CC BY
45
УДК 631.879
ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ НА СОСТОЯНИЕ АГРОЭКОСИСТЕМЫ И ПРОБЛЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ
Е.В. Дабахова, д.с.-х.н., В.И. Титова, д.с.-х.н., Е.Ю. Гейгер, к.с.-х.н., Н.А. Корченкина, аспирант
Нижегородская ГСХА, e-mail: [email protected]
Рассмотрены история и основные направления работы кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА по утилизации отходов в растениеводческом комплексе. В ходе многолетних исследований установлено, что длительная утилизация птичьего помета и отходов очистки стоков свиноводческого комплекса способствуют увеличению содержания подвижных фосфатов в дерново-подзолистых почвах до аномально высоких значений. Утилизация барды послеспиртовой на светло- и темно-серой лесной почве приводит к ухудшению ее физико-химических свойств, аккумуляции цинка, а также к существенному увеличению содержания подвижных форм фосфора и калия. Барда проявляет высокий удобрительный эффект, увеличивая урожайность опытных культур на 65-155% по сравнению с контролем.
Ключевые слова: отходы, птичий помет, свиной навоз, барда послеспиртовая, свойства почвы, урожайность, высокие дозы, нормирование.
EVALUATION OF WASTES UTILIZATION IMPACT ON AGRO-ECOSYSTEM AND THE PROBLEM OF THE RATE SETTING E.V. Dabakhova, V.I. Titova, E.Yu. Geyger, N.A. Korchenkina
There are examined the history and the basic directions of the work of Nizhny Novgorod chemistry and agro-ecology department on the utilization of wastes in the plant growing complex. It was established in course of long-term studies that prolonged utilization of bird dung and wastes of pig-breeding complex gutters ' cleaning promote the increase in the content of mobile phosphates in sod-podzolic soils up to anomalously high values. The utilization of afteralcohol grains of light- and dark-gray forest soil leads to worsening of its physical chemistry properties, zinc accumulation, and also to a considerable increase in the content of the mobile forms of phosphorus and potassium. Grains works as a god fertilizer, increasing the yield of experimental crops by 65- 155% in comparison with the control.
Keywords: wastes, bird dung, pig manure, afteralcohol grains, soil characteristics, yield, high doses, the rate setting.
Проблема обращения с отходами - одна из наиболее острых экологических проблем современности. Образуясь в огромных количествах, отходы производства и потребления ухудшают состояние окружающей среды и создают прямую угрозу безопасности людей. Выход из этой ситуации предполагает, прежде всего, создание технологий, позволяющих возвращать ценные компоненты отходов в материальное производство. Работа над данными вопросами является важнейшим исторически сложившимся направлением научно-практический деятельности кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА. Еще в начале ХХ века один из первых заведующих кафедрой проф. В.П. Кочетков затрагивал вопросы удобрительной ценности томасшлака, в 60-е годы ХХ века под руководством академика В.Д. Панни-кова изучали возможности использования жидких отходов химической промышленности (сточные воды производства трихлорэтилена и окиси этилена в смеси с сульфатными шлаками) в качестве удобрений. Позднее в 7080 гг. исследования отходов химической промышленности были продолжены проф. Ю.П. Сиротиным, доцентами И.Н. Александровой, З.Н. Юдиной, Е.Н. Мининой, В.Г. Бусоргиным (отходы производства капролактама, синильной кислоты и т.д.), а с 2000 гг. - проф. В.И. Титовой и Е.В. Дабаховой (фосфорсодержащие шламы, образующиеся при производстве бытовой химии).
Кроме отходов химической промышленности в центре внимания ученых кафедры находятся отходы производства крупных животноводческих и птицеводческих
комплексов. Впервые исследования в данном направлении были начаты под руководством проф. Ю.П. Сиротина в конце 70-х годов ХХ века, затем они получили дальнейшее качественное развитие под руководством проф. В.И. Титовой [1-4]. В последние годы перечень изучаемых органических материалов значительно расширен за счет отходов предприятий перерабатывающей промышленности (жом свекловичный, барда послеспир-товая, сыворотка молочная и др.), а также осадков сточных вод жилищно-коммунального хозяйства и продуктов их переработки [5, 6].
Опыт по оценке воздействия длительной утилизации отходов на свойства почвы и компоненты окружающей среды - результат совместной работы с ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» и ОАО «Ильиногор-ское» позволил идентифицировать основные тенденции, происходящие в почвах прилегающих территорий. Основным побочным продуктом (отходом) производства ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» является твердый куриный помет, объемы образования которого составляют более 45 тыс. т в год. ОАО «Ильиногор-ское» - свинокомплекс, где практикуется гидросмывная система удаления отходов. Ежегодно на прилегающей территории утилизируется около 240 тыс. т илового осадка и 75 тыс. т компоста, приготовленного из твердой фракции свиного навоза, илового осадка, осадка вертикальных отстойников, обезвоженного на пресс-фильтрах, и осадка песколовок.
1. Влияние утилизации отходов промышленного животноводства и птицеводства на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв
Срок отбора ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» [8] ОАО «Ильиногорское» [9]
рНкс1 содержание, мг/кг рНкс1 содержание, мг/кг
Р2О5 К2О Р2О5 К2О
I* 5,6 243 165 4,3 101 60
II** 6,2 2060 316 5,6 1266 121
*ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» - 1988 г., ОАО «Ильиногорское» - 1968 г.; **1999 г.
2. Влияние утилизации барды послеспиртовой на свойства серой лесной почвы
№ участка Гумус, % рНкс! Иг 8 Т V, % Содержание, мг/кг
мг-экв/100 г Р2О5 К2О
Светло-серая лесная легкосуглинистая почва
1* 2,0 4,6 3,5 14,3 17,7 81 365 377
1а** 1,9 5,4 1,5 13,0 14,5 90 129 109
Темно-серая лесная среднесуглинистая почва
2* 4,6 5,9 2,1 17,2 19,3 89 220 145
2а** 4,1 6,2 1,6 20,1 21,7 93 175 130
*почва с участка утилизации барды послеспиртовой; **фоновая почва.
Предприятия расположены в сходных почвенно-климатических условиях - в зоне распространения дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава. Данные многолетних исследований свидетельствуют, что наиболее значимые изменения произошли в содержании подвижных форм элементов питания, а также в степени кислотности почвы. В частности, выявлен факт интенсивной аккумуляции подвижных фосфатов в пахотном слое изучаемых почв до аномальных значений, на порядок и более превышающих характерную для данного типа почв величину (табл. 1). Исследования, проведенные в последние десятилетия, свидетельствуют о снижении темпов роста данного показателя и о некоторой стабилизации фосфатного фонда изучаемых почв. Так, среднее содержание подвижного фосфора в почвах ОАО «Ильиногорское» в 2004 г. составило 1263 мг/кг. Это может быть связано с тем, что почва приходит в некое вторичное равновесие, при котором резко увеличивающиеся непроизводительные потери фосфора компенсируют его избыточное поступление с органическими удобрениями.
Следует отметить, что несмотря на длительное время и высокие дозы органических удобрений, в том числе отходов механической и биологической очистки животноводческих стоков, санитарно-гигиеническая обстановка на изучаемой территории в целом была благоприятной: концентрация тяжелых металлов на большей части исследуемой площади не превышает ПДК. Тем не менее, прослеживается тенденция увеличения их содержания, а в отдельных случаях - и степени подвижности [2, 3, 7, 8].
В отличие от отходов птицеводства и животноводства, изучение удобрительной ценности барды послеспир-товой находится на начальной стадии. Основная информация, полученная по данной проблеме, касается вопросов влияния на продуктивность культур после разового [9]. Данные же по влиянию длительной утилизации отхода на свойства почвы практически отсутствуют. В связи с этим на кафедре проведено исследование по оценке агрохимических свойств почвы с участков ути-
лизации барды послеспиртовой - отхода технологического процесса ОАО «Спиртзавод Чугуновский». Образцы отбирали в поле № 1 (светло-серая лесная легкосуглинистая почва) и № 2 (темно-серая лесная средне-суглинистая почва), на поверхность которых в течение 5 лет осуществляли слив барды (доза - до 400 т/га). В качестве фона использовали почву с участков, территориально примыкающих к изучаемым, характеризующуюся близкими почвенными свойствами, но не испытывающей нагрузки, связанной с утилизацией отхода.
Данные таблицы 2 свидетельствуют о некотором ухудшении физико-химических свойств почв с участков утилизации барды - увеличении обменной и гидролитической кислотности, снижении насыщенности основаниями. Эта тенденция обусловлена высокой кислотностью барды (рН 3,8-4).
Содержание подвижного фосфора и обменного калия при внесении в почву жидкого отхода увеличивается, что может быть обусловлено как прямым (непосредственное поступление данных элементов с отходом), так и косвенным (увеличение степени их подвижности) действием барды. Нельзя не учитывать и тот факт, что участок утилизации фактически был выведен из активного оборота. Соответственно, отчуждения элементов с урожаем сельскохозяйственных культур не происходило, что также может внести свой вклад в повышение степени обеспеченности почвы фосфором и калием.
Наблюдаемая тенденция свидетельствует, с одной стороны, об улучшении питательного режима почв (урожайность яровой пшеницы, выращенной на почве с участка утилизации, на 30-50% выше, чем на фоновой), с другой - о потенциальной опасности аккумуляции избыточного количества подвижных форм биогенных элементов в почве. Определение содержания тяжелых металлов показало, что концентрация цинка (как валовая, так и подвижных форм) в почвах с участков утилизации в 2 раза выше фонового.
При определении безопасной дозы внесения отхода следует учитывать не только потенциальные изменения в свойствах почвы, но и отклик агрофитоценоза. В связи
3. Урожайность сельскохозяйственных культур при внесении возрастающих доз барды послеспиртовой, г/сосуд сухой массы
Вариант опыта Яровая пшеница Овес Викоовсяная смесь
масса, г/сосуд ± к контр. масса, г/сосуд ± к контр. масса, г/сосуд ± к контр.
г % г % г %
1. Контроль 7,9 - - 11,5 - - 9,20 - -
2. Барда, 50 т/га 17,4 +9,5 120 22,4 +10,8 94 9,44 0,24 3
3. Барда, 100 т/га 17,8 +9,9 125 26,1 +14,6 126 9,06 -0,14 -2
4. Барда, 150 т/га 20,2 +12,3 155 26,7 +15,2 132 15,14 5,94 65
5. Барда, 200 т/га 16,9 +9,0 113 21,4 +9,8 85 15,04 5,84 63
НСР05 - 3,1 19 - 2,8 13 - 0,9 8
с этим на кафедре проводят исследования по изучению влияния высоких доз отходов на урожайность и качество сельскохозяйственных культур. Причем задачей является определение не только оптимальной, но максимально возможной дозы внесения (наибольшей дозы, не оказывающей негативного влияния на растение). Так, в 20072010 гг. в вегетационных опытах изучали влияние возрастающих доз барды послеспиртовой на урожайность сельскохозяйственных культур (табл. 3). Исследования проводили на светло-серой лесной легкосуглинистой почве, в сосудах Митчерлиха, повторность четырехкратная. Барду (рН 3,7-4,3, сухое вещество 3,5-3,7%) вносили при набивке сосудов.
Урожай зерновых культур на фоне внесения отхода во всех случаях выше, чем в контроле. Максимальная прибавка соответствует варианту с дозой барды 150 т/га. Урожайность викоовсяной смеси увеличилась только на фоне максимальных доз (150 и 200 т/га), причем действие их было равнозначным.
Все рассмотренные выше направления в комплексе представляют собой элементы решения одной задачи - создание методологии нормирования утилизации отходов, которая должна стать основой разработки
безопасных технологий их использования в конкретных почвенно-климатических условиях. Опыт работы в данной области позволил сформулировать типовую программу исследований по установлению удобрительной ценности и безопасности отходов, а также основные подходы к определению экологически приемлемых доз внесения с учетом прогноза возможных негативных последствий утилизации. Помимо этого, в последние годы начато изучение возможности использования отходов при рекультивации нарушенных земель, причем не только на биологическом, но и на техническом этапе (использование отходов в качестве рекультивационного грунта при выполажи-вании откосов, планировке днища, заполнении всего свободного пространства выемки карьера и т.д.) [10]. Предложена система определения пригодности использования отходов для этих целей: выработаны основные требования к свойствам отходов и их реакционной способности, разработана схема модельного эксперимента по оценке потенциальной опасности материалов, планируемых к использованию при рекультивации, а также даны рекомендации по обезвреживанию токсичных компонентов отходов.
Литература
1. Гейгер Е.Ю. Действие жидкого свиного навоза на продуктивность агрофитоценоза и состояние экосистемы в зоне влияния свинокомплекса: дисс. к.с.-х.н.: 03.00.16, 06.01.04. - Н. Новгород, 2003. - 212 с.
2. Дабахова Е.В. Научное обоснование использования органических удобрений промышленного птицеводства в агроэкосистеме: дисс. д.с.-х.н.: 06.01.04, 03.00.16. - Н. Новгород, 2005. - 409 с.
3. Караксин В.Б. Влияние предприятия промышленного свиноводства на компоненты окружающей среды и оптимизация функционирования региональной экосистемы: дисс. д.с.-х.н.: 03.00.16. - Н. Новгород, 2003. - 308 с.
4. Орлов П.В. Эколого-агрохимическая оценка влияния птичьего помета на продуктивность сельскохозяйственных культур и азотный режим почвы: дисс. к.с.-х.н.: 06.01.04, 03.00.16. - Н. Новгород, 2008. - 153 с.
5. Караксин В.Б., Титова В.И. Оценка возможности утилизации творожной сыворотки в земледелии // Агрохимия и экология: История и современность. Материалы международной научн.-практ. конференции, НГСХА. - Т.2. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2008. - С. 87-90.
6. Умнов Н.А. Оценка биотоксичности фугата - отхода переработки барды послеспиртовой // Агрохимия и экология: История и современность. Материалы международной научн.-практ. конференции, НГСХА. - Т.2. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2008. - С. 224-227.
7. Титова В.И., Седов Л.К., Дабахова Е.В. Индустриальное птицеводство и экология: опыт сосуществования. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2004. - 251 с.
8. Титова В.И., Караксин В.Б., Гейгер Е.Ю. Промышленное свиноводство и экология: проблемы сосуществования. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2003. - 201 с.
9. Ненайденко Г.Н. Агрохимическая оценка новых нетрадиционных удобрений - отходов производства спирта // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2002. - № 6. - С. 38-40.
10. Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Обоснование использования отходов в качестве вторичного материального ресурса в сельскохозяйственном производстве. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2009. - 178 с.
