CC BY
37
ОПЫТ УДОБРЕНИЯ ПОЧВ ОСАДКОМ СТОЧНЫХ ВОД В МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
А.В. Шуравилин
Российский университет дружбы народов Н.В.Сурикова
Московский государственный университет природообустройства
Осадок сточных вод (ОСВ) накапливается в больших объемах на очистных сооружениях городов и промышленных объектов и создает опасность экологическому состоянию окружающей среды. В то же время, как и сточные воды, ОСВ содержит много полезных веществ и может положительно воздействовать на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Например, на очистных сооружениях г. Москвы и Московской области накапливается 25-30 тыс. м3 осадка в сутки, а годовое количество ОСВ Московских станций аэрации содержит около 6,5 тыс. т азота, 13 тыс. т фосфора, 90 тыс. т гумусоподобных веществ (Храменков и др., 2002).
Опыт применения ОСВ в качестве удобрения в нашей стране и за рубежом показал, что возможны и отрицательные последствия, которые проявляются, прежде всего, в нарушении санитарно-гигиенических требований, накоплении тяжелых металлов (ТМ) в почве, растительной продукции, поверхностных и подземных водах. Поэтому применение ОСВ для удобрения требует постоянной проверки и обоснования.
Полевые исследования по удобрению осушаемых луговых аллювиальных почв ОСВ проведены на центральной части Раменского расширения Москворецкой поймы в мелкоделяночном опыте с четырехкратной повторностью. На участке в течение трех лет возделывали многолетние злаковые травы, в первый год - под покровом озимой ржи на зеленый корм.
Исходные агрохимические показатели почвы опытного участка приведены в таблице 1. Грунтовые воды залегают на глубине 0,6-1,1 м, пресные, имеют слабокислую реакцию (рН 6,5), химический состав гидрокарбонатный, кальциево-магниевый. Горизонтальный дренаж заложен на глубину 1,1 м с расстояниями 22 м. По природным и хозяйственным условиям опытный участок типичен для условий центральной части Раменского расширения Москворецкой поймы (Балакин и др., 1998).
Варианты полевого опыта: № 1 - контроль; 2 - навоз КРС, 30 т/га; 3 - ОСВ, 30 т/га; 4 - ОСВ, 60 т/га; 5 - ОСВ, 60 т/га + известь; 6 - ОСВ, 60 т/га + хлористый калий; 7
- ОСВ, 60 т/га + хлористый калий + известь; 8 - ОСВ, 90 т/га. В варианте 2 использовали навоз: крупного рогатого скота (вид подстилки - солома ржи; степень разложения - полуперепревший, 6-ти месяцев холодного хранения; плотность 0,8 т/м3; влажность 73,5%; сухое вещест-
во 26,5%; органическое вещество 70,2% сухого вещества; азот общий 0,77 %; азот аммиачный 0,12%; фосфор подвижный 0,39%, обменный калий 0,67%; СаО 0,49%; рН 7,1). Характеристика ОСВ: влажность 71,4 %; плотность 0,98 т/м3; консистенция (влажная земля); рН 7,0; органическое вещество 50,8%; азот валовый 2,14%; азот аммонийный 0,19%; азот нитратный 0,51%; фосфор общий 2,68%; фосфор подвижный 0,57%; калий общий 0,63%; калий обменный 0,042 %; СаО 1,01%; MgО 0,37%; №2О 0,001%; Cd 11,9 мг/кг с.в.; РЬ 98,3 мг/кг с.в.; N1 96,6 мг/кг с.в.; Со 92,4 мг/кг с.в.; Сгобщ 27,8 мг/кг с.в.; 2п 956,5 мг/кг с.в.; Си 137,7 мг/кг с.в.; Мп 583,3 мг/кг с.в.; Мо 3,3 мг/кг с.в.; ^ 0,82 мг/кг с.в.; Ає не обнаружен.
По содержанию тяжелых металлов ОСВ отвечал ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. В навозе содержались в незначительном количестве молибден, цинк, никель, кобальт, марганец; отсутствовали кадмий, свинец, медь, хром, ртуть. ОСВ не содержал яйца гельминтов и патогенной микрофлоры.
Дозы внесения ОСВ обоснованы расчетами по содержанию ТМ, общего и минерального азота, фосфора (Типовой технологический регламент использования осадков сточных вод в качестве органического удобрения, 2000). Лимитирующая допустимая доза разового внесения ОСВ (28,5 т/га сухого вещества), рассчитана по содержанию кадмия. Соответственно в опытах принята максимальная (90 т/га) доза внесения ОСВ с влажностью 71,4%. Минимальная (30 т/га) доза ОСВ принята для сравнения действия ОСВ и навоза при равных (30 т/га) дозах внесения, средняя (60 т/га)
- для изучения сочетания ОСВ с известью и калием.
В результате трехлетних исследований установлено, что одноразовое внесение ОСВ положительно влияло на физические, физико-химические и агрохимические свойства луговой аллювиальной почвы.
Фракционный состав почвы на опытных делянках практически не изменился. Почва по гранулометрическому составу осталась тяжелосуглинистой. Положительное влияние органического вещества ОСВ на почву проявилось в улучшении ее агрегированности и повышении водопрочности почвенных агрегатов, особенно при внесении высоких (60 и 90 т/га) доз ОСВ и при дополнительном внесении извести.
В среднем за три года дозы ОСВ снизили плотность сложения почвы в слое 0-20 см по сравнению с контролем
1. Агрохимические показатели почвы
Слой, см Гумус, % рН Нйц., % N л.гидр? мг/100г Робщ., % Р2О5, мг/100г Кобш., % К2О, мг/100г Са, % Емкость поглощения, мг-экв/ 100г
0-20 3,98 6,0 0,21 7,9 0,24 7,3 2,06 9,4 1,10 29,2
20-40 2,91 5,3 0,17 6,9 0,28 6,4 2,54 7,9 1,05 25,9
40-60 2,12 5,3 0,16 5,6 0,29 5,8 1,94 6,7 1,03 21,7
0-60 3,00 5,6 0,18 6,8 0,27 6,5 2,18 8,0 1,06 25,6
2. Содержание гумуса в почве опытного участка, % от массы почвы
Год, период Слой почвы, см Варианты опыта
1 2 3 4 5 6 7 8
2001, 0-20 3,98 4,07 4,05 4,09 4,09 4,09 4,09 4,14
весна 20-40 2,91 2,98 2,97 3,05 3,06 3,05 3,07 3,12
40-60 2,11 2,13 2,12 2,14 2,14 2,14 2,13 2,15
0-60 3,00 3,06 3,05 3,09 3,10 3,09 3,10 3,14
2003, 0-20 3,91 4,01 3,97 4,04 4,03 4,02 4,02 4,07
осень 20-40 2,83 2,82 2,84 2,83 2,84 2,83 2,84 2,86
40-60 2,06 2,05 2,04 2,03 2,04 2,04 2,03 2,07
0-60 2,93 2,96 2,95 2,97 2,97 2,96 2,96 3,00
3. Общее содержание азота, фосфора и калия в почве, т/га
Год, период Слой почвы, см Варианты опыта
1 2 3 4 5 6 7 8
Азот
2001, 0-20 4,74 4,81 4,93 5,11 5,09 5,10 5,12 5,29
весна 0-60 13,07 13,14 13,29 13,40 13,42 13,41 13,43 13,65
2003, 0-20 4,56 4,63 4,78 5,00 4,95 4,92 4,99 5,22
осень 0-60 12,89 12,65 12,88 13,14 13,10 13,13 13,11 13,47
Фосфор
2001, 0-20 5,42 5,56 5,58 5,74 5,69 5,71 5,72 5,90
весна 0-60 19,60 19,74 19,74 19,96 19,93 19,91 19,94 20,11
2003, 0-20 5,33 5,46 5,48 5,63 5,62 5,60 5,64 5,78
осень 0-60 19,53 19,64 19,64 19,85 19,84 19,86 19,82 19,99
Калий
2001, 0-20 46,56 46,71 46,61 46,66 46,67 47,02 47,03 46,83
весна 0-60 158,27 158,41 158,31 158,30 158,32 158,70 158,72 158,48
2003, 0-20 46,27 46,39 46,28 46,32 46,32 46,56 46,57 46,35
осень 0-60 157,98 158,09 158,03 158,06 158,05 158,44 158,44 158,18
на 1,8-4,4%, известь - на 0,8-0,9%. Внесение ОСВ и ОСВ с известью оказало некоторое влияние на пористость в слое 0-20 см, особенно при дозах 60 и 90 т/га, где абсолютное превышение над контролем составило 1,1-1,9%. Отмечена положительная зависимость воднофизических свойств почвы от дозы ОСВ.
Содержание гумуса в почве определяли по Тюрину, растительные остатки из образца удаляли (табл. 2).
Внесение навоза и ОСВ по 30 т/га привело к одинаковому повышению содержания гумуса в почве. С увеличением доз содержание гумуса в почве как в слое 0-20 см, так и в слое 0-60 см возросло соответственно на 0,04 и 0,09% от массы почвы, а по сравнению с контролем в слое 0-20 см - на 0,11-0,16%, а в слое 0-60 см - на 0,09-0,14%.
С весны 2001г. до осени 2003 г. содержание гумуса в слое 0-20 см и 0-60 см в контроле снизилось до 3,91 и 2,93% (на 0,07%), в варианте с навозом - на 0,06 и 0,10%, с ОСВ - на 0,05-0,08% и 0,10-0,14%. В конце каждого вегетационного периода в вариантах ОСВ содержание гумуса было выше контроля в слое 0-20 см и 0-60 см соответственно: в 2001 г. на 0,05-0,15% и 0,03-0,06%; в 2002 г. на 0,06-0,15% и 0,02-0,06%; в 2003 г. на 0,060,16% и 0,02-0,07%. Заметным было устойчивое последействие ОСВ при дозах 60 и 90 т/га.
По исходному содержанию биогенных элементов почву можно оценить как средне обеспеченную. Содержание №К в начале и конце трехлетнего периода исследований приведено в таблице 3.
При внесении 30 т/га навоза и ОСВ относительное повышение содержания азота в слое 0-20 составило 1,4 и 3,8%, а в слое 0-60 см - 0,5 и 1,7%. Повышение доз ОСВ до 60 и 90 т/га заметно увеличило содержание азота по
сравнению с вариантом без удобрения - на 7,6 и 11,4% в слое 0-20 см и на 1,7-4,4% в слое 0-60 см.
Содержание валового фосфора при внесении навоза и ОСВ равными дозами изменилось одинаково. Относительные повышения содержания фосфора от внесения 30 т/га навоза, 30, 60 и 90 т/га ОСВ в слое 0-20 см соответственно составили 2,5, 2,9, 5,8 и 8,75%, а в слое 0-60 см -0,7, 0,7, 1,8 и 2,6%.
По содержанию калия ОСВ существенно уступает навозу. Так, при одинаковых (30 т/га) дозах внесения в варианте с навозом содержание валового калия в слое 020 см превосходило вариант с ОСВ на 0,005% от массы почвы, а при максимальной (90 т/га) дозе ОСВ было выше контроля на 0,007%.
Исходные запасы фосфора в вариантах 3-8 превышали контроль на 0,7-2,6%, конечные были ниже на 3,311,2%. Для калия соответственно выше на 0,09-0,32% и ниже на 1,8-4,7%. Более интенсивное снижение запасов №К на удобренных делянках объясняется повышением урожайности культур. Вынос элементов питания с единицей продукции по опытным данным составлял: азота -24,0 кг/т озимой ржи и 14,8 кг/т трав, фосфора соответственно - 10,4 кг/т и 5 кг/т, калия -24,8 и 19,6 кг/т.
Внесение ОСВ дозой 90 т/га 1 раз за три года не обеспечивает воспроизводство элементов питания в осушаемой луговой почве, однако дальнейшее повышение дозы ограничено наличием тяжелых металлов.
Внесение навоза и ОСВ равными (30 т/га) дозами привело к изменению содержания легкогидролизуемого азота весной 2001 г. вследствие большего его количества в ОСВ. Увеличение дозы ОСВ с 30 до 60 и 90 т/га повысило исходное содержание подвижного азота в слое 0-20 см
4. Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в слое почвы 0-60 см, мг/кг
Вариант Элементы
2п Си РЬ са Со Мп N1 Мо С + В
ОДК 220 132 130 2 - - 80 - - -
Весна 2001г.
1 61,83 30,83 16,88 0,38 11,83 986,7 20,67 0,69 62,0 12,30
2 62,25 31,05 16,89 0,38 11,85 988,1 21,70 0,69 62,0 12,37
3 66,98 31,35 17,25 0,425 12,18 988,9 21,80 0,70 62,1 12,30
4 72,13 31,88 17,63 0,470 12,53 991,1 22,92 0,71 62,2 12,31
5 72,14 31,88 17,64 0,472 12,53 991,1 22,94 0,72 62,2 12,31
6 72,13 31,88 17,63 0,471 12,53 991,1 22,92 0,71 62,2 12,31
7 72,14 31,88 17,65 0,473 12,53 991,1 22,94 0,72 62,2 12,31
8 77,28 32,40 18,00 0,516 12,88 993,3 24,05 0,73 62,3 12,31
Осень 2003г.
1 61,80 30,84 16,89 0,38 11,82 986,4 20,65 0,68 62,1 12,27
2 62,30 31,10 16,88 0,38 11,86 988,3 21,71 0,69 62,0 12,38
3 67,50 31,49 17,15 0,44 12,29 989,4 22,15 0,70 62,1 12,29
4 75,24 32,18 17,41 0,50 12,75 992,3 23,62 0,72 62,3 12,30
5 75,25 32,18 17,41 0,50 12,75 992,3 23,64 0,72 62,3 12,30
6 75,24 32,18 17,41 0,50 12,75 992,3 23,62 0,72 62,3 12,30
7 75,25 32,18 17,42 0,50 12,75 992,3 23,64 0,72 62,3 12,30
8 81,98 32,86 17,66 0,56 13,21 995,1 25,10 0,74 62,4 12,30
соответственно на 0,36 и 0,71 мг/100г (на 4,4 и 8,6%), а в слое 0-60 см - на 0,42 и 0,76 мг/100г (6,2 и 11,2%). Снижение запасов легкогидролизуемого азота в слое 0-20 см за три года в контроле составило 20,5%, в варианте с навозом - 22,2%, а при удобрении ОСВ - 22,6-24,2%. Уменьшение на единицу повышения урожая соответственно равны 16% и 13,3-15,9%. Осенью 2003 г. в варианте удобрения навозом содержание азота превышало контроль в слое 0-20 см на 0,04 мг/100г, а при удобрении ОСВ - на 0,14-0,52 мг/100г.
Содержание подвижного фосфора в слое почвы 0-20 см при удобрении навозом и ОСВ равными дозами составило 8,67 и 9,46 мг/100г (отличалось на 9,1%), а в слое 060 см - 7,86 и 8,66 мг/100г (разница на 10,2%). При повышении доз ОСВ с 30 до 60 и 90 т/га содержание Р2О5 в слое 0-20 см увеличилось на 2,16 и 4,32 мг/100г. За период исследований содержание фосфора снизилось в контроле на 3,3% в слое 0-20 см и на 11,2% в слое 0-60 см. Осенью 2003 г. содержание Р2О5 на делянках, удобренных ОСВ, в слое 0-20 см снизилось соответственно на 3,03,2%, а в слое 0-60 см - на 9,4-10,5% и превышало контроль в 1,3-2,0 раза. В варианте сочетания ОСВ с известью и калием снижение содержания фосфора произошло сильнее по сравнению с одним ОСВ на 0,2-0,3%.
Количество обменного калия в почве при внесении 30 т/га навоза повысилось с 9,40 до 11,30 мг/100г (на 20,2%), а при такой же дозе ОСВ - до 9,56 мг/100г (на 1,7%) в слое 0-20 см, проценты повышения в слое 0-60 см составили соответственно 23,8 и 2,0%. Повышение дозы ОСВ до 60 и 90 т/га увеличило содержание калия в слое 0-20 см до 9,72 и 9,88 мг/100г (на 3,4 и 5,1% по сравнению с контролем) и в слое 0-60 см - до 8,32 и 8,48 мг/100г (на 4,0 и 6,0%). Варианты с внесением калия по содержанию К2О в почве превысили вариант с навозом на 0,19 мг/100г (на 1,7%). В конце исследований содержание К2О превышало контроль лишь в вариантах с внесением навоза и при совместном внесении ОСВ и калия, а в варианте 8 содержание калия осенью 2003 г. снизилось до минимума (2,8-3,0 мг/100г), требующего внесения калийных удобрений для сохранения уровня урожайности трав.
Таким образом, внесенные дозы ОСВ не обеспечили воспроизводство легкогидролизуемого азота и подвижного фосфора, а калий необходимо вносить дополнительно не менее 40 кг/га К2О.
Исходное и конечное содержание микроэлементов и ТМ в почве опытного участка и ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов в почве приведены в таблице 4. В первый год исследований наблюдали наибольшее содержание ТМ в почве, но оно оставалось ниже допустимых пределов. Во второй и третий годы количество микроэлементов и ТМ снизилось за счет выноса их урожаем. Внесенные с ОСВ в почву ТМ большей частью задерживались в верхнем слое.
Содержание микроэлементов и ТМ в почве контрольного варианта практически не изменилось. В варианте удобрения навозом отрицательный баланс получен по свинцу, молибдену и хрому вследствие отсутствия этих элементов в навозе и некоторого усиления их выноса при повышении урожайности сельскохозяйственных культур. По всем вариантам, кроме удобрения, отмечено снижение содержания бора. По другим элементам (2п, Си, Со, Мп, Мо) можно сказать, что ОСВ обладает явным преимуществом в обеспечении ими растений по сравнению с навозом. Так, при внесении ОСВ (30 т/га) в почве прибавилось цинка почти на 1,5 мг/кг больше, чем от такой же дозы навоза, меди - на 0,09 мг/кг, кобальта - на 0,1, марганца - на 0,24 мг/кг почвы. Намного больше микроэлементов остается в почве в вариантах с дозами ОСВ 60 и 90 т/га, что может снизить или исключить необходимость внесения соответствующих микроудобрений. Так, при внесении ОСВ (90 т/га) в почве произошло увеличение содержания цинка на 34 кг/га, меди - на 3,3 кг/га, кобальта - на 2,4, марганца -на 13,3, молибдена - на 0,06 кг/га.
Расчеты показали, что через 18 лет при внесении ОСВ (90 т/га) 1 раз в три года содержание свинца в почве составит 25,7 мг/кг при ОДК 130 мг/кг, а кадмия 1,46 мг/кг при ОДК 2 мг/кг, т. е. содержание кадмия приближается к ориентировочно допустимому.
Наибольшие прибавки урожайности получены во влажные годы при средних нормах ОСВ с калийным
удобрением. В среднем за три года урожайность на удобренных ОСВ делянках превысила контроль на 13,234,4%, во втором варианте (навоз) - на 10,7%.
Кормовые качества продукции оценивали по содержанию протеина, клетчатки и химическому составу сухой массы. При одинаковых дозах внесения навоза и ОСВ качество корма по протеину и клетчатке одинако-
во. Содержание химических веществ при всех вариантах удобрений было ниже ПДК. Повышенного содержания микроэлементов и ТМ в растительной продукции не отмечено.
Экономический эффект от применения ОСВ, извести и калия составил по вариантам 289-1189 руб./га в год с учетом предотвращенного экологического ущерба.
КНИГА Э.А. Муравина, Л.В. Обуховской, Л.В. Ромодиной «Практикум по агрохимии», М.: КолосС, 200 , 288 с.
Издание нового учебного пособия, подготовленного преподавателями кафедры агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева под редакцией профессора, доктора биологических наук Э. А. Муравина, весьма своевременно и необходимо. Выпущенные ранее учебные пособия для лабораторно-практических занятий по агрохимии в средних специальных учебных заведениях физически в значительной степени морально устарели. Вновь изданные практикумы по агрохимии для вузовской подготовки специалистов почвенно-агрохимического профиля громоздки по объему и содержанию.
В главе 1 «Основные методы агрохимического анализа» четко сформулированы значение и задачи анализа растений, почв и удобрений. В ней рассмотрены используемые в агрохимии методы качественного и количественного, в т.ч. инструментального анализа, а также изложены принципы колориметрического, пламенно-фотометрического и потенциометрического методов, порядок работы на соответствующих приборах, краткие сведения о возможностях и использовании атомно-абсорбционной и инфракрасной спектроскопии.
Глава 2 «Основное лабораторное оборудование и общие приемы количественного анализа» включает сведения об оснащении агрохимических лабораторий, методических требованиях и технике выполнения работ по подготовке образцов к анализу, взвешиванию, подготовке посуды, приготовлению испытуемых растворов, приблизительных и точных растворов реактивов. В приложении к материалам этой главы приведены необходимые справочные данные. Подробно рассмотрены правила и меры безопасности в химической лаборатории и оказание первой помощи.
Глава 3 «Анализ растений» содержит методы растительной (визуальной и химической) диагностики, в том числе экспресс-методы тканевой диагностики. В ней рассмотрена методика отбора растительных проб и подготовки их к элементному анализу в целях листовой диагностики и определения выноса питательных веществ с урожаем сельскохозяйственных культур. Приведены прописи работ по определению валового содержания азота, фосфора и калия в одной навеске после мокрого озоления по Гинзбург и содержания кальция и магния после сухого озоления. Анализы для оценки качества растениеводческой продукции включают определение количества белкового азота (методом дистилляции) и белка колориметрическим методом, содержания и качества клейковины в зерне, содержания крахмала и сахаров различными методами, сырой клетчатки и сырого жира. Завершается эта глава разделом об анализе растений для эколого-токсикологической оценки качества продукции (принципы методов определения содержания тяжелых металлов и пропись ионометрического измерения концентрации нитратов в плодах и овощах).
Глава 4 «Анализ почвы» включает методику отбора почвенных проб и прописи работ по определению содержания гумуса, реакции, емкости поглощения почв и состава поглощенных катионов. Далее рассматривается использование результатов анализов для оценки степени кислотности (щелочности) почв, нуждаемости в химической мелиорации и возможности применения фосфоритной муки. Затем приведены методы определения обеспеченности почв азотом, а также зональные методы определения содержания подвижных форм фосфора и калия в почвах. В главе также дана методика локального эколого-токсикологического мониторинга на реперных участках и методы определения контролируемых показателей. Отдельный раздел составляют прописи работ по определению основных агрохимических свойств почво-грунтов, используемых в защищенном овощеводстве.
Глава 5 «Анализ удобрений» посвящена работам по изучению основных, в т.ч. физико-механических, свойств простых и сложных твердых минеральных удобрений, а также методам их качественного анализа. В ней дана характеристика принятых методов количественного анализа минеральных удобрений и пропись определения общей нейтрализующей способности известковых удобрений. Анализ органических удобрений представлен прописями работ по определению содержания аммонийного и общего азота, общего фосфора и калия в навозе, определению реакции и зольности торфа.
Глава 6 «Практические занятия по технологии и системе применения удобрений» включает исключительно важные в современных условиях работы по изучению агротехнических требований при выполнении типовых технологических процессов по применению удобрений и химических мелиорантов, методов определения показателей качества работ и их контроля. Предусмотрено изучение технологических схем применения твердых и жидких минеральных и органических удобрений, а также используемых в настоящее время средств механизации. В приложении к разделу по технологии применения минеральных удобрений приведены: расчет неравномерности и фактической дозы внесения удобрений по ширине захвата агрегата, формы документации по приемке удобрений, соблюдению агротехнических требований при их транспортировке и хранении.
Содержание практикума хорошо систематизировано, соблюдается единая структура и логическая схема представления материала, изложенного с учетом познавательных способностей учащихся и межпредметных связей.
Книгу можно заказать по тел./факсу: (495) 256-15-10 и 256-11-61.
В.Ф. Ладонин, академик РАСХН
