CC BY
81
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.3
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ВЫРАЩИВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ КУЛЬТУР В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ ЗАВОЛЖЬЯ
1 2
В.П. Зволинский ' , академик РАН В.И. Пындак , доктор технических наук Н.В. Тютюма1, доктор сельскохозяйственных наук А.Е. Новиков2, кандидат технических наук
1 Прикаспийский НИИ аридного земледелия,
2 Волгоградский государственный аграрный университет
Для освоения заброшенных и деградированных земель Заволжья предлагаются (в качестве удобрения-мелиорантов) техногенные и природные минералы с высокими сорбционными и ионообменными свойствами. В их числе: переработанный иловый осадок сточных вод, глауконит, бентонит, цеолит. Показаны их достоинства, в том числе способность аккумулировать воздух и влагу. В качестве технических культур рекомендуются рапс, рыжик и др., с которых возможно получение биотоплива.
Ключевые слова: деградированные земли, засуха, технические культуры, биотопливо, осадок сточных вод, минералы-иониты, сорбционные свойства.
Заволжье Астраханской и Волгоградской областей (за исключением прибрежных районов) - это в основном солонцовые комплексы, полупустыни и зоны рискованного земледелия [3]. Часть земель этого обширного региона используется для выпаса овец, часть заброшена или отведена под военные полигоны; происходит нефтяное загрязнение почвогрунтов [1].
В последние годы считается возможным выращивание на подобных землях технических культур, в том числе для получения из них биотоплива, при этом предпочтение отдаётся озимым и яровым сортам рыжика, рапса и некоторых других культур [4, 7, 12]. Основной проблемой, требующей решения, является влагообеспечение.
Применение оросительных мелиораций при выращивании технических культур - в неблагоприятных почвенно-климатических условиях - нереально и нерационально. Поэтому предлагается использование природных и техногенных удобрений-мелиорантов, обладающих высокими сорбционными и ионообменными свойствами.
В каждом городе и некоторых посёлках, а также на отдельных объектах имеются установки и оборудование для очистки канализационных (хозяйственно-бытовых) сточных вод. Наиболее распространённые методы очистки - биологические, с определенной обработкой образующегося при этом илового осадка [9-11].
Известно множество публикаций по использованию илового осадка в качестве удобрения. Наиболее обстоятельно эти проблемы излагаются в монографии [14], где показаны многочисленные полевые исследования по возделыванию (с осадком) ряда кормовых культур в климатических условиях Подмосковья. Целесообразность использования осадков в качестве удобрений отмечается многими авторами, например в [13].
Иловые осадки после очистки стоков Москвы и Подмосковья отличаются улучшенными физико-химическими и экологическими показателями. Несмотря на это, существенного эффекта от использования осадков не отмечается; огромные «залежи» осадков сушат и сжигают в специальных энергоёмких печах, пополняя неликвидные отходы.
На большинстве периферийных станций очистки иловые осадки - это гелеоб-разная, дурно пахнущая и длительно высыхающая субстанция влажностью 98-99 %. Такой осадок содержит до 60 % некондиционной (непереработанной) органики. Иногда в осадках фиксируется наличие тяжёлых металлов (следствие сброса в канализацию некоторыми предприятиями промышленных отходов) и патогенной микрофлоры.
Содержание азота и фосфора в непереработанном осадке незначительно, а калий практически отсутствует. В случае внесения некондиционного осадка в качестве удобрения происходит органическое загрязнение почвы, возникают экологические проблемы.
Разработан и внедрен в промышленных масштабах новый биоинженерный фер-ментно-кавитационный метод очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с глубокой переработкой илового осадка [10, 11]. Метод предусматривает, в частности, воздействие на перерабатываемый субстрат кавитации весьма низкой интенсивности (с числом кавитации К < 0,05) и ферментов (для которых такая кавитация является благоприятной), а также интенсивное окисление органической массы кислородом, засасываемым вместе с воздухом посредством эжекторов.
Главная особенность переработанного осадка - его сорбционные свойства. Иловый осадок (активный ил) - это скопление микроорганизмов, их суммарная поверхность достигает 100 м2 на 1 грамм сухого вещества (!). Этим и обусловлены огромные сорбционные (адсорбционные) свойства илового осадка, которые проявляются в аккумулировании (из атмосферы) воздуха и влаги - после внесения в почву осадка в качестве удобрения-мелиоранта.
Осадок рекомендуется вносить осенью в виде мульчирующего слоя - после основной обработки почвы, желательно чизельной. Установлено [8, 13], что даже в условиях острой засухи почва с осадком содержит влагу, происходит разуплотнение пахотного горизонта. Это явление названо эффектом микромелиорации. Основную обработку почвы и внесение осадка можно выполнять один раз в 3 года. Минимальная доза внесения осадка - 5 т/га, желательно - до 20 т/га.
Переработанный осадок целесообразно вносить в смеси с природными сыпучими минералам-ионитами (в их числе глауконит, бентонит, цеолит), которые содержат кремнезём, алюмосиликаты и элементы питания. Минералы обладают повышенными сорбцион-ными свойствами, способны снижать жёсткость почвенной влаги, характеризуются наличием биогенных микроэлементов и являются экологически безопасными. По наличию кремнезёма минералы-иониты иногда трактуют как кремниевые удобрения [2].
Глубоко переработанный осадок в сочетании с природными минералами-ионитами способствуют накоплению влаги, улучшению водно-воздушного режима, решению проблем гумификации и оптимизации минерального состава почвы - обеспечивают, в конечном счете, возрождение малопродуктивных и зачастую заброшенных земель. Рекомендуемое соотношение осадка и минералов-ионитов: 10:1-10:2. Состав и основные показатели минералов-ионитов сведены в табл. 1.
Таблица 1 - Состав и основные показатели минералов-ионитов
Наименование минералов Химический состав (%) и показатели
Глауконит Бентонит Цеолит
49-56 53-55 57-68
Л1203 < 18 19-20 11-16
¥е0; ¥е203 < 11 8-9 < 4
К2О < 10 < 3 < 5
Ы%0 < 7 < 3 < 1,9
Обменные катионы, мг-экв /100 г > 95 92-98 70-75
Из таблицы следует, что все разновидности минералов-ионитов характеризуются высоким содержанием кремнезёма БЮ2; именно этот сыпучий компонент (больше 50 % по массе) предопределяет высокие сорбционные (адсорбционные) свойства минералов. Здесь присутствуют также калийные и магниевые удобрения (в чистом виде); по этому показателю отличается глауконит. Крайне важное отличие минералов-ионитов заключается также в высоком содержании биологически активных обменных катионов, среди которых преобладают БЮ/'; Са2+ и . Наличие обменных катионов характерно и для глубоко переработанного илового осадка.
Главнейшая особенность переработанного осадка - высокое содержание (не менее 12 %) легко доступного корням растений и почвенной микрофлоре органического вещества (по существу гумуса, табл. 2). По этому показателю осадок в 6-10 раз превосходит суглинистые светло-каштановые почвы Заволжья и не уступает южным чернозёмам. Осадок отличается также повышенным количеством азотного (N-N03) и фосфорного (Р2Ю5) удобрений (табл. 2; [8]). Не менее важная особенность переработанного осадка - наличие в нем подвижной серы (до 2-х г/кг), которая, как известно, является важнейшим источником минерального питания (в микродозах).
Таблица 2 - Сравнительные показатели осадка сточных вод и светло-каштановых почв
Объекты исследований Органическое вещество, % КРК, мг/кг воздушно-сухой почвы
N-N03 N-N04 Р2Ю5 К2Ю
Переработанный осадок сточных вод 12,45 967,5 19,2 325 560
Орошаемые светло-каштановые почвы (0-0,25 м) 1,89 16,5 14,8 76,5 288,5
Богарные светло-каштановые почвы (0-0,25 м) 2,22 5, 5 4,9 79,7 458,5
Богарные светло-каштановые почвы (0,25-0,50 м) 1,28 4, 8 2,9 51 257,5
В сочетании с высокими сорбционными свойствами осадок (самостоятельно или в смеси с минералами-ионитами) обеспечивает высокоэффективную мелиорацию и рекультивацию заброшенных, малопродуктивных и деградированных земель - в условиях острой засухи. Установлено, в частности, что при дозе внесения осадка 20 т/га на светло-каштановых почвах, в острозасушливые годы урожайность озимой пшеницы достигает 5 т/га [8, 9, 11].
Однако в некоторых городах в исходное «сырьё» могут попадать тяжелые металлы - кадмий, цинк, медь и др. При возделывании озимой пшеницы выявлено, что содержание тяжелых металлов в зерне находится на уровне фоновых показателей. Несмотря на это, использование осадка сточных вод рекомендуется, прежде всего, при возделывании технических культур в неблагоприятных почвенно-климатических условиях. В этих случаях проблема тяжелых металлов не столь актуальна: почвам требуется влага, удобрения и мелиоранты.
Предлагаемые техногенные и природные минералы с высокими сорбционными и ионообменными свойствами обеспечивают решение проблем влагообеспечения и продуктивности засушливых земель Заволжья. При внесении названных минералов возделывание технических культур (рапс, рыжик и др.) для получения биотоплива имеет перспективу.
Библиографический список
1. Бондаренко, А.Н. Изменение функциональных свойств почв Астраханской области в связи с современной экологической ситуацией [Текст]/ А.Н. Бондаренко, В.П. Зволинский // Агрохимический вестник. - 2011. - № 4. - С. 20-21.
2. Бочарникова, Е.А. Кремниевые удобрения и мелиоранты: история изучения, теория и практика применения [Текст]/ Е.А. Бочарникова, В.В. Матыченков, И.В. Матыченков // Агрохимия. - 2011. - №7. - С. 84-96.
3. Зволинский, В.П. Почвы солонцовых комплексов Северного Прикаспия [Текст]/ В.П. Зволинский, В.Г. Ларешин. - М.: РУДН, 1996. - 408 с.
4. Измайлов, А.Ю. Современные возможности использования рапсового масла в качестве топлива в дизельных двигателях [Текст]/ А.Ю. Измайлов, Г.С. Савельев, М.Н. Кочетков // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2009. - №5. - С. 20-23.
5. Ишкаев, Т.Х. Агроэкологические аспекты комплексного использования местных сырьевых ресурсов и нетрадиционных агроруд в сельском хозяйстве [Текст]/ Т.Х Ишкаев, Ш.А. Алиев, И.А. Яппаров. - Казань: Центр инновац. технологий, 2007. - 232с.
6. Овчинников, А.С. Развитие учения об агротехнической мелиорации земель [Текст]/
A.С. Овчинников, В.И. Пындак // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и профессиональное образование. - 2014. - №3(35). - С. 158-168.
7. Прахова, Т.Я. Рыжик масличный: биология, продуктивность, технология [Текст]/ Т.Я. Прахова // Вестник Алтайского ГАУ. - 2013. - № 9. - С. 17-19.
8. Пындак, В.И. Эффект микромелиорации и гумификации при использовании в качестве удобрения илового осадка [Текст]/ В.И. Пындак, Ю.А. Степкина // Международный сельскохозяйственный журнал. - 2008. - №3. - С. 56-57.
9. Пындак, В.И. Решение проблем отходов и плодородия деградированных земель (на примере Нижнего Поволжья) [Текст]/В.И. Пындак, А.Е. Новиков, Ю.А. Степкина // Научное обозрение. - 2013. - № 4. - С. 85-89.
10. Пындак, В.И. Проблемы и перспективы биоинженерного машиностроения (на примере развития методов переработки стоков) [Текст]/В.И. Пындак, Ю.А. Степкина // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2013. - № 4. - С. 44-47.
11. Пындак, В.И. Биоинженерные решения по возрождению плодородия деградированных и полупустынных земель Прикаспийского региона [Текст]/ В.И. Пындак, А.Е. Новиков, Ю.А. Степкина // Актуальные проблемы развития современного АПК Прикаспийского региона. - Элиста, 2013. - С. 140-142.
12. Уханов, А.П. Биотопливо из рыжика [Текст]/ А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - №2. - С. 8-11.
13. Храменков, С.В. Использование почвогрунтов с внесением осадков сооружений очистки сточных вод и водоподготовки для выращивания технических культур [Текст]/ С.В. Храменков, М.Н. Козлов, Н.М. Щеголькова [и др.] // Водоснабжение и санитарная техника. -2012. - № 10. - С. 72-77.
14. Шуравилин, А.В. Эффективное использование сточных вод и их осадка для орошения и удобрения сельскохозяйственных культур [Текст]/ А.В. Шуравилин, А.С. Овчинников,
B.В. Бородычев [и др.] - Волгоград: ИПК «Нива», 2009. - 636 с.
E-mail: [email protected]
