CC BY
28
УДК 631.879.2 ББК 40.449.5 Ж 68
Жигарева Юлия Викторовна
Аспирант Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии, и.о. директора, первый зам. директора Тверской межобластной ветеринарной лаборатории, Тверь, тел. (4822) 525279, e-mail: julija 700014@mail.ru
Оценка эффективности применения осадков сточных вод при возделывании картофеля
(Рецензирована)
Аннотация. Агроэкосистемы Тверской области испытывают постоянный дефицит органического вещества. В то же время происходит накопление многотоннажных органических отходов очистных сооружений в виде осадков сточных вод (ОСВ), которые можно использовать в качестве органических удобрений под различные сельскохозяйственные культуры. Использование ОСВ на удобрения позволит сохранить значительное количество минеральных туков, уменьшит дефицит гумуса. Внесение ОСВ в дозах, не превышающих 60 т/га, не приводит к повышению содержания в почве тяжелых металлов. Максимальный урожай клубней на дерново-подзолистой супесчаной почве получен на фоне дозы ОСВ 60 т/га и смеси ОСВ с минеральными удобрениями. При этом на фоне доз ОСВ 20-60 т/га под картофель не отмечено избыточного накопления в клубнях тяжелых металлов.
Ключевые слова: тяжелые металлы, осадки сточных вод, плодородие почв, качество клубней, картофель, почва, органические удобрения, компосты.
Zhigareva Yuliya Viktorovna
Post-graduate student of the Russian Research Institute of Agrochemistry, Acting Director, First Deputy Director of the Tver Interregional Veterinary Laboratory, Tver, ph. (4822) 525279), e-mail: julija700014@mail.ru
Assessment of efficiency of application of sewage precipitates
at potato cultivation
Abstract. Agroecosystems of the Tver region have constant deficiency of organic substance. At the same time there is an accumulation of large-tonnage organic waste of treatment facilities in the form of the sewage precipitates (SP) which can be used as organic fertilizers under various crops. Use of SP as fertilizers will allow us to keep a significant amount of mineral fertilizer and will reduce deficiency of a humus. Introduction of SP in the doses which do not exceed 60 t/hectare doesn't lead to increase in contents of heavy metals in the soil. The top yield of tubers on the cespitose and podsolic sandy soil has been received against the background of a dose of SP of 60 t/hectare and mix of SP with mineral fertilizers. At the same time against the background of doses of SP of20-60 t/hectare under potatoes no excess accumulation of heavy metals in tubers is noted.
Keywords: heavy metals, sewage precipitates,fertility of soils, quality of tubers, potatoes, soil, organic fertilizers, composts.
Введение
Снижение объемов внесения в почву традиционных видов органических удобрений, снижение кислотности почв заставляет разрабатывать новые энергосберегающие подходы к проблеме сохранения и воспроизводства гумуса почвы и в целом почвенного плодородия. Решение проблемы возможно за счет применения вторичного сырья, отходов промышленности, в том числе осадков сточных вод или компостов на их основе, которые являются высоко биологически активными, содержат в своем составе органическое вещество, азот, зольные элементы, что позволяет использовать их в сельском хозяйстве в качестве органического или органоминерального удобрения [1].
Поиск ресурсосберегающих приемов повышения плодородия почв и продуктивности агроценозов может быть одновременно эффективным решением острейшей экологической проблемы - накопления отходов. Вовлечение осадков сточных вод в сельскохозяйственное производство приобретает важное экологическое, экономическое и энергосберегающее значение [2]. Однако необходимо учитывать, что ненормированное применение ОСВ может сопровождаться серьезными негативными процессами, отражающимися на всех компонентах
агроэкосистемы - почве, посевах, атмосфере, грунтовых и поверхностных водах, так как могут быть источником избыточного количества тяжелых металлов и патогенной микрофлоры [3]. Причем степень загрязнения будет зависеть как от химического состава отхода, так и от регламента их применения (доз, способов, периодичности внесения, сочетания с другими аг-рохимикатами и т.д.) [4]. Химический и биологический состав ОСВ может характеризоваться существенными колебаниями как в разные годы, в разных городах, так и в пределах одного очистного сооружения, что затрудняет разработку нормативов их эффективного использования [5]. В то же время, регулируя агрохимические и эколого-токсикологические параметры состава ОСВ, можно обеспечить допустимый уровень негативного воздействия на окружающую среду [6, 7]. ОСВ представляют собой отдельный вид отходов, образование которого в условиях городов и поселений составляет до 30-40% от общего количества отходов производства и потребления [8].
Методика проведения исследований
Поскольку непосредственное внесение осадков сточных вод (ОСВ) в почву в качестве удобрения может быть нецелесообразным, проведены исследования органоминеральных смесей, состоящих из ОСВ, органических и минеральных компонентов на дерново-подзолистой почве. Цель настоящих исследований заключалась в определении степени влияния ОСВ и органоминеральных компостов на питательный режим почвы, урожайность возделываемых культур и качество их продукции. Исследования проведены в полевом опыте, заложенном на дерново-подзолистой среднеподзолистой супесчаной почве. Агрохимическая характеристика почвы пахотного слоя (0-20 см): содержание гумуса - 2,2%; рНсол. - 5,6; содержание подвижного фосфора (Р2О5) - 214 мг/кг, обменного калия (К2О) - 128 мг/кг почвы; степень насыщенности основаниями - 72,7%. В схему опыта были включены варианты со смесью ОСВ и торфом. Для сравнения были выбраны варианты с абсолютным контролем, в смеси с навозом и с полной дозой NPK.
Варианты с ОСВ и NPK выровнены по трем основным элементам. Схема опыта состояла их восьми вариантов: 1) контроль (без удобрений); 2) навоз 20 т/га; 3) N90P60K60; 4) ОСВ 20 т/га; 5) ОСВ 40 т/га; 6) ОСВ 60 т/га; 7) ОСВ 20 т/га + торф 10 т/га; 8) ОСВ 20 т/га + N90P60K60. Представленные дозы ОСВ и органоминеральных смесей являются наиболее экономически обоснованными при однократном внесении за ротацию севооборота.
Навоз и торф брали в учхозе «Сахарово» Тверской ГСХА. В опытах использовали ОСВ, отобранные со станции очистки канализационных вод Большие Перемерки г. Твери. ОСВ, минеральные удобрения и органоминеральные смеси вносили весной под предпосевную обработку почвы с последующей заделкой в почву на глубину пахотного слоя. Повторность в опытах 4-х кратная, размер опытной делянки 10 м , расположение рендомизированное. В качестве объектов исследования использовали картофель. Агротехника возделывания культуры была общепринятой для региона. Статистическую обработку результатов полевых опытов проводили на персональном компьютере с использованием Excel 2007, AGROS версия 2.06. и методических указаний по статистической обработке данных (Доспехов, 1985). Почвенные пробы для анализа отбирали с глубины 20 см, согласно ГОСТ 17.4.4.02-84 [9].
Таблица 1
Химический состав исследуемых органических субстратов
Удобрение рНсол. Содержание в абс. сух. в-ве, % C/N
Сорг. в-ва Nü6m;. P2O5 K2O Зола
ОСВ 7,87 67,25 3,93 1,12 0,37 47,2 19,5
Навоз 7,51 38,32 2,5 1,24 2,33 15,3 22,5
Торф 3,92 76,05 1,96 0,22 0,04 11,0 22,0
В полевом опыте исследовали осадок сточных вод Тверских очистных сооружений (табл. 1), который представляет собой рассыпчатую однородную массу темно-серого цвета, обладающий рядом положительных свойств: зольность - 67,25%, реакция среды - 7,87. ОСВ по химическому составу существенно отличался от навоза: превосходил по содержанию ор-
ганического вещества в 1,8 раза и азота - в 1,6 раза. По содержанию калия ОСВ (0,27%) значительно уступал навозу (2,33%). Анализ содержания микроэлементов в составе ОСВ показал наличие значительного количества кадмия, меди, марганца, хрома и цинка, остальных элементов в несколько раз меньше, но в пределах допустимой нормы. Содержание тяжелых металлов в ОСВ (мг/кг): РЬ - 12,99; Сё - 0,39; 2п - 78,41; Си - 40,34; N1 - 5,52; Сг - 4,73; Мп - 240,92; Аб - 0,61; Н^ - 0,14. По метеорологическим условиям вегетационные периоды, в которые проводились исследования, различались несущественно и были типичными для Тверской области и позволяли проведение запланированной агротехники.
Результаты и их обсуждение
Проблема разработки приемов, связанных с производством различных органических и органоминеральных смесей или компостов на основе ОСВ, актуальна как для Российской Федерации, так и для большинства стран мира. Компонентами компостов или смесей могут быть материалы, которые имеются в определенном регионе. Применительно к Тверской области в качестве таковых можно рассматривать торф, сапропель, опилки, солому, побочные продукты растительной продукции, в том числе лузга и т. п. Такие компоненты в процессе компостирования или смешивания с ОСВ разогреваются, при этом температура смеси может повышаться до 65-75°С, что способствует гибели патогенной микрофлоры [9]. Кроме того, органическое вещество трудно разлагаемых материалов в составе компоста или смеси подвергается воздействию микроорганизмов ОСВ и в нем наблюдается процесс ускоренной гумификации [10].
Общее количество накопившихся ОСВ в отвалах в г. Твери оценивается в 120 тыс. т. По данным ФГБУ «ЦАС Тверской», в настоящее время в Тверской области на 1 га посевной площади вносится в среднем не более одной тонны органических удобрений, тогда как потребность в них составляет от 6-12 т/га в зависимости от возделываемой культуры и уровня плодородия конкретного поля. Аналогичная обеспеченность органическими удобрениями наблюдается в целом для всей Нечерноземной зоны.
Исследования были направлены на обоснование возможности применения ОСВ г. Твери в сельскохозяйственном производстве в качестве органического или органоминерального удобрения в дозах, позволяющих улучшать основные параметры дерново-подзолистой почвы и повысить продуктивность сельскохозяйственных культур при наименьших затратах, при этом качество продукции должно отвечать санитарно-гигиеническим нормам.
Смесь ОСВ с торфом в соотношении 2:1 (расчет на воздушно-сухую массу) характеризовалась снижением зольности получаемого удобрения и ухудшением соотношения основных элементов питания: содержание общего азота снизилось до 0,86%, калия - до 0,45% и фосфора - до 1,51%.
Для низкоплодородных дерново-подзолистых почв важное значение имеет их обеспеченность азотом - аммиачной и нитратной формой, которые необходимы для питания растений, хотя непосредственное участие в формировании органического вещества в составе растений принимает аммиачная форма. Все исследуемые органические и органоминеральные удобрения в опыте способствовали повышению содержания нитратного азота в почве. В
1-ый год исследований их применения под картофель наибольшее количество нитратного азота в почве отмечалось на варианте с внесением ОСВ в дозе 60 т/га - 1,6 мг/кг почвы, а минимальное - на контроле и на фоне навоза - 0,76 мг/кг почвы. К концу вегетации картофеля оно достигло своего максимума и составляло 3,3 мг/кг для ОСВ в дозе 60 т/га, 2,1 мг/кг на фоне внесения смеси ОСВ с торфом. Преимущество ОСВ в повышении содержания нитратного азота почвы обусловлено более высоким исходным содержанием азота в его составе. Во
2-ой год исследований отмечалось снижение нитратного азота на всех вариантах опыта.
На накопление в почве подвижного фосфора наибольшее влияние оказало внесение полного минерального удобрения (3 вариант). К концу вегетационного периода картофеля на всех вариантах опыта содержание подвижного фосфора снизилось, но оставалось значительно выше контроля. В конце 2-го года последействия удобрительных смесей влияние ОСВ как в отдельности, так и в сочетании с другими компонентами в сравнении с навозом было более
значимым в увеличении содержания в почве подвижного фосфора. Наибольшее содержание подвижного фосфора было на вариантах «ОСВ 60 т/га» и «ОСВ 20 т/га + КРК».
В динамике роста и развития растений картофеля содержание обменного калия в почве постепенно снижалось от середины периода вегетации к ее концу. Наибольшее количество К2О в почве в первый год действия удобрений отмечалось на варианте «ОСВ + КРК» -140,2 мг/кг почвы. На фоне применения «ОСВ 60 т/га» содержание калия увеличилось до 136,1 мг/кг почвы, в варианте с применением навоза - до 137,3 мг/кг почвы. Незначительное увеличение в почве калия в условиях применения ОСВ обусловлено низким содержанием его в составе осадке. На 2-ой год последействия удобрений наибольшее содержание обменного калия в почве отмечалось на варианте «ОСВ + КРК».
Анализ содержания тяжелых металлов в почве показал, что применение ОСВ во всех изучаемых дозах не привело к избыточному их накоплению. Наименьшее содержание было на контрольном варианте, содержание меди, свинца и цинка не превышало 5-7,5% от ПДК. В варианте «ОСВ + торф», «ОСВ 40 т/га» и «ОСВ 60 т/га» в сравнении с контрольным выявлено увеличение содержания свинца на 1,09, 2,46 и 4,07 мг/кг почвы соответственно, однако во всех случаях концентрация указанных тяжелых металлов не превышала ПДК (табл. 2).
Таблица 2
Влияние смесей на основе ОСВ на валовое содержание тяжелых металлов в почве
№ Вариант опыта Содержание тяжелых металлов, мг/кг
Pb Cd Cu Zn Cr As
1 Контроль 4,12 0,14 5,86 30,60 4,41 0,91
2 Навоз 20 т/га 4,66 0,22 6,82 37,16 5,03 1,22
3 ^0Р60К60 4,52 0,20 6,68 35,19 4,82 1,20
4 ОСВ 20 т/га 5,14 0,35 12,58 38,74 5,22 1,41
5 ОСВ 40 т/га 6,58 0,47 18,62 49,21 5,98 1,63
6 ОСВ 60 т/га 8,19 0,52 25,23 62,15 6,89 1,82
7 ОСВ 20 т/га + торф 10 т/га 5,21 0,37 14,18 40,23 5,34 1,49
8 ОСВ 20 т/га + ^Р60К60 5,32 0,40 15,02 41,14 5,62 1,52
НСР05 0,32 0,09 0,33 2,04 0,25 0,12
Содержание подвижной формы тяжелых металлов было также значительно ниже ПДК. После уборки урожая картофеля содержание подвижных форм меди снизилось в 1,4 раза, свинца и цинка - в 1,3, кадмия - в 1,5, хрома - в 1,6 раза.
Результаты учета урожая клубней картофеля показали, что значительное положительное влияние на формирование продуктивности оказал ОСВ в год внесения его в почву. Урожайность картофеля 196,2 и 199,0 ц/га была получена на вариантах «ОСВ 60 т/га» и «ОСВ 20 т/га + К90Р60К60» соответственно. Несколько ниже урожай клубней был получен на фоне внесения «ОСВ 40т/га». С учетом того, что с навозом в почву поступило одинаковое количество азота, фосфора и калия, ОСВ в дозе 20 т/га и К90Р60К60 имели преимущество, обеспечив прибавку урожая клубней картофеля на 8,7 и 13,3% (табл. 3).
Таблица 3
Влияние ОСВ на урожайность ка ртофеля, ц/га
Вариант опыта Урожай Прибавка ± к контролю
клубней картофеля ц/га %
1. Контроль 113,5 - -
2. Навоз 20 т/га 147,7 34,2 30,1
3. Ш0Р60К60 167,3 53,8 47,4
4. ОСВ 20 т/га 160,5 47,0 41,4
5. ОСВ 40 т/га 182,4 68,9 60,7
6. ОСВ 60 т/га 196,2 82,7 72,9
7. ОСВ 20 т/га + торф 10 т/га 168,1 54,6 48,2
8. ОСВ 20 т/га + ^РеиК«, 199,0 85,5 75,3
НСР05 13,2
При оценке биологического и санитарного качества продукции содержание тяжелых металлов в урожае картофеля является важным показателем. Результаты анализа показали, что ни по одному из определяемых поллютантов, согласно требованиям СанПиНа, не выявлено превышение ПДК, в клубнях не обнаружено наличие ртути и мышьяка. Ближе всего к ПДК было содержание кадмия, в зависимости от дозы внесения ОСВ - возрастало от 0,016 до 0,022 мг/кг (ПДК на кадмий 0,03 мг/кг почвы). Картофель оказался устойчивым к загрязнению при внесении ОСВ в возрастающих дозах, однако зависимости между содержанием тяжелых металлов в клубнях и дозами осадка не выявлено. На фоне 20 и 60 т/га ОСВ содержание кадмия было 0,016 и 0,019 мг/кг соответственно, однако и на контрольном варианте оно определялось на уровне 0,019 мг/кг почвы.
Содержание цинка увеличилось в сравнении с контролем в 2,0-2,3 раза, меди - в 2,02,1 раза, свинца - в 2,1-2,7 раза, никеля - в 3,0-3,3 раза, кадмия - в 2,3 раза. При этом содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля было ниже ПДК в 1,5-3,0 раза.
Заключение
Таким образом, обобщая в целом полученные результаты по эффективности ОСВ в качестве удобрительного средства, можно сделать вывод, что при возделывании картофеля не выявлено негативного воздействия от применения осадка. Применение ОСВ способствует повышению в почве подвижных форм азота и фосфора, что обусловливает улучшение питательного режима растений. Использование ОСВ отдельно и в смеси с торфом или минеральными удобрениями не приводят к загрязнению почвы и клубней картофеля тяжелыми металлами. Наибольшую прибавку урожая клубней на дерново-подзолистой супесчаной почве в условиях Тверской области обеспечивает ОСВ в дозе 60 т/га и ОСВ в смеси с минеральными удобрениями. При использовании ОСВ дозах 20-60 т/га под картофель не выявлено избыточного накопления в клубнях тяжелых металлов.
Примечания:
1. Винокурова Т.Е. Мировая проблема переработки, утилизации и уничтожения осадков муниципальных сточных вод // Гидротехническое строительство, водное хозяйство и мелиорация земель на современном этапе: междунар. науч.-практ. конф.: сб. материалов. Новосибирск, 1999. С. 15-16.
2. Бадмаев А.Б., Дорошкевич С.Г. Влияние осадков городских сточных вод на биологическую активность аллювиальной дерновой почвы // Агрохимия. 2006. № 1. С. 62-66.
3. Алексеева А.С. Влияние применения нетрадиционных органических удобрений на накопление тяжелых металлов и биологическую активность дерново-подзолистых супесчаных почв: автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 2002. 45 с.
4. Влияние органических удобрений на урожайность льна и многолетних трав / Г. Е. Мерзлая, А. Н. На-лиухин, О.А. Власова, Н.А. Ханова // Доклады ТСХА. М.: Изд-во РГАУ - МСХА, 2012. Вып. 284. С. 41-43.
5. Изучение удобрений на основе осадков сточных вод / Р.Ф. Байбеков, Г.Е. Мерзлая, О.А. Власова, А.Н. Налиухин // Агрохимический вестник. 2013. № 6. С. 28-30.
6. Временный максимально-допустимый уровень (МДУ) содержания некоторых химических элементов и госсипола в кормах для сельскохозяйственных животных и кормовых добавках. М., 1987. URL: http://www.ecolan.com.ru/catalog/275/13673/
7. ГН 2.1.7.2042-06 «Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве», утвержденные Гл. гос. санитарным врачом РФ
References:
1. Vinokurova Т.Е. The World Problem of Recycling, Utilization and Destruction of Municipal Sewage Sediments // Hydrotechnical Construction, Water Management and Land Reclamation at the Present Stage: Intern. scient. and pract. conf.: coll. of materials. Novosibirsk, 1999. P. 15-16.
2. Badmaev A.B., Doroshkevich S.G. Influence of sediments of urban sewage on the biological activity of alluvial sod soils // Agrochemistry. 2006. No. 1. P. 6266.
3. Alekseeva A.S. Effect of the use of non-traditional organic fertilizers on the accumulation of heavy metals and biological activity of sod-podzolic sandy loam soils: Diss. abstract. For the Cand. of Biol. degree. M., 2002. 45 pp.
4. The effect of organic fertilizers on the yield of flax and perennial grasses / G.E. Merzlaya, A.N. Nal-iukhin, O.A. Vlasova, N.A. Khanova // Reports of the TSKhA. M.: Publishing House of RGAU - MSKhA, 2012. Iss. 284. P. 41-43.
5. Research of fertilizers based on sewage sludge / R.F. Baybekov, G.E. Merzlaya, O.A. Vlasova, A.N. Naliukhin // Agrochemical Bulletin. 2013. No. 6. P. 28-30.
6. Temporary maximum permissible level (MRL) of the content of certain chemical elements and gossypol in feed for farm animals and feed additives. M., 1987. URL: http://www.ecolan.com.ru/catalog/275/13673/
7. GN 2.1.7.2042-06 "Approximate-permissible concentrations (APC) of chemical substances in soil", approved by the Chief sanitary doctor of the Russian
19.01.2006 года. URL: http://www.docload.ru/tehnpadoc/
8. Утилизация осадка городских сточных вод / З.К. Благовещенская, Н.К. Грачева, Л.С. Могиндо-вич [и др.] // Химизация сельского хозяйства. 1989. № 10. C. 73-76.
9. Андрющенко М.П. Действие и последействие осадков сточных вод городских очистных сооружений на рост и развитие сельскохозяйственных культур // Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства: материалы науч. чтений. Рязань, 2009. С. 284-286.
10. Продуктивность и качество картофеля при использовании органо-минеральных удобрительных смесей на основе осадков сточных вод и цеолитов / С.Г. Дорошкевич, Л.Л. Убугунов, Ц. Д. Мангатаев, А.Б. Бабмаев // Агрохимия. 2002. № 8. С. 41-48.
Federation on 19.01.2006. URL: http://www.docload.ru/tehnpadoc/
8. Utilization of municipal wastewater sludge / Z.K. Blagoveshchenskaya, N.K. Gracheva, L.S. Mog-indovich [et al.] // Chemicalization of Agriculture. 1989. No. 10. P. 73-76.
9. Andryushchenko M.P. Effect and aftereffect of sewage sludge of urban treatment plants on the growth and development of agricultural crops // Modern energy and resource-saving, environmentally sustainable technologies and systems of agricultural production: materials of scient. readings. Ryazan, 2009. P. 284286.
10. Productivity and quality of potato using organo-mineral fertilizer mixtures based on sewage sludge and zeolites / S.G. Doroshkevich, L.L. Ubugunov, C.D. Mangataev, A.B. Babmaev // Agrochemistry. 2002. No. 8. P. 41-48.
