CC BY
37
АГРОЭКОЛОГИЯ
УДК 631.4:628.543 С.В. Макарычев,
Н.И. Алёшина,
А.В. Тиньгаев
ТРАНСФОРМАЦИЯ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМОВ, ОРОШАЕМЫХ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ (НА ПРИМЕРЕ Г. АЛЕЙСКА)
Сточные воды содержат большое количество питательных веществ (азота, фосфора, калия) и органических соединений. Поступление в почву этих элементов и соединений сопровождается значительным усилением микробиологических процессов, в результате чего при их промежуточной минерализации образуются самые разнообразные продукты, принимающие участие в синтезе гумуса.
О влиянии сточных вод г. Алейска на агрохимические свойства черноземов обыкновенных свидетельствуют данные, полученные при разработке технологии их круглогодового орошения.
При этом сточные воды г. Алейска после механической очистки в объеме
1,2 млн м3 в год подаются на поля фильтрации, вследствие кольматации почвы превращенные в пруды-накопители. Поля фильтрации расположены в 3 км от г. Алейска на землях ОАО «Колпаковский».
Анализ динамики химического состава за 1991-2003 гг. показывает, что сточные воды г. Алейска в целом пригодны для орошения сельскохозяйственных культур. Щелочная реакция этих вод не превышает допустимых концентраций. По содержанию биогенных элементов питания они характеризуются низкой удобрительной ценностью. Содержание тяжелых металлов в сточных водах г. Алейска на 1-2 порядка ниже уровней ПДК (предельно-допустимых концентраций) для хозяйственно-питьевого водо-
пользования. Городские сточные воды не обладают канцерогенностью и мутагенностью. В картах полей фильтрации происходит дегельминтизация сточных вод за счет оседания в донные отложения яиц гельминтов.
Площадь опытно-производственного участка орошения равна 146 га, варианты опыта занимают 45 га. Часть сточных вод используется на орошение сельскохозяйственных культур по временной оросительной сети с применением дождевальных машин ДКШ-64 «Волжанка». Для подачи сточных вод используют передвижную станцию СНП-75/100. Магистральный трубопровод длиной 800 м состоит из быстро разборных алюминиевых труб РТЯ-220.
Исследуемый массив черноземов расположен на водоразделе рек Горев-ки и Чистюньки — притоков р. Алей. В гидрогеологическом отношении рассматриваемая территория находится в пределах Барнаульско-Кулундинского артезианского бассейна пластово-поровых вод. Под участком орошения грунтовые воды залегают на глубине 7-15 м. Химический состав вод — от гидрокарбонатных до сульфатных и хло-ридных.
Климат района отличается суровой зимой с сильными ветрами и метелями, весенними и осенними заморозками, жарким летом. По многолетним данным средняя температура воздуха составляет 1,3°С. Наиболее холодным месяцем
является январь со среднесуточной температурой воздуха -18,1°С и ее абсолютным минимумом в отдельные годы -47°С. Количество осадков, выпадающих за год, составляет 503 мм, в том числе 338 мм — за вегетационный период. Гидротермический коэффициент (ГТК) по Селянинову составляет 1,0-0,8.
На опытно-производственном участке мы проводили орошение сточными водами двумя способами: полив дождеванием и вневегетационные поливы намораживанием до 1,5 м. Вегетационная оросительная норма в среднем составила 3200 м3/га. Однако поливы намораживанием приводили к очень большому сбросу сточных вод на 1 га, превышающим расчетную оросительную норму в 2-3 раза (рис.). При этом поля засевались многолетней злаковой травой — кострецом безостым.
Наши исследования проводились по следующей схеме (табл. 1).
Химический анализ почвы проводился по общепринятым методикам: рН водной вытяжки и солевой состав по методикам, описанным в работе Е.В. Ари-нушкиной (1970); азот общий — по Кьельдалю; гумус валовой — по И.В. Тюрину; подвижные формы фосфора и калия — по Чирикову и Мачиги-ну; поглощенные основания и емкость поглощения — по К.К. Гедройцу и В. Пфефферу.
Определение гранулометрического и микроагрегатного анализа выполняли по методу Н.А. Качинского (1973), структурного состава и водопрочности макроагрегатов — по Н.И. Савинову (Агрофизические методы..., 1966).
Питательный, водный и солевой режимы изучали известными методами. Расчет содержания токсичных солей определяли по методике Н.И. Базилевич и Е.И. Панковой (Методические указания., 1968).
Таблица 1
Схема опыта
№ п/п Варианты опыта (1991-2003 гг.)
1 Контроль без орошения
2 Орошение сточными водами в вегетационный период
3 Полив сточными водами методом намораживания во вневегетационный период (зимний)
4 Круглогодовое орошение сточными водами (орошение сточными водами в вегетационный период + полив сточными водами намораживанием)
Годы исследований
□ вегетационный полив □ намораживание □ вегетационный полив+намораживание
Рис. Объем поливных сточных вод г. Алейска на орошаемый гектар в 1989-2003 гг.
Почвенный покров земель ОАО «Колпаковский» представлен черноземами обыкновенными среднемощными малогумусными.
В верхнем слое (0-30 см) содержание гумуса составляет 3,7-4,3%, а в подпахотном горизонте (30-50 см) — 2,152,45%. С глубиной содержание гумуса снижается до 0,6 %.
В гумусово-аккумулятивном слое
чернозема общий азот составляет 0,130,27%, а нитратный — 1,3-3,07 мг/кг.
Валовое содержание фосфора в слоях почвы 0-30, 30-50, 50-100 и 100-160 см колеблется в пределах 0,17-0,20;
0,15-0,20; 0,12-0,13, и 0,14-0,22% соответственно. Эти данные свидетельствуют, что содержание фосфора в черноземе невелико. Но доступными формами фосфорной кислоты он вполне обеспечен. Так, количество подвижного фосфора в слое 0-30 см составляет 104,8-143,5 мг/кг. В нижележащих горизонтах он практически не прослеживается (1,8-3,1 мг/кг).
Чернозем обыкновенный в полной мере обеспечен калием. Валовое содержание калия в пахотном слое составляет 2,85-3,72%, а подвижного — 126,1-133,9 мг/кг.
Емкость поглощения почвы оказывается равной 32,2-37,5 мг-экв/100 г почвы в верхнем горизонте, а на глубине 30-50 см — 27,6-32,1 мг-экв/100 г. Глубже емкость поглощения снижается до 17,7-24,7 мг-экв/100 г почвы. Черноземы не засолены, процессов осо-лонцевания также не наблюдается. Содержание поглощенного натрия составляет 0,5%.
Согласно классификации Н.А. Качин-ского почвы опытного участка относятся к среднесуглинистым. Содержание фи-
Изменение содержания гумуса и вал
(слой 0-60 см) при орошении
зической глины в почвенных горизонтах колеблется в пределах 39,4-43,5%. Из механических элементов наибольшую долю занимает пыль крупная 35,038,1%. Количество ила составляет
24.5-29,1%. Мелкого песка содержится
21.5-22,8%.
Согласно полученным данным плотность твердой фазы по профилю исследуемых черноземов изменяется с глубиной от 2,59 до 2,66 г/см3. Плотность верхних горизонтов почвы составляет 1,21 г/см3, в нижележащих слоях возрастает до 1,39-1,42 г/см3.
Коэффициент фильтрации черноземов, определенный методом заливаемых площадок по С.В. Астапову, равен
0,4 м/сут., что указывает на его оптимальную водопроницаемость.
Орошение сточными водами в период с 1991 по 2003 гг. весьма положительно сказалось на плодородии почв.
Анализируя результаты исследований (табл. 2), можно отметить, что на орошаемом участке в пахотном горизонте содержание гумуса за годы исследований колебалось от 4,10 (1991 г.) до 5,90% (2001 г.), в слое 0-60 см — соответственно, 3,0 (1991 г.) и 4,70%
(2000 г.). Количество общего азота возросло от 0,21 (1991 г.) до 0,35%
(2002 г.).
При орошении образуется мощная корневая система многолетних трав, что приводит к большему накоплению органического вещества по сравнению с неорошаемым участком. Наибольший рост содержания общего азота и гумуса происходит в пахотном горизонте. Это объясняется также высокими нерег-ламентированными поливными нормами в 1999-2003 гг., равными 7,6-10,9 тыс. м3/га.
Таблица 2
ого азота в черноземах обыкновенных сточными водами г. Алейска
Показатели, % Глубина отбора Годы
1989 1991 2000 2001 2002 2003
исходн. орошаемый орошаемый орошаемый орошаемый орошаемый
0-20 3,80 4,10 5,70 5,90 5,70 5,30
Гумус 20-40 40-60 3,20 2,10 3,30 1,60 5,00 3,40 4,70 2,00 4,70 2,60 4,30 2,70
0-60 3,0 3,00 4,70 4,20 4,30 4,10
0-20 не опр. 0,21 0,25 0,34 0,35 0,33
Азот 20-40 не опр. 0,10 0,22 0,26 0,26 0,27
40-60 не опр. 0,12 0,11 0,16 0,18 0,20
0-60 не опр. 0,14 0,19 0,25 0,26 0,27
Анализ результатов содержания подвижных форм элементов питания растений в пахотном слое (0-20 см) и в слое 0-60 см (табл. 3) показывает, что в исходном состоянии (1989 г.) обеспеченность подвижным фосфором (163,7 и
167,2 мг/кг) и обменным калием (251,7 и 166,2 мг/кг) высокая. Уменьшение содержания подвижного фосфора в черноземе объясняется как выносом его с урожаем растений, так и низким его количеством в сточных водах (145 кг/га). По обменному калию в слое 0-60 см почва остается в классе высокообеспеченных. В неорошаемых условиях отмечено снижение содержания подвижного фосфора и обменного калия по сравнению с исходным состоянием, что связано с выносом их возделываемой культурой.
Таблица 3
Изменение содержания подвижных форм элементов питания в черноземах обыкновенных (слой 0-60 см), поливаемых сточными водами
г. Алейска, мг/кг почвы
Показатели Глубина отбора проб Годы
1989 2000 2001 2002 2003
исходн. орошаем. орошаем. орошаем. орошаем.
Подвижный фосфор 0-20 163,8 118,3 175,5 153,0 159,0
20-40 152,3 не опр. 96,0 105,5 104,0
40-60 185,3 не опр. 46,0 59,5 68,0
0-60 167,1 118,3 105,8 106,0 110,0
Обеспечен- ность 151-200, высок. 101-150, повыш. 101-150, повыш. 101-150, повыш. 151-200, высок.
Обменный калий 0-20 294,5 363,5 281,5 277,0 277,0
20-40 153,1 295,0 144,0 141,0 141,0
40-60 107,0 171,0 70,5 77,0 77,0
0-60 184,9 276,5 165,3 165,0 165,0
Обеспечен- ность 121-180, высок. более 180, очень высок. 121-180, высок. 121-180, высок. 121-180, высок.
Таблица 4
Влияние поливов ненормированными объемами на структурные изменения черноземов обыкновенных среднесуглинистых крупно-пылевато-иловатых
Интервал отбора, см Кол-во ила (< 0,001) при микроагрегатном анализе Кол-во ила (< 0,001) при механическом анализе Фактор дисперсности, % (по Н.А. Ка-чинскому)
Орошаемый участок
0-20 2,62 20,66 12,55
20-40 2,98 24,48 12,20
40-60 5,46 26,74 20,55
Неорошаемый участок
0-20 2,88 17,76 16,25
20-40 2,12 23,44 9,00
40-60 2,96 24,96 11,90
Орошение приводит также к увеличению содержания иловатых и крупнопесчаных фракций в горизонтах чернозема при орошении.
Для более полного представления о влиянии поливов ненормированными объемами на структурные изменения черноземов обыкновенных среднесуглинистых крупно-пылевато-иловатых в слое 0-60 см выполнены микроагрегатные анализы по методу Н.А. Качинского ( та бл . 4).
Оказалось, что фактор дисперсности почв орошаемого участка в слое 20-60 см по сравнению с неорошаемыми почвами увеличился от 3,1 до 10,6%, указывая на ухудшение почвенной структуры.
Плотность чернозема на орошаемом участке в пахотном горизонте возросла до 1,32 г/см3, подпахотном — до 1,39 г/см3, тогда как в богарных условиях составила 1,27 и 1,28 г/см3. Кроме того, порозность снизилась со 48-50 (пахотный слой) до 45-48% (подпахотный слой).
Водопроницаемость чернозема изменилась от 161,8 до 75,8-91,1 мм/ч, что связано с ухудшением его структурного состояния в условиях орошения.
Следует отметить, что нами не были отмечены процессы осолонцевания и засоления в почвенном профиле. Имело место незначительное повышение концентрации солей в верхних горизонтах осенью, но весной солевой баланс в почве восстанавливался. Это указывает, что некоторое соленакопление носит сезонный характер.
Выводы
1. По ирригационной оценке городские сточные воды пригодны для использования в орошаемом земледелии.
2. Круглогодовое орошение костреца безостого (вегетационные поливы + + намораживание) способствует увеличению объемов утилизации городских сточных вод в расчете на один гектар.
3. На орошаемом участке в пахотном горизонте содержание гумуса за годы исследований колебалось от 4,10 до 5,90%. Количество общего азота возросло от 0,21 до 0,35%. При орошении образуется мощная корневая система
многолетних трав, что приводит к большому накоплению органического вещества по сравнению с неорошаемым участком. Наибольший рост содержания общего азота и гумуса происходит в пахотном горизонте. Это объясняется также высокими нерегламентированны-ми поливными нормами.
4. Круглогодовое использование сточных вод приводит не только к изменениям агрохимических, но и агрофизических свойств черноземов. Так фактор дисперсности почв орошаемого участка по сравнению с неорошаемыми почвами увеличился, указывая на ухудшение почвенной структуры. Возросла плотность чернозема на орошаемом участке. Водопроницаемость чернозема изменилась, что связано с ухудшением его структурного состояния. Однако на фоне ухудшения агрофизических свойств происходит некоторое повышение плодородия почв за счет увеличения поступления органики со сточными водами, питательных макро- и микроэлементов.
Библиографический список
1. Аринушкина Е.В. Практическое руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. М., 1960. 487 с.
2. Агрофизические методы исследования почв. М.: Наука, 1966. 258 с.
3. Базилевич Н.И. Методические указания по учету засоленных почв / Н.И. Базилевич, Е.И. Панкова. М.: Ги-проводхоз, 1966а. 92 с.
+ + +
УДК 631.95:631.6(571.15) Е.Д. Кошелева,
В.В. Скрипко, А.А. Цхай
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ БУРЛИНСКОГО МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА (КРУТИХИНСКИЙ РАЙОН АЛТАЙСКОГО КРАЯ)
Сооружение крупных инженерных природные компоненты, что в конечном
объектов, как правило, сопровождается итоге приводит к изменению свойств и
значительным влиянием на отдельные условий природной среды. Изучение
