CC BY
15
КОМПОСТЫ И БИОГЕННЫЕ ГРУНТЫ: ИЗУЧЕНИЕ И ОЦЕНКА
УДК 631.333.92:631.95
ОЦЕНКА ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ ОБОГАЩЕННЫХ КОМПОСТОВ ОСВ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУПЕСЧАНЫХ ПОЧВАХ ВЛАДИМИРСКОЙ МЕЩЕРЫ
1 1 2 2 А.С. Рауэлиаривуни, И.И. Васенев, д.б.н., В.А. Касатиков, д.с.-х.н., Н.П. Шабардина
1РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
2ВНИИ органических удобрений и торфа, e-mail: [email protected]
На основе результатов двухлетних полевых исследований проведена агроэкологическая оценка последействия применения компостов ОСВ с микробиологическими добавками на легких дерново-подзолистых почвах Владимирской Мещеры. Результаты показали эффективность применения в качестве удобрений компостов ОСВ в дозе 10 т/га, с достоверным повышением урожайности горчицы белой на 15%. Компостирование ОСВ с использованием микробиологических препаратов снижает в 1,8-2,5 раза загрязнение тяжелыми металлами легких дерново-подзолистых почв с пониженной емкостью ППК.
Ключевые слова: агроэкологическая оценка, осадки сточных вод, компост, микробиологические деструкторы, тяжелые металлы, супесчаные дерново-подзолистые почвы.
ASSESSMENT OF THE AFTEREFFECT OF ENRICHED WITH MICROBIAL DESTRUCTORS WASTEWATER SLUDGE COMPOSTS APPLICATION IN SANDY-LOAM SOD-PODZOLIC SOIL AT THE VLADIMIR MESH-
CHERA
A.S. Raoeliarivony, I.I. Vasenev, V.A. Kasatikov, N.P. Shabardina
On the basis of two-year field research the agroecological assessment has been carried out of the aftereffect of enriched with microbial destructors wastewater sludge composts application in the weak sandy-loam sod-podzolic soils at the Vladimir Meshchera. The results confirm the effectiveness of these composts application as fertilizer in a dose 10 t/ha - with significant increase in white mustard yield (in 15%) and essential decline in heavy metals content (in 1,8-2,5 times). The wastewater sludge composting with microbial destructors reduces the risks of the weak sod-podzolic soils (with low capacity of soil absorbing complex) contamination by heavy metals.
Keywords: agroecological assessment, wastewater sludge, compost, microbiological destructors, heavy metals, sandy-loam sod-podzolic soils.
Утилизация отходов производства и потребления -одна из основных экологических проблем современности. Осадки сточных вод (ОСВ), которые в больших объемах накапливаются на очистных сооружениях городов и промышленных объектов, создавая повышенную потенциальную опасность для экологического состояния окружающей среды занимают особое место. Как правило они содержат повышенное количество основных элементов питания растений и органических веществ. Это определяет их привлекательность в качестве источника нетрадиционных органоминеральных удобрений, способствующих поддержанию устойчивого плодородия почв [1, 2].
Массовое применение ОСВ в качестве удобрений ограничено наличием в них повышенной концентрации загрязняющих веществ, прежде всего тяжелых металлов (ТМ) [3, 4]. Загрязнение сельскохозяйственной продукции, грунтовых вод и водоемов в результате применения ОСВ особенно заметно на почвах легкого гранулометрического состава, которые широко распространены на Европейской территории России [5]. Поэтому необходимо подготовить компосты на основе ОСВ с применением микробиологических препаратов-деструкторов [6].
Цель работы - проведение комплексных агроэкологи-ческих исследований с оценкой воздействия обогащенных микробиологическими деструкторами компостов городских осадков сточных вод на характерные для Владимирской Мещеры дерново-подзолистые супесчаные почвы.
Исследования проводили в мелкоделяночном опыте на опытном поле ВНИИОУ, расположеном в северовосточной части Мещерской низменности вблизи п. Вяткино Судогодского района Владимирской области. Почва - дерново-подзолистая супесчаная, развития на флювиогляционной супеси, подстилаемой моренным суглинком. В 2010 г. изучали последействие компостов ОСВ с наполнителем, полученных с добавлением микробиологических препаратов Баркон (20 л препарата на 1 т наполнителя - опилок) и Багс (10 кг препарата на 1 т компостной смеси).
Опыт был заложен в 2008 г. в четырехкратной по-вторности с рендомизированным размещением делянок размером 1 х 2 м (учетная площадь 2 м2) в звене севооборота «ячмень - овес - горчица белая». ОСВ и компосты вносили в дозах по 10 т/га (50% влажности) под зерновые культуры весной 2008 и 2009 гг. под культивацию.
Работа выполнена при поддержке грантов Правительства РФ № 11.G34.31.0079 и РФФИ № 11-04-01376.
1. Влияние компостов и ОСВ на пахотный слой супесчаных дерново-подзолистых почв
Вариант Собщ. % P2O5 К2О pHкa Бг Са2+ + Мв2* V, %
мг/кг мг-экв/100 г
Контроль (без удобрений) 0,71 183 61 5,62 0,92 6,68 88
ОСВ, 10 т/га 0,83* 268* 56 5,71 0,79 6,79 90
Компост без добавок, 10 т/га 0,73 193 62 5,66 0,88 6,73 88
Компост с Барконом, 10 т/га 0,74 360* 60 5,70 0,98 6,49 87
Компост с Багсом, 10 т/га 0,89* 460* 62 5,67 0,79 6,96 90
достоверные отличия от почвы контрольного варианта.
цию. Закладку мелкоделяночных опытов, наблюдения и учеты в них проводили в соответствии со стандартными методиками. Все агротехнические мероприятия (обработка почвы, посев, уход, уборка) выполняли вручную, уборку - сплошным поделяночным методом. Урожайные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа с использованием программы «Статистика».
В течение вегетационного периода проводили фенологические наблюдения и биометрические учеты. Растительные образцы отбирали одновременно с уборкой и учетом урожая с двух повторностей опытов для определения влажности, химического состава (^ P2O5, K2O) общепринятыми методами, а содержание ТМ (Cd, Си, Сг, №, Pb, Zn) - методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Почвенные образцы из слоя 0-20 см отбирали после уборки урожая на определение агрохимических показателей по методике ЦИНАО.
Погодные условия 2010 г. в период вегетации горчицы белой характеризовались повышенным температурным режимом в мае, с отклонением от среднемноголет-них показателей в +4,1°С, осадки выпадали неравномерно: их количество за май составило 190% от нормы, а за июнь - 71%.
Установлено, что ОСВ и компосты на их основе, обладающие pHKCl 7,1±0,2, высоким валовым содержанием органического вещества (59,4±1,2%) и фосфора (2,20±0,20%), незначительно влияли на большинство агрохимических свойств пахотного горизонта дерново-подзолистых почв, но существенно изменяли содержание общего углерода и подвижного фосфора (табл. 1). Максимальные (в 2-2,5 раза выше контроля) изменения в содержании подвижного фосфора отмечены в вариантах с биопрепаратами-деструкторами (компост - с Багсом). Достоверные изменения содержания общего углерода отмечены в вариантах с ОСВ и, особенно, в компосте с Багсом (на 0,18%).
Применение ОСВ и компостов на их основе в звене севооборота «ячмень-овес-горчица белая» обеспечило
положительный баланс азота и фосфора с минимизацией (1-4 кг/га) отрицательного баланса калия. Наилучшие коэффициенты использования элементов питания были в вариантах применения компоста с Багсом и ОСВ, наименьшие - в компосте с Барконом.
Еще более значимой оказалась стабилизирующая роль компостирования ОСВ в предупреждении «залпового» поступления содержащихся в них ТМ в подвижные пулы ТМ пахотного горизонта легких дерново-подзолистых почв, а значит и в растения, что особенно важно для исследуемых почв с низкой емкостью ППК (менее 8 мг-экв/100 г почвы).
Наименьшая степень повышения условно валового содержания ТМ отмечается по последействию компо-стов с микробиологическими добавками: при уровне показателя суммарного загрязнения Zc в 1,4 - что примерно в 2 раза меньше последействия обычного компоста из ОСВ и почти в 4 раза - последействия ОСВ (табл. 2). Наилучшие результаты, как и в случае последействия на ресурсные агрохимические свойства почв, наблюдаются в варианте компостирования с Багсом, где для 5 из 6 исследованных ТМ не зафиксировано достоверного превышения содержания ТМ по сравнению с контролем.
Стабилизирующее влияние компостирования на снижение содержания подвижных форм ТМ в пахотном горизонте исследованных почв (табл. 3) во многом аналогично их последействию на валовое содержание ТМ -на фоне менее контрастных изменений содержания ТМ и небольших различий между вариантами применения компостов (при колебаниях Zc в пределах 1,6-1,7), для которых, как правило, не отмечается достоверных отличий от контроля.
Как и в случае анализа валовых содержаний ТМ выраженное техногенное загрязнение исследованных почв в результате двукратного применения стандартных доз ОСВ и производных от них компостов не сопровождается превышением установленных ПДК.
2. Последействие компостов ОСВ на валовое содержание тяжелых металлов
Вариант Содержание ТМ в почве, мг/кг
са Си Сг N1 РЬ Zn
Контроль (без удобрений) 0,50 3,75 13,9 8,54 7,93 20,1 -
ОСВ, 10 т/га 0,93* 7,16* 27,5* 11,42* 13,50* 48,1* 5,5
Компост без добавок, 10 т/га 0,65 5,99* 20,5* 10,09 8,93 38,1* 3,1
Компост с Барконом, 10 т/га 0,55 4,54* 17,4 9,34 9,06 31,6* 1,9
Компост с Багсом, 10 т/га 0,51 3,96 14,7 9,65 8,21 31,3* 1,4
ОДК в супесчаной почве, мг/кг 0,5 33 90*** 20 32 55
достоверные отличия от почвы контрольного варианта. Zс показатель суммарного превышения уровня элементов в пределах аномалий над фоном (контроль): Zc = ^Кс - (п - 1), где п - число элементов с Кс > 1, Кс - коэффициент, характеризующий отношение аномальной концентрации элемента в варианте опыта (С^) к концентрации этого элемента в контроле (Сф). ПДК.
3. Последействие компостов ОСВ на содержание ТМ в супесчаных дерново-подзолистых почвах
Вариант Содержание ТМ в почве, мг/кг Zc
Cd Cu Cr Ni Pb Zn
Контроль (без удобрений) 0,09 0,13 0,43 0,64 0,59 1,21 -
ОСВ, 10 т/га 0,14* 0,18* 0,53* 0,79* 0,98* 1,52* 3,4
Компост без добавок, 10 т/га 0,10 0,16 0,49 0,65 0,65 1,34 1,6
Компост с Барконом, 10 т/га 0,11 0,14 0,45 0,68 0,73* 1,28 1,7
Компост с Багсом, 10 т/га 0,12 0,15 0,48 0,71 0,61 1,25 1,7
ПДК в почве, мг/кг 3,0 6,0 4,0 6,0 23,0
достоверные отличия от почвы контрольного варианта.
4. Последействие компостов ОСВ на содержание ТМ в биомассе горчицы белой
Вариант Содержание ТМ в биомассе, мг/кг Zc
Cd Cu Cr Ni Pb Zn
Контроль (без удобрений) 0,13 5,00 1,07 1,10 0,53 35,0 -
ОСВ, 10 т/га 0,21* 5,84* 4,04* 1,40* 0,65 47,9* 5,6
Компост без добавок, 10 т/га 0,15 5,38 3,42* 1,19 0,62 39,2 3,8
Компост с Барконом, 10 т/га 0,16 5,15 3,26* 1,13 0,60 35,5 3,4
Компост с Багсом, 10 т/га 0,17 5,69 1,68* 1,22 0,65 36,2 2,3
МДУ для сочных и грубых кормов, мг/кг 0,3 30 0,5 3,0 5,0 50
* достоверные отличия от почвы контрольного варианта.
Преобладание невысоких значений содержания подвижных форм ТМ на фоне их повышенного валового содержания можно объяснить близкой к нейтральной реакцией среды и почти насыщенным состоянием малоемкого ППК (см. табл. 1), что тем не менее не помешало значительному поступлению 4 из 6 исследуемых металлов в растения горчицы белой (табл. 4).
Отметив общее для всех исследованных вариантов значительное превышение МДУ по содержанию хрома в сочных и грубых кормах, подчеркнем близкие к содержанию подвижных форм ТМ закономерности изменения их содержания в биомассе горчицы белой как последействия двукратного применения ОСВ и компостов. Если последействием ОСВ является достоверное повышение содержания 5 из 6 исследованных ТМ в биомассе горчицы, то после применения всех вариантов компостов отмечается достоверное превышение содержания только хрома. Четко выраженный тренд снижения его содержания в ряду «компост без добавок - компост с Барконом -компост с Багсом» определяет и общий характер дифференциации Zc в рассматриваемом наборе компостов. При этом наименьший уровень Zc выявлен в вариантах с компостами, полученными с использованием микробиологических добавок и прежде всего Багса. В ходе исследований выявлена тесная корреляционная зависимость
между валовым содержанием и содержанием подвижных форм ТМ в почве и накоплением их в растениях.
Таким образом установлено положительное влияние компостов на основе ОСВ с микробиологическими препаратами-деструкторами на содержание общего углерода и подвижного фосфора в пахотном горизонте супесчаных дерново-подзолистых почв Владимирской Мещеры. Компостирование ОСВ существенно снижает связанную с их применением экологическую нагрузку на агроценоз. Положительное экологическое последействие компостирования существенно возрастает в результате применения микробиологических препаратов-деструкторов. Исследования показали хорошие перспективы сельскохозяйственной утилизации городских ОСВ с удобрением бедных дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава. В ходе исследований выявлена тесная корреляционная зависимость между валовым содержанием, содержанием подвижных форм большинства изученных ТМ в почве и накоплением их в растениях горчицы белой, выращенных на супесчаных дерново-подзолистых почвах после двукратного применения ОСВ или созданных на их основе компо-стов. Наибольшие проблемы возникли со значительным превышением МДУ содержания хрома в сочных и грубых кормах, что требует проведения дополнительных.
Литература
1. Климова Н.В., Починова Т.В. Осадки сточных вод как нетрадиционное органическое удобрение // Аграрная наука, 2009, № 1. - С. 13-16.
2. Моисенко Н.В., Кулик Е.Н., Радомская В.И. Оценка экологического состояния места захоронения осадков сточных вод г. Благовещенска // Экология и промышленность России, 2009, № 6. - С. 19-21.
3. Мерзлая Г.Е. Агроэкологическая оценка использования осадка сточных вод г. Москвы // Агрохимия, 2009, № 5. - С. 102-108.
4. Черногоров А.Л., Чекмарев П.А., Васенев И.И., Гогмачадзе Г.Д. Агроэкологическая оценка земель и оптимизация землепользования. - М.: Изд-во МГУ, 2012. - 268 с.
5. Касатиков В.А., Раскатов В.А., Шабардина Н.П. Влияние микробиологических деструкторов лигнинсодержа-щих отходов на процесс компостирования смеси осадка городских сточных вод и опилок // Доклады ТСХА, 2010, вып. 282. - С. 803-806.
6. Герасимов Г.Н. Обработка осадков сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника, 2008, № 12. - С. 32-41.
