CC BY
31
УДК 631.879.2:633.11
И. А. Яппаров, Р. Р. Газизов, И. А. Дегтярева, И. М.Суханова, М. М. Ильясов, Л. М. Яппарова, И. С. Садеретдинова, Д. В. Ежкова
ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД
НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО
И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Ключевые слова: ОСВ, рапс, пшеница, почва, агрохимические показатели.
Проведены исследования по влиянию различных по составу осадков сточных вод (ОСВ) на изменения основных агрохимических показателей выщелоченного чернозема, урожайность сельскохозяйственных культур. Установлено, что ОСВ-1 и ОСВ-2 влияли на увеличение содержания в почве подвижного фосфора и обменного калия, максимальная прибавка урожайности ярового рапса составила 0,34 т/га зерн. ед, яровой пшеницы0,64 т/га зерн. ед по сравнению с фоном при внесении соответственно ОСВ-1 и ОСВ-2 в дозе 40 т/га.
Keywords: SALT, canola, wheat, soil, agrochemicalparameters.
The research on the effect of different composition of sewage sludge (WWS) for the main agrochemical indicators of chernozem leached and crop yields. It was established that the SaALT-1 and SaALT-2 effect on the increase in the content of mobile phosphorus and exchangeable potassium in the soil, the maximum increase ofproductivity of spring rape was 0.34 t / ha of grain. units, spring wheat 0.64 t / ha of grain. units compared to the background when making the SALT-1 and SALT-2 at a dose of 40 t /ha, respectively.
Введение
Проблема эффективной утилизации осадков сточных вод (ОСВ) очистных сооружений до сих пор не нашла положительного решения. Поэтому остается актуальной разработка стратегий их безопасного использования, особенно в сельскохозяйственном производстве. В различных странах мира от 3 до 50% общего количества ОСВ применяется как органическое удобрение. Привлекательность этих удобрений в нашей стране в последнее время резко возросла, что связано как с падением уровня плодородия почв, так и с высокой стоимостью минеральных удобрений [1].
В России при биохимической очистке 15 млрд.
3
м сточных вод на предприятиях жилищно-коммунального хозяйства ежегодно образуется около 1 млрд. м3 ОСВ влажностью 98%, которые относятся к IV классу опасности [2] Использование ОСВ в качестве удобрения имеет как сторонников, так и противников, так как в научной литературе накоплено немало сведений о положительном и отрицательном влиянии ОСВ на продуктивность культур и состояние объектов окружающей среды. Однако учитывая разнообразие их химического состава, почвенно-климатических условий, а также целого ряда других аспектов, изучение данного вопроса не теряет своей актуальности [3-5].
Экспериментальная часть
Изучение безопасных доз осадков сточных вод и их влияния на содержание агрохимических показателей почв, урожайность сельскохозяйственных культур проводилось в полевом опыте на базе опытного хозяйства ООО «Урожай» Буинского района республики Татарстан с использованием методики постановки опытов (Б.А. Доспехов 1985 г.) и современных приборов для определения качественных
показателей (ионометр, пламенный фотометр, спектрофотометр).
Схема опыта: 1) контроль (без удобрений); 2) K60 кг /га - фон; 3) фон + ОСВ-1 по 30 т/га; 4) фон + ОСВ-1 по 40 т/га; 5) фон + ОСВ-2 по 30 т/га; 6) фон + ОСВ-2 по 40 т/га. Повторность опыта трехкратная, размещение делянок - систематическое.
Почва - выщелоченный чернозем со следующими агрохимическими показателями: гумус - 6,25%, рНсол. - 5,9, гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований - 1,42 и 38,6 мг-экв/100 г почвы, Р2О5 - 80,1 и К2О - 98,0 мг/кг. Содержание кислоторастворимых форм ТМ составляло (мг/кг): As - 0,15 , Co - 0,99, Ni - 6,70, Zn - 95,6, Pb - 1,25, Cd - 0,15, Cr - 0,66, Cu - 2,55.
В качестве калийного удобрения (фон) вносили хлористый калий.
Для исследований взяты осадки сточных вод станции очистки г. Набережные Челны из каскада А-Б, карты 13-14 (ОСВ-1) и каскада А-Б, карты 14-18 (ОСВ-2), проходившие процесс термофильного анаэробного сбраживания в течение 10-12 суток в метан-тенках при температуре 53-55°С и обезвоживание в иловых картах с дренажем на протяжении 8 лет.
В почвенных образцах определяли содержание гумуса по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), рНсол - по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), гидролитическую кислотность - по Кап-пену, сумму поглощенных оснований - по Каппену, подвижный фосфор и обменный калий - по Чирико-ву. Содержание кислоторастворимой фракции металлов определяли после экстракции 1н HNO3 методом ААС.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1. Все параметры измерялись не менее чем в трехкратной повторности. Достоверность различий полученных результатов оценивали с использованием коэффициента Стьюдента (р<0,05).
Образцы ОСВ были проанализированы на агрохимические показатели и содержание тяжелых металлов (табл.1).
Результаты анализа показали, что ОСВ характеризуются значительным накоплением органического вещества, азота, фосфора. Содержание органики в 2,7 раза превышает установленное нормативами минимальное значение, азота - в 5,3 и фосфора - в 2,2 раза.
В ОСВ-2 по сравнению с ОСВ-1 содержится больше органического вещества (58,03%) и фосфора (5,3%). Однако в составе ОСВ-2 меньше азота, его содержание составляет 2,7%.
Таблица 1 - Характеристика осадков сточных вод
Показатель ОСВ-1 ОСВ-2
содержание органического ве- 55,02 58,03
щества, %
^бщ., % на сухое 3,2 2,7
вещество
Р2О5, % на сухое 3,3 5,3
вещество
К2О, % на сухое 0,47 0,01
вещество
N-^4, % на сухое вещество 0,07 0,01
рНСол с натуральной влажно- 5,52 5,07
стью
зольность, % 44,98 41,97
отношение С^ 8,6 9,5
кобальт, мг/кг <0,5 <0,5
цинк, мг/кг 335±67,0 1004±200,8
мышьяк, мг/кг <0,5 <0,5
медь, мг/кг 118±23,6 150,4±30,0
молибден, мг/кг <0,5 <0,5
барий, мг/кг 185±37,0 404±80,8
никель, мг/кг 38,70±7,7 76,8±15,3
хром, мг/кг <0,5 91,0±22,7
свинец, мг/кг 12,7±2,5 90,9±18,1
бор, мг/кг <0,5 21,0±6,3
кадмий, мг/кг <0,5 <0,5
марганец, мг/кг 284±56,8 585,7±117,1
стронций, мг/кг 167,4±50,2 145,5±43,6
Изучаемые осадки сточных вод по указанным показателям приближаются к органическим удобрениям, например, к навозу крупного рогатого скота. Калий является единственным элементом, содержание которого в осадках незначительно и уступает таковому в органике.
Таким образом, ОСВ-1 и ОСВ-2 по агрохимическим показателям могут быть использованы как удобрения.
Определение содержания тяжелых металлов показало, что максимальные показатели и в ОСВ-1, и в ОСВ-2 установлены для цинка. В ОСВ-2 содержание этого элемента почти в три раза больше, чем в ОСВ-1, однако, намного ниже нормативных требо-
ваний по ГОСТ для ОСВ. Необходимо отметить, что содержание и ряда других элементов (Си, №, Сг, РЬ, Мп, В) в ОСВ-2 значительно выше, чем в ОСВ-1.
Результаты и их обсуждение
Агрохимический анализ почвенных образцов показал, что содержащиеся в ОСВ основные макроэлементы и соединения, необходимые для питания растений - N Р2О5, К2О и большое количество органического вещества (см. табл. 1) за два года исследований оказывали ощутимое влияние на агрохимические показатели почвы в зависимости от вида и вносимого количества осадков (табл. 2).
Образование гумуса в почве занимает продолжительное время и одним из факторов его накопления является поступление достаточных объемов различных форм органических веществ. В нашем опыте содержание органического вещества в почве по вариантам опыта изменялось пределах 0,4 %, но говорить о прямом влиянии на накопление только ОСВ за такой короткий период времени не приходится. По нашему мнению, на изменение содержания гумуса в почве оказало комплексное влияние различных факторов.
Запасы подвижного фосфора в почве, как показали результаты исследований, не истощались даже с учетом выноса его растениями. Содержание Р2О5 повысилось на 18,5-27,0% в зависимости от изучаемых вариантов и культур.
Таблица 2 - Влияние ОСВ на агрохимические показатели чернозема выщелоченного
Варианты Гумус, % рН сол. Содержание, мг/кг
Р2О5 К2О N-N03
Влияние ОСВ на агрохимические показатели чернозема выщелоченногопод яровым рапсом
Контроль без удобрений 6,25 5,9 80 98 20,0
Кб0 - фон 6,31 5,9 99 118 26,4
Фон + ОСВ-1 в дозе 30 т/га 6,52 5,8 102 120 35,3
Фон + ОСВ-1 в дозе 40 т/га 6,81 5,8 121 114 36,2
Фон + ОСВ-2 в дозе 30 т/га 6,54 5,8 111 111 35,4
Фон + ОСВ-2 в дозе 40 т/га 6,63 5,9 121 110 38,5
Влияние ОСВ на агрохимические показатели чернозема выщелоченного под яровой пшеницей
Контроль без удобрений 6,2 5,5 81 99 20,5
Кб0 - фон 6,3 5,4 88 103 26,8
Фон + ОСВ-1 в дозе 30 т/га 6,5 5,6 102 112 36,1
Фон + ОСВ-1 в дозе 40 т/га 6,8 5,6 109 116 35,9
Фон + ОСВ-2 в дозе 30 т/га 6,6 5,6 110 110 35,7
Фон + ОСВ-2 в дозе 40 т/га 6,6 5,7 112 112 38,2
Более существенное его накопление установлено на первый год исследований с яровым рапсом. Наибольшее содержание фосфора отмечено в вариантах с применением ОСВ-1 и ОСВ-2 в дозе 40 т/га - 120,7 и 121,4 мг/кг почвы, что на 22,1 и 22,8 мг/кг почвы (22,4% и 23,1%) больше, по сравнению с фоном соответственно. Таким образом, содержащийся в обоих видах ОСВ фосфор, пополняя почвенно-поглощающий комплекс, становился источником питания для растений.
Содержание обменного калия под яровым рапсом и яровой пшеницей сопоставимо, однако, в 2013 году по отдельным вариантам содержание его выше и в варианте с ОСВ-1 в дозе 30 т/га составило120 мг/кг почвы, что на 2 и 10 мг/кг больше по сравнению с фоном и контролем соответственно. В исследованиях 2014 года максимальное содержание калия отмечалось в почве, удобренной ОСВ-1 в дозе 40 т/га - 116 мг/кг почвы.
Таким образом, в опыте с яровой пшеницей (2014 г) наблюдается некоторое снижение (в среднем 2-4 мг/кг почвы) показателя обеспеченности почвы обменным калием на всех вариантах по сравнению с показателями 2013 года.
В исследованиях с яровым рапсом показатель реакции почвенной среды (рНсол) по вариантам составил 5,8-5,9, что характеризует кислотность почвы, как близкую к нейтральной.
В исследованиях 2014 года по сравнению с 2013 годом кислотность почвы увеличилась на 0,4-0,5 единиц до слабокислых показателей в контрольных и фоновых вариантах. В вариантах с внесением ОСВ обоих видов в различных дозах увеличение кислотности составило 0,2 единицы рН и она относилась к группе, близкой к нейтральной. Наибольшее под-кисление отмечено в фоновом варианте - 0,5 единиц, что объясняется ежегодным действием минеральных удобрений.
При учете урожая установлено, что все изучаемые дозы ОСВ-1 и ОСВ-2 дали достоверную прибавку урожая исследуемых культур.
Результаты исследований 2013 года показали отзывчивость ярового рапса на последействие осадков. Наибольшее увеличение урожайности -0,34 и 0,31 т/га. зерн. ед или 28,8 и 26,3% по сравнению с фоном получено в вариантах с ОСВ-1 и ОСВ-2 в дозе 40 т/га соответственно.
При применении ОСВ-1 в дозе 30 т/га также получена достоверная прибавка (19,5% по сравнению с фоном), но увеличение урожайности в этом варианте было меньшим, чем по внесению более высоких доз ОСВ.
Таким образом, на всех вариантах с последействием ОСВ, кроме ОСВ-2 в дозе 30 т/га получена достоверная прибавка урожайности ярового рапса, а более высокие дозы осадков способствовали получению более высокой урожайности культуры.
При учете урожайности яровой пшеницы (исследования 2014 года) получены данные, что тенденция отзывчивости культуры к последействию более высоких доз осадков сохранилась. Наибольшая достоверная прибавка урожайности зерна получена в вариантах с ОСВ-1 и ОСВ-2 в дозе 40 т/га - 0,5 и 0,64
т/га в переводе на зерновые единицы (23,2 и 29,8% соответственно).
В варианте с ОСВ-2 в дозе 30 т/га также получен хороший результат; достоверное увеличение урожайности составило 0,38 т/га. зерн. ед или 17,6%. Это меньше, чем в вариантах с максимальными дозами, но больше на 0,15 т/га зерн. ед, чем в варианте ОСВ-1 с такой же дозой внесения.
Таким образом, установлена зависимость увеличения урожайности культур в разные годы опыта от более высоких доз ОСВ и в этих вариантах получена наибольшая урожайность.
Заключение
Внесение ОСВ обоих видов в разных дозах положительно влияло на агрохимические показатели почвы. Более существенное накопление подвижного фосфора установлено в первый год последействия ОСВ в исследованиях с яровым рапсом, где в вариантах с внесением ОСВ-2 в дозе 40 т/га превышение кфону составило 23,1%. Содержание обменного калия в среднем по вариантам в оба года исследования под яровым рапсом и яровой пшеницей сопоставимо, однако, в исследованиях с яровым рапсом по отдельным вариантам содержание его выше в среднем на 2-4 мг/кг почвы.
В исследованиях с яровым рапсом в варианте с ОСВ-1 в дозе 30 т/га показатель обеспеченности почвы обменным калием составил 120 мг/кг почвы, что на 2 мг/кг больше по сравнению с фоном.
В полевом опыте на выщелоченном черноземе внесение ОСВ-1 и ОСВ-2 из расчета 30 и 40 т/га на фоне калийных удобрений (К60 кг/га) способствовало получению достоверной прибавки урожайности культур. В исследованиях 2013 года максимальное увеличение урожайности ярового рапса отмечено в варианте с ОСВ-1 в дозе 40 т/га 0,34 т/га зерн. ед или 28,8% по сравнению с фоном, в 2014 году при внесении ОСВ-2 в дозе 40 т/га урожайность яровой пшеницы возросла на 0,64 зерн. ед или 29,8% по сравнению с фоном.
Таким образом, получены опытные данные для разработки экологически безопасных доз применения осадков сточных вод г. Набережные Челны как нетрадиционного органического удобрения в сельскохозяйственном производстве. При внесении ОСВ увеличивалась урожайность исследуемых культур, улучшились агрохимические показатели почвы.
Литература
1. Т.Н.Болышева, А.Р.Валитова, П.П.Кижапкин, В.А.Касатиков, Результаты утилизации осадков сточных вод во Владимирской области. Агрохимический вестник,!, 28-29 (2006).
2. Охрана природы, почвы. Требования к свойствам ОСВ при использовании их в качестве удобрений. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. М., 2001. 5 с.
3. Л.Д.Варламова, В.И.Титова, М.Н.Грибова, Влияние доз ОСВ на показатели почвы при удобрении зерновых культур. Агрохимический вестник, 4, 19-21 (2009).
4. Ш.А.Алиев, А.Х.Яппаров, Т.Х.Ишкаев, Опыт использования осадков сточных вод города Набережные Челны как удобрительная смесь. В сб. Материалы IV международной научно-практической конференции «Урбоэкоси-
стемы: проблемы и перспективы развития». Ишим, Всероссийской научно-практической конференции
2009. С. 36- 38. «Перспективные направления исследований в земледе-
5. И.А.Дегтярева, А.Х.Яппаров, А.Я.Хидиятуллина, Д.С. лии и растениеводстве». Ульяновск, 2011. С. 107-111. Дмитричева, Использование осадков сточных вод в качестве нетрадиционного удобрения. В сб. Материалы
© И. А. Яппаров - д.б.н., профессор кафедры Технология мясных и молочных продуктов ФГБОУ ВО Казанский национальный исследовательский технологический университет», E-mail: niiaxp2@mail.ru; Р. Р. Газизов - к.с.-х.н., ученый секретарь, заведующий отделом воспроизводства почвенного плодородия и питания растений, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», E-mail: niiaxp2@mail.ru; И. А. Дегтярева - доктор биологических наук, заведующий отделом агроэкологии и микробиологии ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», peace-1963@mail.ru; И. М. Суханова - к. б. н, в. н. с. отдела агрохимических и биохимических исследований, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», E-mail: niiaxp2@mail.ru; М. М. Ильясов - к.с.-х.н , в.н.с. отдела разработки био- и нанотехнологий в земледелии и животноводстве, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», E-mail: niiaxp2@mail.ru; Л. М. Яппарова- м.н.с. отдела разработки био- и нанотехнологий в земледелии и животноводстве, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», E-mail: niiaxp2@mail.ru; И. С. Садеретдинова - м.н.с. отдела агроэкологии и микробиологии «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», E-mail: niiaxp2@mail.ru; Д. В. Ежкова -студентка Казанского национального исследовательского технологического университета.
© 1 A. Yapparov - Doctor of Sciences, Professor of the Department Technology of meat and dairy products of the Kazan national research technological University, E-mail: niiaxp2@mail.ru; R. R. Gazizov - candidate of Agricultural Sciences, scientific secretary, the head of the Department of reproduction of soil fertility and plant nutrition, FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru; I. A. Degtyareva - dortor of biology Science, head of the department agroecology and microbiology FGBNU «Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences», peace-1963@mail.ru; I .M. Sukhanova - candidate of Biological Sciences, from. Department of agrochemical and biochemical studies FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru; M. M. Il'yasov - candidate of Agricultural Sciences, Senior Research Officer of the development department of biotechnology and nanotechnology in agriculture and animal husbandry, FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru; L. M. Yapparova - research Assistant of the development department of biotechnology and nanotechnology in agriculture and animal husbandry, FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru; 1 S. Saderetdinova - research Assistant of the department agroecology and microbiology FGBNU «Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences», E-mail: niiaxp2@mail.ru; D. V. Ehzkova - а student of Kazan National Research Technological University.
