CC BY
103
Проблемы загрязнения почв
Калужской области в условиях применения
нетрадиционных видов удобрения
Н.К. Сюняев, к.б.н., профессор, О.И. Сюняева, к.б.н., РГАУ МСХА им. К.А. Тимирязева (Калужский филиал); М.В. Тютюнькова, к.б.н., Калужский ГУ; А.В. Филиппова,
д.б.н., Оренбургский ГАУ
Почвенный путь утилизации осадков сточных вод (ОСВ) в сельском хозяйстве становится основным в мировой практике. Такое использование ОСВ в агросфере требует соблюдения требований нормативно-правовых документов. Одним из требований является проведение постоянных мониторинговых исследований состояния агроэкосистем в условиях применения ОСВ с целью составления долгосрочных прогнозов и принятия решений об эффективности почвенного пути утилизации ОСВ в АПК данного региона. В настоящее время для многих культур установлены экологически безопасные дозы применения ОСВ [1].
Одной из проблем, требующих решения при производстве сельхозпродукции с использованием нетрадиционных источников питания растений, является мониторинг загрязнения агросистем тяжёлыми металлами (ТМ).
В связи с этим целью нашего исследования стала оценка действия ОСВ различной важности на экологические показатели агроэкосистемы по величинам суммарного загрязнения (7С) и составление прогноза изменения содержания ТМ в агроэкосистеме расчётно-экспериментальным методом в условиях утилизации ОСВ.
Объекты, методы и условия исследования. Основными объектами исследования явились:
1) почва — дёрново-подзолистая супесчаная;
2) сельскохозяйственные растения — овёс, ячмень, картофель; 3) ОСВ — после механического обезвоживания на центрифугах с флокулянтами.
Научно-исследовательскую работу проводили на опытном поле Калужского филиала РГАУ — МСХА в течение 2004—2010 гг. Почвенные образцы отбирали послойно через 20 см с помощью почвенного бура. Растительные образцы отбирались во время уборки урожая соответствующих культур. Почвенные и растительные образцы анализировали на содержание ТМ атомно-абсорбционным методом [2].
Расчёт суммарного элементного загрязнения (2С), который характеризует общий эффект их воздействия на агроэкосистему при Кс > 1, проводили по формулам (1, 2):
г._ХК-(п-1), (1)
где Кс — коэффициент, показывающий, во сколько раз содержание ТМ в опытном варианте превышает фон;
С
К реальн. (2)
С ^ 5
Сф
где Среальн. — концентрация металла в почве, мг/кг; Сф — фоновое содержание металла, мг/кг [3]. Согласно классификации загрязнённых почв, в условиях применения ОСВ почва подразделяется на слабо (2С < 10), средне (2С = 10—25) и сильно (2С >25) загрязнённую [4].
Для расчёта прогноза использовали формулы (3—5):
™пах _ Ьпах ' Рп 100, (3)
где тпах — масса пахотного слоя абсолютно сухой почвы, в т/га;
Нпах — мощность пахотного слоя, см (принято 20 см);
рп — плотность почвы, г/см3 (принято 1,5 г/см3).
АМе шах _ Ме0,8ПДК — Ме п , (4)
где Метах — максимально допустимая добавка металла ОСВ в почву, кг/га;
Ме0,8ПДК = 0,8'ПДК'mпах, Ме0,8ПДК — максимально возможный запас ТМ, кг/га;
ПДК — предельно допустимая концентрация данного ТМ в пахотном слое почвы, мг/кг; Меп — фактическое содержание металла в почве, кг/га.
_____________АМешах______________ Ц
Т Меосв • (1 — Км) • (1 — Кбт) • (1 — Кэ)' ОСВ, (5)
где т — время достижения металлом 0,8 ПДК в почве при рекомендованной дозе внесения ОСВ в т/га по сухому веществу (СВ) и установленном временном цикле внесения
оосв (Цосв);
МеОСВ — масса металла, вносимого в почву с рекомендованной дозой ОСВ, кг/га;
КМ — коэффициент миграции, установленный экспериментальным путём для данного таксона почвы, в долях единицы;
Кбт — коэффициент биотранслокации данного металла в хозяйственно-ценной части сельхозкультуры, установленный экспериментальным путём для данного агроланд-
Рис. 1 - Время достижения Сг, Сс1, 7п, Си, 0,8 ПДК
шафта, экспериментальная и справочная величина, в долях единицы.
Результаты исследований и их обсуждение. Исходя из уровней 2С, полученных при внесении осадков, выявлена слабая степень загрязнения ими исследуемых почв (2С < 10).
Полученные данные показывают, что при внесении осадков увеличивается степень загрязнённости почвы. Однако уровень содержания ТМ не превышает величины ПДК.
На рисунке представлена зависимость времени достижения 0,8 ПДК от дозы ОСВ. С повышением дозы ОСВ время достижения 0,8 ПДК уменьшается. На основании расчётноэкспериментального прогноза установлено, что при внесении в дёрново-подзолистую супесчаную почву рекомендованной дозы 10 т/га ОСВ по сухому веществу периодичностью через пять лет, время достижения 0,8 ПДК составляет 44 года из-за лимитирующего металла — цинка.
Выводы и заключение.
1. На основании расчётов значений показателя суммарного загрязнения (^,) ТМ, полученных при внесении осадков, выявлена слабая степень загрязнения ими изученных агроэкосистем.
2. Выполненный нами прогноз изменения содержания ТМ в условиях почвенного пути утилизации ОСВ показал, что концентрация металлов в почве при периодичности внесения один раз в пять лет дозой в 10 т/га достигнет уровня 0,8 ПДК не ранее чем через 44 года по лимитирующему металлу цинку и позже — по другим металлам.
В условиях почвенного пути утилизации ОСВ с иловых площадок ОСК г. Калуги в сфере АПК предлагается использовать расчётнопояснительный прогноз изменения содержания
ТМ в агроэкосистемах с учётом исходного содержания ТМ в почве, содержания ТМ в ОСВ, коэффициентов миграции, эрозии и использования ТМ сельскохозяйственными культурами. Рекомендуется применять сертифицированные ОСВ на почвах с низким естественным содержанием ТМ, с циклом внесения ОСВ — 5—10 лет и с внесением доз — от 5 до 10 т/га.
Необходимо подчеркнуть, что при соблюдении предельно допустимых нормативов сброса загрязняющих веществ со сточными водами, поступающими на очистные сооружения, концентрация ТМ и ОСВ будет значительно ниже по сравнению с существующими значениями. Для этого крупным промышленным предприятиям города, при наличии финансовых возможностей, необходимо удалять металлы из сточных вод до сброса в канализацию современными методами очистки. Актуальной задачей является создание замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий с возможной утилизацией всех продуктов очистки. Для очистки сточных вод предприятий приборостроения и электроники с их повторным использованием в основном технологическом процессе предприятия, необходимо применять два современных метода очистки стоков — ионный обмен и мембранные технологии.
Литература
1. Сюняев Н.К., Тютюникова М.В., Торшин С.П. и др. Прогноз изменения содержания ТМ в системе почва — растение при применении осадков сточных вод. Калуга: ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2008. 138 с.
2. Методические указания по определению тяжёлых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: цИНАо, 1992.
3. Методическое пособие и нормативные материалы для разработки адаптивно-агроландшафтных систем земледелия. Курск, Тверь: ЧуДо, 2001. 260 с.
4. Касатиков В.А. Агроэкологические основы применения ОГСВ в качестве удобрения: дисс. ... докт. с.-х. наук. М.: МСХА, 1989. 625 с.
