CC BY
14УДК 631.95:628.381.1
ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД НА СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАННОЙ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯЧМЕНЯ
В.А. Касатиков, д.с.-х.н., ВНИИОУ, В.А. Раскатов, к.б.н., РГАУ-МСХА, Н.П. Шабардина, ВНИИОУ
Представлены результаты полевого опыта по изучению агробиологических изменений, протекающих в дерново-подзолистой супесчаной почве под влиянием осадков городских сточных вод и доломитовой муки.
Ключевые слова: осадок сточных вод, известкование, урожайность, агробиологические свойства почв.
Известно, что при очистке сточных вод неизбежно возникает проблема утилизации образующихся осадков. Осадки городских сточных вод содержат значительное количество органического вещества, азота и зольных элементов, в первую очередь фосфора. Это обусловливает целесообразность их широкого использования в качестве нетрадиционных органических удобрений в сельском хозяйстве, а также при городском озеленении [1]. Правильность данного подхода обусловлена также и тем, что одним из основных условий сохранения экосистем в устойчивом состоянии является использование отходов как сырьевого ресурса с целью уменьшения негативного воздействия на окружающую среду [2]. Использование осадков на удобрение в исходном состоянии или в составе компоста с органическими наполнителями -один из приемов их утилизации [3]. При этом по эффективности осадки не уступают традиционным органическим и минеральным удобрениям [4, 5].
В частности осадки и удобрения на их основе, благодаря высокому содержанию органического вещества, улучшают плодородие почвы и его агрофизические свойства и повышают урожайность сельскохозяйственных культур [6]. Внесение компостов влияет на агрохимические свойства почв, увеличение запасов органического вещества, усиление нитрификации в пахотном слое, возрастание биологической активности почвы, увеличение количества целлюлозоразлагающих бактерий и уменьшение доли плесневых грибов [7]. Особенно отчетливо почвоулучшающие свойства компостов проявляются на песчаных, супесчаных и малоплодородных деградированных почвах [8].
Один из наиболее важных вопросов в исследованиях с органическими удобрениями, - изучение трансформации азота в почве и его потерь [9]. В то же время при использовании в качестве удобрений осадков со слабощелочной или нейтральной реакцией среды,
важен анализ их влияния на кислотно-основные свойства почвы. С их помощью можно улучшать деградированные песчаные почвы [10]. Исследования по биологической активности почвы выявили, что применение осадка и удобрения на его основе увеличивает общую численность микроорганизмов, повышает ее каталазную активность и создает благоприятные условия для развития основных физиологических групп микроорганизмов [11].
Цель исследования - изучить состав органического вещества, биологические и физико-химические изменения, протекающие в дерново-подзолистой супесчаной почве по последействию осадка городских сточных вод и доломитовой муки. Методика. Исследования по изучению влияния систематического применения осадка городских сточных вод и доломитовой муки на агроэкологические свойства почвы и урожайность культур проводили в длительном опыте (заложен в 1984 г.), входящем в Географическую сеть длительных опытов с удобрениями. За весь период исследований суммарные дозы осадка составили 165-1320 т/га (50 % влажности). Известкование проводили в дозах 3, 6, 9 т/га доломитовой муки. В 2014 г. изучали последействие осадка и доломитовой муки на агробиологические свойства и гумусовое состояние дерново-подзолистой супесчаной почвы. Содержание гумуса определяли по И.В. Тюрину, микробной биомассы (Смб.) - по С.А. Благодатской, целлюлозолитическую активность - по Д.А. Звягинцеву, продуцирование СО2 - по И.Н. Шаркову.
Результаты и их обсуждение. Исследования динамики азотного режима почвы в течение всего периода вегетации ячменя выявили рост содержания минерального азота ^-ЫН4 + N-N0^ в пахотном слое по последействию возрастающих доз ОСВ. Значения контроля превышены в среднем на 13-107% в зависимости от доз ОСВ и уровня известкования. При этом, в отличие от аммиачного азота, содержание нитратного азота находилось в прямой зависимости от доз ОСВ и известкования с повышением общего уровня содержания в фазе кущения в условиях интенсификации нитрификационных процессов в слое почвы 0-20 см (табл. 1).
1. Влияние последействия осадка сточных вод и известкования почвы на содержание подвижных форм азота, дыхательную и целлюлозоразлагающую способности дерново-подзолистой супесчаной почвы (слой 0-20 см), 2014 г.
Вариант опыта Смб^ Содержание N-N0:5, мг/кг ^„к за вегетационный период Дыхательная активность Интенсивность разложения
мг/кг всходы кущение мг/кг % к контролю мг/(м2 ч) % к контролю % % к контролю
Контроль, б/у 654,3 2,0 2,07 2,51 - 307 - 12,1 -
ОСВ, 165* т/га + изв., 3 т/га 662,2 2,27 4,06 2,83 12,7 341 11,1 15,7 29,7
ОСВ, 1320 т/га + изв., 3 т/га 979,1 3,61 5,28 4,05 61,3 326 6,2 13,6 12,4
ОСВ, 165 т/га + изв., 6 т/га 826,4 2,28 4,54 3,18 26,7 340 10,7 14,8 22,3
ОСВ, 1320 т/га + изв., 6 т/га 1007,8 3,60 9,23 4,59 82,8 324 10,5 13,4 10,7
ОСВ, 165 т/га + изв., 9 т/га 820,6 2,94 4,08 3,03 20,7 324 10,5 15,0 24,0
ОСВ, 1320 т/га + изв., 9 т/га 921.5 4,69 8,86 5,20 107,2 305 - 12,7 5,0
* В этой и последующей таблицах дозы ОСВ - суммарные за годы исследований.
Увеличение в почве доступных форм азота положительно повлияло на ее целлюлозоразрушающую способность. Интенсивность разложения
хлопчатобумажного полотна за вегетационный период была невысокой, и составила в контрольном варианте 12,1% от исходной массы ткани.
Наблюдалось усиление целлюлозоразлагающей способности почвы на 24-29,7 % по последействию наименьшей дозы ОСВ и на 5-12,4 % по максимальной дозе внесения. Наиболее высокая достоверная разница с контролем отмечена на фоне известкования в дозе 3 т/га в отличие от результатов предыдущего вегетационного периода.
Анализ изменения агрохимических свойств пахотного слоя почвы по последействию третьего года после внесения ОСВ в 2011г. выявил повышение кислотности почвы (табл. 2). Действительно, значения обменной кислотности снизились с 6,56-6,85 до 6,486,55 ед. на удобренных ОСВ вариантах. В наибольшей степени данная зависимость проявилась в вариантах 1013 с максимальным уровнем известкования. Нгидр. при этом возросла с 0,30-0,41 мг-экв/100 г по действию ОСВ до 0,45-0,63 мг-экв/100 г по их последействию. При этом сохраняется обратная зависимость Нгидр. от уровня известкования почвы. В то же время, по последействию в вариантах с ОСВ заметно увеличились сумма поглощенных оснований и емкость катионного обмена. И действительно, их значения с 6,29-7,15 выросли до 10,91-11,75 мг-экв/100 г почвы. Данная зависимость обусловлена фактором разложения под влиянием почвенного биоценоза основной массы внесенного в 2011 г. ОСВ и как следствие «разрушением» органоминеральных комплексов в составе ОСВ с высвобождением катионов Са+2 и Mg+2 При этом емкость катионного обмена ППК возросла в среднем по фону известкования в дозе 3 т/га на 8 %, 6 т/га - на 17%, 9 т/га - на 15 %.
Как известно, по содержанию фосфора ОСВ существенно превосходят традиционные виды
органических удобрений. По этой причине в условиях интенсивного применения ОСВ наблюдаются выраженные изменения фосфатного режима почвы. Очередное внесение ОСВ с высоким содержанием Р205 (5,2 %) привело к росту количества этого элемента в слое 0-20 см пропорционально дозам ОСВ в 1,9; 2,1; 2,9; 2,7 раза. Последействие второго года выявило снижения уровня Р205подв. с 77-288 до 72-172 мг/100 г почвы. По последействию в наибольшей степени снижается содержание Р205подв. при максимальных дозах ОСВ вне зависимости от уровня известкования почвы за счет миграции избыточного фосфора в виде минеральных и органоминеральных соединений.
По сравнению с фосфором содержание К2Ообм. в почве изменялось не так интенсивно из-за более низкой концентрации элемента в осадке (0,72 %) и колебалось от 3,2 до 6,2 мг/100 г по действию ОСВ. Наибольшее увеличение К20 отмечено при максимальной дозе внесения ОСВ и минимальном уровне известкования. Известкование в больших дозах способствовало сорбции №6,,. почвенным поглощающим комплексом. По последействию сохраняется низкий уровень К2Ообм. (см. табл. 2).
Дополнительное внесение в почву
стабилизированного органического вещества в составе ОСВ способствовало сохранению высокого уровня гумуса как по действию, так и по последействию ОСВ. Данная зависимость не связана с уровнем известкования почвы. Согласно данным, приведенным в таблице 2, содержание органического вещества в почве, находится в прямой зависимости от величины суммарной дозы ОСВ, возрастая с 1,65% на контроле до 1,98-2,80% (изв., 3 т/га), до 1,76-2,95 (изв., 6 т/га), и до 1,81-2,71 (изв., 9 т/га). Данная зависимость проявляется не только в слое 0-20 см, но и 20-40 см, свидетельствуя о наличии выраженных миграционных потоков в слое почвы 0-40 см.
2. Влияние последействия второго года на агрохимическую характеристику дерново-подзолистой супесчаной почвы (слой 0-20 см)
Вариант опыта рНкс1 Нг 8 (Са+Мя) ЕКО и, % Р2О5 К2О Гумус, %
мг-экв/100 г мг/100 г 0-20 см 20-40 см
Контроль, без удобрений 6,40 0,63 9,02 9,65 93,5 32 4,8 1,65 1,18
ОСВ, 165т/га + изв., 3 т/га 6,48 0,54 9,76 10,3 94,3 72 4,8 1,96 1,22
ОСВ, 330 т/га + изв., 3 т/га 6,52 0,51 9,80 10,31 94,5 89 4,5 1,97 1,30
ОСВ, 660 т/га + изв., 3 т/га 6,50 0,59 9,88 10,47 94,4 129 5,4 2,30 1,55
ОСВ, 1320 т/га + изв., 3 т/га 6,55 0,63 10,28 10,91 94,2 172 5,7 2,80 1,68
ОСВ, 165 т/га + изв., 6 т/га 6,40 0,48 10,05 10,53 95,4 79 5,1 1,76 1,19
ОСВ, 330 т/га + изв., 6 т/га 6,50 0,48 9,97 10,45 95,4 90 5,1 1,86 1,30
ОСВ, 660 т/га + изв., 6 т/га 6,45 0,48 11,27 11,75 95,9 114 4,8 2,14 1,42
ОСВ, 1320 т/га + изв., 6 т/га 6,48 0,54 11,76 12,30 95,6 170 5,8 2,95 1,82
ОСВ, 165 т/га + изв., 9 т/га 6,50 0,45 10,73 11,18 0,96 87 5,5 1,81 1,28
ОСВ, 330 т/га + изв., 9 т/га 6,45 0,50 10,73 11,23 95,5 89 5,4 2,05 1,31
ОСВ, 660 т/га + изв., 9 т/га 6,48 0,63 10,16 10,79 94,2 128 5,2 2,20 1,49
ОСВ, 1320 т/га + изв., 9 т/га 6,51 0,54 10,51 11,05 95,1 172 6,5 2,71 1,52
Согласно полученным данным, тип
гумусообразования зависит от дозы известкования и с повышением его уровня до 6 т/га возрастает содержание гуминовых кислот, а тип гумусообразования приближается к гуматному. При этом Сгк : Сфк равно
1,21-1,26 в отличии от С.к : Сфк, равном 0,43-0,59 при дозе известкования 3 т/га. Проведенные исследования также показали, что по последействию ОСВ содержание лабильного гумуса в слое почвы 0-20 см в сравнении с контролем возрастает на 11 и 76% соответственно дозам
165 и 1320 т/га. При этом доля лабильного гумуса в общем его содержании изменяется незначительно и имеет тенденцию к снижению. Данная зависимость обусловлена, очевидно, возрастанием в составе органического вещества почвы негидролизуемого остатка, представленного органолигниновыми соединениями, входящими в состав органического вещества осадка сточных вод. Соотношение С^ в почве по последействию ОСВ и известкования снижается с
10,3-10,9 до 8,4-8,9 ед. при повышении доз известкования с 3 до 9 т/га за счет интенсификации нитрификационных процессов в слое почвы 0-20 см (табл.3).
При этом применение ОСВ в дозе 1320 т/га по фону известкования 3 - 6 т/га было наиболее эффективным с точки зрения влияния на гумусированность почвы и как следствие на содержание валового и лабильного гумуса.
3. Влияние длительного применения различных доз ОСВ в сочетании с известкованием на гумусовое состояние дерново-подзолистой
Вариант опыта Собщ. Валовой гумус Лабильный м гумус Мобщ. CN Запасы, т/га
% Валовой гумус Лабильный гумус Н>бщ.
Контроль, без удобрений 0,957 1,65 0,113 0,101 9,5 50,49 3,46 3,09
ОСВ, 165 т/га + изв., 3 т/га 1,135 1,96 0,126 0,110 10,3 57,62 3,70 3,23
ОСВ, 1320 т/га+ изв., 3 т/га 1,622 2,80 0,198 0,149 10,9 72,24 5,11 3,84
ОСВ, 165 т/га + изв., 6 т/га 1,019 1,76 0,120 0,093 11,0 50,34 3,43 2,66
ОСВ, 1320 т/га+ изв., 6 т/га 1,712 2,95 0,203 0,169 10,1 76,70 5,28 4,39
ОСВ, 165 т/га + изв., 9 т/га 1,050 1,81 0,123 0,125 8,4 50,68 3,61 3,50
ОСВ, 1320 т/га+ изв., 9 т/га 1,570 2,71 0,194 0,167 9,4 70,46 5,04 4,34
Запасы валового и лабильного гумуса относительно контроля при высоких дозах ОСВ увеличились в среднем на 39,5-51,9 и 45,6-52,6% соответственно.
Заключение. Использование нетрадиционных источников питания растений в виде осадка сточных вод благоприятно влияет на почву и растения. Выявлено положительное последействие повышенных доз ОСВ и различных уровней известкования на основные агробиологические свойства почвы, в том числе, на уровень подвижных форм азота, биологическую активность почвы, в частности содержание микробной биомассы, Сорг., Р205подв. и
К20обм..
Литература
1. Касатиков В.А., Еськов А.И., Черников В.А. и др. Влияние мелиорантов и осадков городских сточных вод на миграцию тяжелых металлов в дерново-подзолистой супесчаной почве // Известие ТСХА.- 2003.- № 1.- С. 33-40.
2. Витковская С.Е., Дричко В.Ф. Влияние органических отходов на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы и поступление тяжелых металлов в растения // Агрохимия.- 2002.- № 7.- С. 5-10.
3. Носовская И.И., Соловьев Г.А., Егоров В.С. Влияние длительного систематического применения различных минеральных удобрений и навоза на накопление в почве и хозяйственный баланс меди и цинка // Агрохимия. -2000. -№ 9.- С. 50-56.
4. Касатиков В.А. Агрогеохимические свойства осадков городских сточных вод и торфоиловых компостов // Агрохимия. -1996.- № 8-9.- С. 87-96.
5. Носовская И.И., Соловьев Г.А., Егоров В.С. Влияние длительного систематического применения различных минеральных удобрений и навоза на накопление в почве и хозяйственный баланс кадмия, свинца, никеля и хрома // Агрохимия.- 2001. - № 1.- С. 82-91.
6. Хакимов Ф.И., Севостьянов СМ. Компостирование обработанных аминокислотными реагентами осадков коммунальных сточных вод //Агрохимия. -2004.- № 3.
7. Ковалев Н.Г., Барановский И.Н. Влияние органических удобрений на содержание и состав гумуса дерново-подзолистой почвы, урожайность возделываемых культур и качество продукции // Агрохимия. - 2000. - № 2.- С. 31-35.
8. Ефимов В.Н., Сергеева Т.Н., Величко Е.В. Влияние длительного применения удобрений на содержание тяжелых металлов в дерново-подзолистой глинистой почве // Агрохимия.- 2001.- № 10.- С. 68-72.
9. Moreno, J.L., Hernandez Т., Perez A., Garcia C. Toxicity of cadmium to soil microbial activity: effect of sewage sludge addition to soil on ecological dose //Appl. Soil Ecol. 2002. V. 21. P. 149-158.
10. Чжоу Д. Агроэкологическая оптимизация применения органо-растительных компостов на основе ОСВ на дерново-подзолистой супесчаной почве. Авт. дисс. к-та биол. наук. - М.: МСХА, 2005.- 19 С.
11. ADAS Consulting Limited. 2005. Assessment of options and requirments forstability and maturity testing of composts. The Waste and Resources Action Programme, The Waste and Resources Action Pro ADEME. 2006. Les dechetsen France - chiffres cles - decembre 2006.
EFFECTS OF SEWAGE SLUDGE ON THE BIOLOGICAL PROPERTIES OF LOAMY SANDY SODDY-PODZOLIC SOIL
AND THE YIELD OF BARLEY
V.A. Kasatikov1, V.A. Raskatov2, N.P. Shabardina1 1All-Russian Research Institute of Organic Fertilizers and Peat, ul Pryanishnikova 1, Vyatkino, Sudogda raion, Vladimir oblast, 601390 Russia, E-mail: [email protected], 2 Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy, ul Timiryazeva 49, Moscow, 127550 Russia,
E-mail: [email protected]
Agrobiological changes occurring in a loamy sandy soddy-podzolic soil under the effect of municipal sewage sludge and dolomite meal have been studied in a field experiment. Keywords: sewage sludge, liming, crop yield.
