CC BY
21
________________________________________________________________
РЕЗУЛЬТАТЫ УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ВО ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ
Т.Н. Болышева, А.Р. Валитова, П.П. Кижапкин
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
В.А. Касатиков ВНИПТИОУ
Проблема утилизации осадков сточных вод (ОСВ) очистных сооружений до сих пор не нашла удовлетворительного решения. Поэтому остается актуальной разработка стратегий их безопасного использования, особенно в сельском хозяйстве. В различных странах мира от 3 до 50% общего количества ОСВ применяется в качестве органических удобрений. Привлекательность этих удобрений в нашей стране в последнее время резко возросла, что связано как с падением уровня плодородия дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны, так и с высокой стоимостью минеральных удобрений.
Исследования по изучению длительного систематического применения возрастающих доз ОСВ на фоне различных доз извести, а также их последействия на эколого-агрохимическую обстановку в агроландшафте проводились в опытном хозяйстве ВНИПТИОУ в 19972002 гг. Почва опытного участка дерново-подзолистая супесчаная, сформированная на двучленных ледниковых отложениях. В опыте, заложенном в 1984 г., использовали ОСВ очистных сооружений г. Владимира. Ежегодно на фоне 3 и 9 т/га извести в почву вносили ОСВ в дозах 15, 30, 60 и 120 т/га. Известкование проводили 1 раз за ротацию севооборота. Чередование культур в севообороте следующее: озимая пшеница (сорт Памяти Федина), ячмень (сорт Зазерский), овес (сорт Астор), клевер красный (сорт Московский). В 2001 г. в севооборот был введен люпин узколистный, в 2002 г. - горчица белая. Горчицу и люпин выращивали на зеленый корм. В используемом ОСВ содержание кадмия превышает допустимые нормы в 2,6-4,8 раза (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001), содержание никеля, цинка и меди находится на уровне ПДК.
В данном сообщении приведены результаты только для вариантов с минимальной (15 т/га) и максимальной (120 т/га) дозами ОСВ. За время опыта осадок вносили 10 раз, что привело к загрязнению почвы ТМ выше ОДК (валовое содержание): для Cd в 10,2 - 44,6 раза; для 2и в 4,3 - 11,7 раза; для Си в 2,0 - 9,0 раз при использовании соответственно 15 и 120 т/га ОСВ. Содержание N1 в вариантах с ОСВ (15 т/га) составило 0,9 ОДК, в варианте с ОСВ (120 т/га) - 3,3 ОДК.
Данные отечественных и зарубежных исследователей убедительно показывают, что валовое содержание ТМ в почве, характеризующее их общий запас, не является надежными показателем для оценки доступности элементов растениям (Матвеев, Прохоров, 1997; 1.К. Ькаи-dar, 2001). Биодоступность токсичных и биогенных элементов определяют с помощью вытяжки ацетатноаммонийного буфера (ААБ) с рН 4,8. На основании этой вытяжки также разработаны величины ПДК для ряда элементов.
В осадках сточных вод Владимирской станции очи-
стки кадмий является приоритетным загрязнителем. При регулярном внесении возрастающих доз ОСВ доля обменно-поглощенных форм кадмия от валового содержания существенно не меняется и колеблется в пределах 45-57 %. Максимальная доля обменно-поглощенного кадмия наблюдается в вариантах с самой высокой дозой ОСВ. Известкование в некоторой степени сдерживает переход кадмия в биодоступную форму.
Цинк в зависимости от концентрации рассматривают как микроэлемент, необходимый для жизнедеятельности растений и животных или, как тяжелый металл первого класса опасности. Доля обменно-поглощенных форм 2и (в вытяжке ААБ) от общего его содержания в почве в контроле не превышает 11 %. На вариантах с применением различных доз ОСВ и извести этот показатель увеличивается до 23-33 % и на вариантах с применением 15 и 120 т/га ОСВ на фоне 3 т/га извести составляет 2,6 и
7,8 ПДК, а на фоне 9 т/га - 2,2 и 7,5 ПДК.
Никель в почве менее подвижен по сравнению с кадмием и цинком, доля его биодоступных форм при использовании ОСВ составляет 8-17%, а в контроле не превышает 3-4 %. Содержание биодоступных форм элемента на вариантах с применением 15 т/га ОСВ не превышает ПДК, а с применением 120 т/га ОСВ составляет 2,7-2,8 ПДК.
Изучение содержания обменно-поглощенных форм меди в почве свидетельствует о том, что в почве происходит накопление биодоступных форм элемента в количестве, превышающем ПДК в 3-3,5 раза на вариантах с использованием 15 т/га ОСВ, и в 14-17 раз с применением 120 т/га ОСВ. Увеличение дозы извести с 3 до 9 т/га снижает количество биодоступной меди в среднем на 14 %.
Содержание тяжелых металлов в сельскохозяйственных культурах - важнейший показатель качества растений. Зерно ячменя и овса было загрязнено кадмием. На фоне 3 т/га извести в вариантах с минимальной и максимальной дозой ОСВ его содержание в зерне ячменя составляло 2,3 и 5,1 ПДК (в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01), в зерне овса - 2,7 и 9,3 ПДК. Если использовать зерно на фураж, то на вариантах с применением 15 т/га зерно ячменя отвечает предъявляемым требованиям к кормам. Содержание кадмия в соломе ячменя в вариантах с применением 15 т/га ОСВ и 3 т/га извести составило 1,4 МДУ (максимально допустимый уровень в кормах для животных), а в вариантах с использованием 120 т/га ОСВ - 5,8 МДУ. В соломе овса на фоне 3 т/га извести концентрация элемента составила 1,9 и 7,0 МДУ при применении соответственно 15 и 120 т/га ОСВ. Увеличение дозы мелиоранта с 3 до 9 т/га снижало содержание кадмия в репродуктивных органах обеих культур в 1,2-2,1 раза, в генеративных - в 1,4-2,5 раза.
Содержание ТМ в растениях, мг/кг сухого вещества
Вариант еа 2и N1 Си
Зерно Солома Зерно Солома Зерно Солома Зерно Солома
Ячмень, 1997 г.
Контроль 0,01 0,05 23,90 45,20 0,08 0,11 2,12 2,25
I 0,23 0,42 45,20 67,90 0,18 1,46 3,76 3,17
II 0,51 1,74 83,90 101,00 0,71 2,84 4,48 5,23
III 0,11 0,22 44,70 59,90 0,11 1,32 3,61 2,86
IV 0,43 0,68 75,50 79,00 0,52 2,63 3,92 4,81
Овес с подсевом клевера, 1998 г.
Контроль 0,02 0,06 29,80 40,10 0,09 0,18 2,81 3,44
I 0,27 0,57 52,60 80,60 1,46 3,45 4,62 4,78
II 0,93 2,09 79,20 107,20 2,99 8,81 5,63 6,41
III 0,14 0,42 44,50 75,40 1,13 2,83 4,01 4,64
IV 0,62 1,43 63,40 86,60 2,91 7,27 4,52 4,84
ПДК*/МДУ 0,10* 0,30 50,00* 50,00 0,50* 3,00 10,00* 30,00
Клевер, 1999 и 2000 гг. (I и II год пользования)
I г.п. II г.п. I г.п. II г.п. I г.п. II г.п. I г.п. II г.п.
Контроль 0,01 0,01 37,00 38,80 0,42 0,34 5,07 5,41
I 0,56 0,87 53,40 61,00 3,29 6,12 8,81 10,86
II 0,89 1,38 232,60 288,40 8,27 12,34 6,42 9,68
III 0,45 0,71 46,70 56,80 3,11 3,82 7,42 8,85
IV 0,80 1,30 178,40 198,80 6,22 10,41 4,02 9,22
Люпин (2001 г.) и Горчица (2002 г.)
2001 2002 2001 2002 2001 2002 2001 2002
Контроль 0,03 0,02 23,03 36,51 0,39 < 0,10 3,54 4,69
I 1,13 0,79 96,82 145,63 2,51 < 0,10 5,20 9,04
II 1,92 1,65 164,93 258,24 5,75 3,01 5,89 13,30
III 1,12 0,56 63,29 132,51 1,92 < 0,10 3,47 8,46
IV 1,82 1,13 124,93 234,28 3,52 2,73 5,13 12,01
МДУ 0,30 50,00 3,00 30,00
Примечание. I - 3 т/га извести + 15 т/га ОСВ; II - 3 т/га извести + 120 т/га ОСВ; III - 9 т/га извести + 15 т/га ОСВ; IV - 9 т/га извести + 120 т/га ОСВ.
Растения клевера I и II годов пользования, люпина и горчицы также были загрязнены кадмием выше МДУ: на фоне 3 т/га извести в вариантах с применением минимальной (15 т/га) дозы ОСВ содержание элемента в кормах превышало МДУ в 1,9-3,8 раза, а при использовании максимальной (120 т/га) дозы осадка в 3,0-6,4 раза. Увеличение дозы извести способствовало снижению количества кадмия в биомассе кормовых культур, однако его содержание оставалось на опасном уровне. Содержание цинка в зерне ячменя и овса на фоне 3 т/га извести было на уровне ПДК при использовании минимальной дозы осадка, а при применении максимальной дозы составило соответственно 1,7 и 1,6 ПДК; солома зерновых содержала цинк в вариантах с применением 15 т/га ОСВ в количестве 1,4-1,6 МДУ, на вариантах с применением 120 т/га ОСВ - 2,0-2,1 МДУ; в зеленой массе клевера красного, люпина узколистного и горчицы белой при применении 15 т/га ОСВ содержание цинка составляло соответственно 1,1-1,2, 1,9 и 2,9 МДУ; при использовании 120 т/га ОСВ содержание элемента превышало допустимые нормы в растениях клевера и горчицы в 4,7-
5,8 раз, в растениях люпина узколистного в 3,3 раза. Увеличение дозы извести значительно снижало уровень содержания цинка в биомассе всех культур, но концентрация элемента в соломе ячменя и овса, надземной массе клевера, люпина и горчицы оставалась выше МДУ, содержание цинка в зерне злаков в вариантах с приме-
нением 120 т/га ОСВ также осталось выше ПДК. Содержание никеля в соломе ячменя не превышало МДУ во всех вариантах опыта. В соломе овса при использовании 15 т/га ОСВ содержание N1 было в пределах нормы, а при использовании 120 т/га ОСВ составило 2,4-2,9 МДУ. В зерне ячменя содержание никеля незначительно превышает допустимые нормы только при использовании 120 т/га осадка на фоне 3 т/га извести. В зерне овса его содержание на фоне минимальной дозы извести составило 2,9 ПДК при использовании 15 т/га ОСВ и 6,0 ПДК при внесении 120 т/га ОСВ. Увеличение дозы извести не позволило снизить концентрацию никеля в зерне овса до безопасного уровня. В зеленой массе клевера содержание N1 было выше МДУ во всех вариантах с применением ОСВ и извести. Содержание элемента в растениях горчицы не превышало МДУ, растения люпина были загрязнены только в вариантах с максимальной дозой осадка. Медь все рассматриваемые культуры накапливали в количествах, значительно меньше величин ПДК и МДУ.
Таким образом, длительное систематическое применение в качестве органических удобрений ОСВ приводит к существенным экологическим нарушениям в агроценозе, что связано с полиметаллическим загрязнением почвы. Улучшение агрохимических свойств почвы при систематическом внесении ОСВ не может служить основанием для их применения в качестве органического удобрения.
