жидкий навоз, жидкая и твердая фракции навоза, фугат и фильтрат после центрифуг, осадок из вертикальных и горизонтальных отстойников, избыточный активный ил из биосооружений предочистки, доочистки и др.
Данные наших многолетних (1976—1980) исследований свидетельствуют о том, что, несмотря на разнообразие отходов, они имеют и много общего, прежде всего по составу (химическому, бактериальному, гельминтному и др.). Все отходы содержат органические и минеральные вещества, патогенные микроорганизмы, яйца или личинки гельминтов и др. Эти ингредиенты жидкого навоза и его фракций представляют наибольший гигиенический и агрономический интерес. По ним судят о санитарно-эпидемиологической опасности субстрата, а по содержанию органических и минеральных веществ —об удобрительной ценности навоза, поступившего в почву. Следовательно, выявив безопасные концентрации этих ингредиентов в почве и контактирующих с ней средах, можно будет определить допустимые нагрузки отходов на единицу площади сельскохозяйственных полей.
Если бы в количественном отношении содержание всех опасных химических соединений и биологических агентов в отходах животноводства, поведение их в почве, а также способы внесения и нагрузки жидкого навоза и его фракций, применяемые в сельскохозяйственной практике, были абсолютно одинаковыми, то вопрос решался бы довольно просто. Установив нагрузку для одного вида отходов, можно было бы механически ее отнести и к другому. Однако практика показывает, что это не совсем так: по количественному содержанию указанных ингредиентов разные отходы отличаются заметно, нагрузки, рекоменду-
емые в сельском хозяйстве, тоже неодинаковы, не говоря уже о своеобразном поведении таких ингредиентов в почве. Содержание тех или иных соединений в отходах, используемых в качестве удобрения, зависит от вида животноводческого хозяйства (свинокомплекс или ферма крупного рогатого скота), способа, степени очистки и обеззараживания отходов на современных очистных сооружениях и др.
Доказано, что при одном и том же виде обработки, например биологической (в аэротенках^ или биопрудах), содержание этих компонентов в одних и тех же отходах заметно различается. Вполне понятно, что в случае применения даже одинаковых гидравлических нагрузок отходов, обработанных такими способами, в почву поступит разное количество ингредиентов.
Чтобы не допустить загрязнения почвы и смежных с ней сред при использовании жидкого навоза и его фракций в сельском хозяйстве, необходимо ограничивать попадание разных ингредиентов отходов в эту среду, т. е. их следует нормировать. Это достигается путем разработки допустимых норм внесения отходов. Нормированию должны подлежать как биологические, так и химические соединения отходов, поступающие в почву.
В отношении биологического фактора загрязнения суждение может быть следующим. Патогенные энтеробактерии, возбудители сапа, чумы, туберкулеза и др., а также яйца геогельминтов д не должны поступать с отходами в окружающую * среду, в том числе почву. Это связано с возможностью заражения ими людей как в период внесения отходов в окружающую среду, так и в более поздние сроки, спустя несколько недель, месяцев и даже лет, ввиду высокой устойчивости биологических агентов в разных средах. Так, установлено, что при благоприятных условиях яйца геогельминтов (аскариды) могут оставаться жизнеспособными и быть инвазионными (30,7—52,7 %) в течение 10 лет [1]. Следовательно, перед поступлением на сельскохозяйственные поля отходы животноводческих комплексов должны быть подготовлены до такой степени, чтобы с ними в почву не вносились патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов (особенно геогельминтов). Последнее требует разработки более совершенных, надежных способов очистки и обеззараживания отходов. Вследствие недостаточно высокой эффективности очистки Щ
жидкого навоза от химических соединений последние могут обнаруживаться в значительных •количествах в обработанных стоках, используемых для удобрения. Из химических соединений отходов животноводческих комплексов наибольшую опасность представляют азотные. Они обладают высокой миграционной способностью и могут накапливаться до критического уровня в грунтовых водах и сельскохозяйственных культурах, представляя угрозу для здоровья человека и животных. Следовательно, учитывая, что навоз является главным образом азотсодержащим веществом, к нему должны предъявляться особые требования с агрономической и гигиенической точек зрения: в плане поступления его с целью удобрения и получения высоких запланированных урожаев сельскохозяйственных культур и в плане предупреждения интенсивного загрязнения почвы и отрицательного влияния ингредиентов отходов на организм животных и человека в слу-■вчзе миграции их из почвы в питьевую воду, растения и другие среды, Так, с накоплением соединений азота нитритов и нитратов в продуктах питания связывают заболевания животных и человека метгемоглобинемией [9] и раком [7, 11]. Имеются также работы, раскрывающие участие соединений азота в развитии гипертонии, нарушении обмена микроэлементов. Следовательно, введение в организм людей с пищевыми продуктами и питьевой водой таких азотсодержащих веществ должно быть ограниченным, что достигается прежде всего нормированным поступлением их в почву в зоне применения жидкого навоза и его фракций.
О количестве поступающего в почву азота трудно судить по отдельным его соединениям: аммиаку, нитритам, нитратам и органическому азоту. Целесообразнее всего учитывать суммарное их поступление, т. е. общий азот, и принять этот показатель за тест.
В связи с изложенным перед гигиенистами возникла необходимость определения и обоснования допустимого уровня внесения общего азота в почву, конечно, с учетом сельскохозяйственных нагрузок. В ОНТП 17—79 утвержденных Министерством сельского хозяйства СССР, была предложена оптимальная нагрузка общего азота 300 кг на 1 га сельскохозяйственных полей. В ОПНТ-17—81 2 этот норматив не приводится, вероятно, из-за неизученности данного вопроса. С гигиенических позиций, до сих пор не установлены допустимые нормы внесения отходов животноводства по качественному составу и в пер-
Материалы к обоснованию гигиенической нормы нагрузки отходов животноводческих комплексов в качестве удобрения почвы (данные Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева)
1 Общесоюзные нормы технологического проектирования систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза и помета (ОНТП 17-79) М 1979, 64 с.
* Общесоюзные нормы технологического проектирования систем удаления, обработки, обеззараживания, хране-
ния, подготовки и использования навоза и помета Л (ОНТП 17-81). М„ 1981, 50 с.
• се « 2-3 О.Э X ж * ** .
Виды утилизируемых 2 с«я * К О ? и и да и С "•»» о 2 О = н У о « £■- "-в о «о« ■ о « о « • Л" *» О * х = 7» = 1 - £ ¿> х я I 8
X г и л отходов в « «в — х я 2 V« _ 3 * 2 и 5 £ X X 3 5 ■ . у I 41 к О
>» ГС*; О. Х- и- X и о а ^ 1- ч а * — О в Н О а
10
Свиноводческие комплексы
ЖФН ЖФН
ЖФН + минеральные удобрения (М,„Рв„) ЖФН + ТФН
ЖФН + ТФН
Стоки ККРС, разбавленные прудовой водой: 1:7 1:5 1:3
1:5 + минеральные удобрения (И3,Р„К»)
Неразбавленные стоки ККРС
До 2000 До 140 _
До 2300 До 160 —
До 2300 До 200
2300 До 330 _
40
2300 До 400 +
60
ККРС
1500 До 100
1500 До 150 —
1500 До 250 —
1500 До 200 —
1500 До 900 +
вую очередь по общему азоту. Ввиду изложенного, а также тенденции сельскохозяйственной службы к увеличению доз вносимых на сельскохозяйственные поля удобрений этот вопрос приобретает особую значимость. Необходим и интегральный подход к нормированию отходов. Следует привести к общему знаменателю все нагрузки отходов животноводства, испытанные в разных вариантах в сельскохозяйственной и гигиенической практике.
В гигиенической литературе в основном имеются ссылки на установление гидравлических нагрузок отходов животноводческих комплексов [2, 6, 8, 10]. С нашей точки зрения, гидравлическая или массовая нагрузка, выраженная в объеме (кубических метрах на 1 га) или массе (тоннах на 1 га) отходов, сама по себе не может служить в качестве регламентирующей ввиду того, что при одной и той же нагрузке с разными видами отходов в почву будет внесено неодинаковое количество органических и минеральных соединений, так как в исходном материале оно разное. В таких случая, помимо гидравлической, следует учитывать и качественную нагрузку, отражающую главным образом количество поступающего в почву общего азота.
Для определения такой единой нагрузки на поля необходимо в первую очередь знать содер-
жание общего азота в каждом виде отходов, гидравлическую нагрузку, кратность внесения и др.
Нами установлено, что в 1 л жидкой фракции навоза (ЖФН) свинокомплексов, обработанной на сооружениях двухступенчатой биологической очистки, в среднем содержится 70±15 мг общего азота, в твердой фракции навоза (ТФН) после виброгрохотов — 3800± 140 мг/кг, в нативных стоках комплексов крупного рогатого скота (ККРС), выдержанных в течение 4—6 мес в навозохранилищах — 600±43 мг/л, а в разбавленных в соотношении 1:3, 1 :5 и 1:7 стоках ККРС — сооответственно 154±2, 103±10 и 77± ±8 мг/л. Эти отходы вносили на поля.
Объектами изучения были полевые экспериментальные участки. Отходами свинокомплексов удобряли чернозем южный малогумусный сред-немощный тяжелосуглинистый степной зоны, а отходами КРС — чернозем обыкновенный малогумусный лесостепной зоны УССР. Виды полива: влагозарядковый — на участке 1, вегетационный— на участках 2—5, напуск — на участках 6—10 (см. таблицу). Внесение нативных и разбавленных стоков и ЖФН — трехкратное, ТФН и минеральных удобрений — однократное.
На участках 3 и 9 вносили аммиачную селитру из расчета соответственно 60 и 30 кг общего азота на 1 га. Его содержание отражено в суммарной сезонной нагрузке — 200 кг/га (см. таблицу). С ТФН внесено за сезон более 160 и более 230 кг/га общего азота (участки 4 и 5), в результате чего суммарная сезонная нагрузка (ЖФН + +ТФН) составила соответственно 330 и 400 кг/га. На всех участках выращивали зерновые культуры и однолетние травы на зеленый корм.
Оптимальная гигиеническая нагрузка отходов животноводства должна обеспечивать повышение урожайности сельскохозяйственных культур, а также удовлетворять следующим требованиям: не нарушать нормальное протекание процессов самоочищения в почве, не приводить к сверхнормальному ухудшению качества грунтовых вод и сельскохозяйственных растений.
Результаты предыдущих наших исследований [3, 5], связанных с изучением комплекса физико-химических (рН, влажность, содержание аммиачного общего и нитратного азота), бактериологических (общая микробная обсемененность, ко-лн-титр, наличие сальмонелл и патогенных эше-рихий и др.) и гельминтологических (содержание яиц геогельминтов и их выживаемость) показателей, свидетельствуют об отсутствии отрицательного влияния на самоочищающую способность почвы, качество выращиваемых растений и др. при испытании большинства гидравлических нагрузок (участки 1—4 и 6—9).
По этому комплексу показателей мы судили о влиянии отходов животноводства на объекты окружающей среды. В упомянутых случаях (при сезонной нагрузке общего азота до 330 кг/га)
не наблюдалось заметного торможения процесса минерализации органических веществ, почва справлялась с внесеннным загрязнением к конц^А» вегетационного периода. Накопления сверхнормативного содержания токсичных соединений (главным образом группа азота) в грунтовой воде и выращиваемых растениях не обнаружено. При этом из почвы, содержащей 3—20 мг/кг нитратного азота в растениях разных вариантов опытов переходило 4—23 % нитратов, что в 20— 70 раз ниже концентраций, которые могут вызвать токсический эффект у людей, употребляющих такой продукт [4]. Следовательно, полученные нами данные показывают, что внесение органических и минеральных удобрений в почву из расчета до 330 кг на 1 га по общему азоту является безопасным для объектов окружающей среды в условиях УССР. При этом чистый доход от орошения кукурузы на силос за 3 года составил 390 руб./га, а при дополнительном внесении минеральных удобрений (N6o кг/га по действую-^ щему веществу) и ТФН (40 т/га) —соответственно 458 и 495 руб./га. Чистый доход от выращивания разных зерновых культур и однолетних трав (ячменя, пшеницы, кукурузы на зеленый корм, суданской травы и др.), выращенных на почвах, удобренных разбавленными стоками ККРС, составил 60—346 руб./га. Поступление же в почву отходов в большом количестве — 400— 900 кг/га по общему азоту (участки 5 и 10) тормозит течение почвенных процессов и ухудшает качество грунтовых вод и сельскохозяйственных культур.
Предлагая нагрузку отходов животноводства до 330 кг/га в сезон по общему азоту, следует иметь в виду, что она относится главным образом к ЖФН, примененной отдельно и в смеси с относительно невысокими дозами ТФН и минеральных удобрений. Такую нагрузку нельзя рекомендовать для нативного (неразбавленного) жидкого навоза ввиду отрицательного воздейст- -вия ингредиентов отходов на окружающую сре- Щ ду, что нами было доказано опытами, проведенными в натурных условиях.
Разложение органического вещества жидкого навоза в почве протекает медленно, чем ЖФН, в связи с наличием в нем трудноокисляем ых веществ. Для такого вида отходов, как жидкий навоз, эта нагрузка должна устанавливаться с учетом более выраженного бактериального загрязнения отходов, наличия в них значительных количеств минеральных и особенно органических трудноокисляемых соединений.
Выводы. 1. Учитывая санитарно-эпидеми-ческую опасность отходов животноводческих комплексов, внесение их в почву с целью ее удобрения должно быть нормированным.
2. Утилизация отходов животноводства в сельском хозяйстве должна вестись с учетом гидравлической нагрузки по общему азоту. ^
3. Для стоков животноводческих комплексов Лросле биологической очистки (гидравлическая " нагрузка 2300 м3/га в сезон), применяемых отдельно и в комбинации с небольшими (до 40 г/га) дозами ТФН и минеральных удобрений (Ы6оКг/га по действующему веществу) при выращивании зерновых культур и группы однолетних трав на зеленый корм, сезонная нагрузка по общему азоту не должна превышать 330 кг/га. Дробное применение таких отходов в пределах нагрузки выгодно и экономически: чистый доход от выращивания растений составляет 60—495 руб./га.
ЛИТЕРАТУРА
1. Брудастов А. Н. и др. — Мед. паразитол., 1970, № 4, с. 447—451.
2. Вашкулат Н. П. — Гиг. и сан., 1981, № 7, с. 22—24.
3. Вашкулат Н. П., Чегринсц Г. Я. — Методические рекомендации по контролю за санитарным состоянием почвы при использовании в сельском хозяйстве отходов
«Г
животноводческих комплексов и осадков сточных вод. Киев, 1978.
4. Кононко JI. Н., Барабанова Н. М. — В кн.: Радио-нальное питание. Киев, 1979, вып. 14, с. 86—88.
5. Тимченко И. И. и др. Временные рекомендации по использованию отходов свинооткормочных комплексов для удобрения и орошения сельскохозяйственных культур в степной зоне УССР (М-во мелиорации и водного хозяйства УССР, УкрНИСОСВ). Киев, 1982.
6. Цой Е. С., Сурнин В. И., Алсщенко В. Ф. — Труды ВНИИ ветеринар, санитарии, 1977, т. 57, с. 19—25.
7. Шабад Л. М., Ильницкий А. П., Власенко Н. И. — В кн.: Охрана природы и применение химических средств в сельском и лесном хозяйстве. Л., 1981, с. 100—105.
8. Mazur Т, Sadej W. — Zesz. nauk. AR. Krak., 1982. № 169, p. 79—93.
9. Super Ai., de V. Heese H„ Mac Kenzie D. et al. — Water Res., 1981, v. 15, p. 1265—1270.
10. Sutton A. Z„ Nelson D. W„ Maycosen B. et al.— J. Environm Analyt., 1978, № 2, p. 325—336.
11. Zamfir Cli. — Igiena (Buc.), 1982, v. 31, p. 17—25.
Поступала 22.11.83
УДК 812-078+616-092.11-071:519.2*
В. И. Тихонов, В. К. Шитиков
анализ вариабельности признаков и биологическая
норма
Рубежанский филиал НИИ органических полупродуктов и красителей
Повышенный интерес гигиенистов вызвала дискуссия по проблеме «Биологическая норма», итоги которой были подведены И. М. Трахтен-бергом и М. Н. Коршуном [4]. Эта дискуссия отнюдь не исчерпала всех аспектов проблемы и даже углубила наметившуюся в некоторых трактовках тенденцию в подмене общебиологического понятия нормы представлениями о ней, связанными с сигмальным размахом среднегруппового значения нормируемого фактора. Между тем по-^ нятие «норма» имеет вполне однозначный г смысл — это размах стохастических колебаний показателя жиднедеятельности индивидуального организма, которые не выходят за пределы приспособительных реакций по поддержанию гоме-остаза [1]. Поэтому определение нормы как «интервала колебаний среднего значения параметра у некоторой совокупности объектов» является лишь отражением стремления исследователей к количественной оценке границ вредного воздействия. Было бы излишним педантизмом обращать внимание на различия в терминологии, если бы оба приведенных определения были бы идентичными по существу. Но это далеко не так.
Интерпретация биологических колебаний как случайной функции позволяет предположить наличие для каждого ¿-го индивидуального объекта характерных только для него математического ожидания (Mi) и дисперсии (ctsí) нормируемого фактора. Оценка этих статистических моментов Jf осуществляется по результатам серии наблюде-
ний, которые в принципе могут быть получены двумя путями: в разные моменты времена на 1-м объекте при строгой изоляции влияния прочих параметров жизнедеятельности и факторов среды и одновременно на группе объектов, абсолютно идентичных 1-му. Тогда границы «нормы» для 1-го объекта могут быть найдены как некоторая функция ( (сгвь М,), причем признаком вредного воздействия является выход параметра за этот диапазон.
Для любой произвольно взятой совокупности объектов существует вариация математических ожиданий изучаемого показателя, которая с ростом численности индивидуумов будет стремиться к внутривидовому разбросу. Тогда общая групповая дисперсия признака будет складываться из дисперсии математических ожиданий (ам), обусловленной неоднородностью группы, и дисперсии случайных колебаний для индивидуальных объектов (о8) :о2 = сг^+ а| . Очевидно, что нахождение границ нормы сводится к вычислению вклада вариаций ав и установлению доверительного интервала dttos, который является основанием для альтернативного решения о наличии вредного воздействия у экзаменуемого объекта. Поэтому как бы сильно не отличалось индивидуальное значение показателя от группового среднего, нет оснований считать этот сдвиг патологией без предварительной оценки величины ам. В то же время реально не устранимая в эксперименте статистическая неоднородность групп
