CC BY
25
Агромелиоративная оценка очищенных животноводческих сточных вод при орошении чернозёмов южных
А.В. Редина, аспирантка, Ю.Е. Домашенко, к.т.н., С.М. Васильев, д.т.н, ФГБНУ Российский НИИПМ
По данным Государственного водного реестра, суммарный забор воды из природных водных объектов в Российской Федерации в 2015 г. составил 68,6 км3 (в 2014 г. - 70,8 км3). В то же время в 2015 г. величина загрязнённых сточных вод, сброшенных в водные объекты страны, сократилась до 14,4 млрд м3, что на 2,4% меньше, чем в 2014 г. Доля загрязнённых стоков в общем объёме водоотведения в водные объекты в 2010, 2014 и 2015 гг. оставалась на уровне почти 34%. Сложившуюся динамику можно объяснить внедрением оборотных систем водоснабжения и использования сточных вод для нужд сельского хозяйства, в частности орошения сельскохозяйственных угодий [1, 2].
Из практики зарубежных стран следует, что использование сточных вод для орошения всё больше рассматривается как альтернативное решение, направленное на минимизацию деградации земель и восстановление содержания питательных веществ в почвах. Степень влияния сточных вод при орошении на плодородие почв находится в прямой зависимости от характера почвы, химического и бактериологического состава сточных вод, особенностей выращиваемых растений, условий обработки почвы, а также от величины поливных и оросительных норм [3-5]. При орошении очищенными сточными водами снижается pH почв и засолённость почвы. Органическое вещество почвы повышается только в пахотном слое и при высоких поливных нормах очищенных сточных вод. Грамотное внесение очищенных сточных вод способствует улучшению показателей плодородия почвы, но при условии повышения эффективности очистки от растворимых солей и периодического мониторинга параметров качества почвы [6].
Проведённые исследования показали, что экологически безопасное использование сточных вод в орошаемом земледелии возможно при следующих условиях [7]:
- предварительная подготовка сточных вод перед использованием;
- обоснованное при выборе площадей орошение: ровные участки с естественным уклоном до 0,02; зона аэрации сложена хорошо проницаемыми породами; устойчивое и глубокое залегание грунтовых вод (более 5 м);
- системный мониторинг качества очищенных сточных вод, почвогрунтов, подземных и поверхностных вод.
Целью настоящего исследования являлась агромелиоративная оценка очищенных животно-
водческих сточных вод при орошении чернозёмов южных.
Научная новизна работы заключалась в изучении влияния очищенных сточных вод животноводческих хозяйств, прошедших реагентную обработку отходом свеклосахарного производства — дефе-катом, на плодородие и экологическое состояние почв и развитие высших растений.
Материал и методы исследования. Опытный участок располагался в Семикаракорском районе Ростовской области.На опытном участке площадью 5 га выращивали кормовые культуры (люцерна и кукуруза). Почвенный покров опытного участка по морфологическому строению однороден и представлен чернозёмами южными среднемощными, по мощности гумусового слоя и средне, и низко обеспечены гумусом (табл. 1). Гранулометрический состав почв однородный и представлен в основном суглинком тяжёлым. Структурное состояние при сухом просеивании отличное, но водопрочность агрегатов хорошая, однако в слое 20—40 см почва сильно уплотнена. Наименьшая влагоёмкость в среднем по участку для слоя 0—60 см составляет 29,5%, а для слоя 0—100 см — 28,3%. Нижние горизонты меньше обеспечены влагой, так как уже на глубине 20—30 см сильно уплотнены. Чернозёмы южные могут иметь хорошие запасы влаги в слое 0—0,2 м и очень хорошие в слое 0—1,0 м. Чернозёмы южные обследуемого участка в слое 0—40 см незасолены и не подвергнуты процессам ощелачивания и осолонцевания. С глубины 40 см большая часть полей имеет почвы с содержанием обменного натрия 3—4% от ППК.
Обработку почвы осуществляли очищенными животноводческими сточными водами, прошедшими реагентную обработку отходом свеклосахарного производства — дефекатом. Физико-химический состав очищенных животноводческих сточных вод представлен в таблице 2.
Результаты исследования. Использование очищенных животноводческих сточных вод для орошения сельскохозяйственных угодий существенно влияет на экологическую систему «почва — вода — растение», что оказывает влияние на плодородие почв и в последующем на урожайность выращиваемых культур. Специфический состав животноводческих сточных вод, присутствие в них органических и минеральных солей способствует изменению физико-химических, микробиологических и других процессов в почве.
В результате орошения очищенными сточными водами чернозёмов южных наблюдалось изменение их водно-физических свойств. Было осуществлено 8 вегетационных поливов с оросительной нормой
1. Химический состав почвы опытного участка
Слой, см Фосфор подвижный, мг/кг Калий обменный, мг/кг Азот нитратный, мг/кг Гумус, % Zn Pb Cd Ni Cu
0-20 53 606 5,4 4,07 0,82 0,30 0,021 0,58 0,44
20-40 44 319 12,9 3,50 - - - - -
0-40 48 463 9,0 3,79 - - - - -
2. Физико-химический состав очищенных животноводческих сточных вод
Показатель Количество Показатель Количество
рн 6,6 сухой остаток, мг/дм3 1452
Влажность, % 86,4 HCO3 , мг/дм3 826
Общий азот, мг/дм3 306 Cl- , мг/дм3 234
Аммонийный азот, мг/дм3 219 SO2- , мг/дм3 71
Нитратный азот, мг/дм3 19 Ca2+ , мг/дм3 205
Нитритный азот, мг/дм3 51 Mg2+ , мг/дм3 63
Р205, мг/дм3 356 Na+ , мг/дм3 186
К20, мг/дм3 380 минеральный остаток, мг/дм3 1341
650 м3/га. Так, при орошении очищенными сточными водами наблюдалось уменьшение удельного веса почвы и увеличение объёмного (табл. 3). Пористость почвы в слое от 0 до 60 см снизилась в среднем на 2,5% в случае орошения сточными водами. Влагоёмкость почвы по профилю почвы колебалась незначительно, увеличение отмечалось в слое от 0 до 20 см в среднем на 1,5%.
Под влиянием орошения очищенными сточными водами объёмная масса повышается, что объясняется изменением в структурности — снижением содержания крупных агрегатов, уплотнением почвы при поливах.
Под воздействием очищенных животноводческих сточных вод наблюдалось увеличение количества гумуса, нитратного азота и общего фосфора (табл. 4).
Как показывает таблица 4, в слое 0—40 см произошло увеличение содержания гумуса в среднем на 0,5%, азота — на 0,12%, или на 1250 кг/га. При этом в оросительной норме 5200 м3/га очищенных сточных вод содержалось 1138,8 кг азота.Увеличение содержания азота в слое почвы 0—40 см можно объяснить жизнедеятельностью микроорганизмов, которые активно мобилизуют азот из атмосферного воздуха и минерализуют органические вещества. Содержание общего фосфора значительно увеличилось в слое 0—20 см (без полива 54 мг на 100 г почвы, а при поливе сточной водой — 108 мг).
Для повышения плодородия почв в условиях орошения очищенными сточными водами немаловажное значение приобретает агромелиоративный контроль за водно-солевым режимом орошаемых земель (табл. 5).
Показателем засолённости почвы является повышенное содержание в почвенном растворе сухого остатка. В соответствии с классификацией С.В. Астапова [8], исследуемые образцы почвы относились к незасолённым, так как имели сухой остаток меньше 0,3%, в частности 0,0321—0,0690%.
По величине содержания хлор-иона исследуемый образец почвы также относился к категории «неза-солённая». Так, содержание в слое 0—40 см увеличилось от 0,0064 до 0,0096%, а в слое 40-100 см - от 0,0121 до 0,0141%.
Орошение сточными водами способствует увеличению количества магния и кальция в почве и снижению количества натрия, что улучшает водно-физические свойства почвы. Снижение интенсивности накопления солей в почве можно объяснить применением при обработке животноводческих сточных вод отходом свеклосахарного производства - дефеката, который в своём составе имеет около 80% карбоната кальция.
Для подтверждения агромелиоративной ценности очищенных сточных вод животноводческих хозяйств проведены лабораторные опыты по влиянию жидкой и твёрдой фазы на высшие растения. В качестве тест-объекта был выбран редис сорта Розово-красный круглый с белым кончиком (Raphanus sativus var. radícula). В результате экспериментов (табл. 6) установлено, что наиболее благотворное влияние на рост и развитие растений оказывает смесь жидкой фракций сточных вод, обработанных дефекатом, и свежей воды в соотношении 3:2 (опыт 4). В этих условиях наблюдалось полное прорастание семян редиса круглого с белым кончиком, причём среднее значение длины их корней было на 13,5% больше, чем в контрольном варианте (опыт 1). Кроме того, для орошения или удобрения может быть использована природная вода с добавлением твёрдой фракции обработанных сточных вод в соотношении 4: 1 (опыт 10) или использоваться без разбавления чистой водой (опыт 11). Сравнив результаты, полученные при изучении поведения семян редиса при соотношениях 4:1 и без разбавления сточной и чистой воды, с контрольной пробой получили прорастание семян в 100 и 107,4% случаев, а отношение длины корней — 105,9 и 100%. Жидкая и твёрдая фазы пригодны для орошения также и
3. Водно-физические свойства почв при орошении очищенными животноводческими сточными водами
Глубина горизонта, см Удельный вес, г/см3 Объёмный вес, г/см3 Пористость, % Влагоёмкость, %
без полива с поливом без полива с поливом без полива с поливом без полива с поливом
0-20 2,65 2,63 1,4 1,45 53,4 52,5 29,5 30,2
20-40 2,67 2,62 1,42 1,45 51,2 45,3 28,3 29,5
40-60 2,70 2,65 1,45 1,5 50,8 43,2 28,3 28,3
60-80 2,70 2,65 1,5 1,6 49,2 41,5 28,0 28,1
80-100 2,72 2,68 1,5 1,65 39,4 38,4 28,2 28,3
4. Содержание гумуса, нитратного азота и подвижного фосфора в почве при орошении очищенными животноводческими сточными водами
Глубина горизонта, см Гумус, % Нитратный азот, мг/кг Общий фосфор, мг/кг
без полива с поливом без полива с поливом без полива с поливом
0-20 4,07 6,64 5,4 10,8 53 65,2
20-40 3,50 4,42 12,9 22,4 44 45,3
40-60 3,79 4,57 9,0 11,1 48 49,1
5. Солевой состав почв при орошении очищенными животноводческими сточными водами, % к абсолютно сухой почве
Показатель
Слой почвы, см
0-40
40-100
Сухой остаток
нсо3
С1-
Б04-Са2+ Mg2+
0,0321 0,0054 0,0064 0,0095 0,0034 0,0058 0,0014
0,0563 0,0024 0,0096 0,021 0,0021 0,011 0,0058
0,0456 0,0121 0,0045 0,0152 0,0064 0,0091 0,0025
0,0690 0,0141 0,0165 0,0270 0,0071 0,0084 0,0015
6. Результаты обработки семян редиса очищенными сточными водами
Номер опыта Объём исследуемой жидкости, см3 Объём чистой воды, см3 Количество проросших семян, шт. Средняя длина корней, мм Сравнение с контрольным испытанием, %
Контрольное испытание
1 - 5 27 67 -
Жидкая фаза после обработки
2 1 4 27 70 100/104,4*
3 2 3 26 65 96,2/97
4 3 2 28 75 103,7/111,9
5 4 1 29 71 107,4/105,9
6 5 - 24 78 85,7/116,4
Твёрдая фаза после обработки
7 1 4 26 58 96,2/86,6
8 2 3 25 59 89,2/88
9 3 2 26 67 96,2/100
10 4 1 27 71 100/105,9
11 5 - 29 70 107,4/100
при других соотношениях с чистой водой (5:1; 3:1; 1:1), так как во всех случаях процентные отношения проросших семян, а также длины их корней при биотестировании имеют значения больше нормируемых на 70%.
Выводы. 1. При использовании очищенных сточных вод животноводческих хозяйств для орошения сельскохозяйственных угодий требуется вне-
дрять комплекс агротехнических, мелиоративных и организационно-хозяйственных мероприятий.
2. При орошении очищенными сточными водами наблюдалось уменьшение удельного веса почвы и увеличение объёмного. Пористость почвы в слое 0—60 см снизилась в среднем на 2,5% в случае орошения сточными водами. Влагоёмкость почвы по профилю почвы колебалась незначительно,
увеличение наблюдалось в слое 0—20 см в среднем
на 1,5%.
3. Под воздействием очищенных животноводческих сточных вод наблюдается увеличение количества гумуса, нитратного азота и общего фосфора в слое 0—40 см, увеличение содержания гумуса в среднем на 0,5%, азота — на 0,12%, или на 1250 кг/га.
4. Наблюдается снижение интенсивности накопления солей в почве, которое можно объяснить применением при подготовке животноводческих сточных вод отходов свеклосахарного производства — дефеката, который в своём составе имеет около 80% карбоната кальция.
5. Проведённое исследование по прорастанию семян редиса позволило рекомендовать к использованию очищенные сточные воды животноводческих хозяйств, обработанные отходом свеклосахарного производства — дефекатом.
Литература
1. О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году. Государственный доклад. М.: Минприроды России; НИА-Природа, 2016. 640 с.
2. Щедрин В.Н., Васильев С.М. Реория и практика альтернативных видов орошения чернозёмов юга европейской территории России: монография Новочеркасск: Лик, 2011.435 с.
3. М Kiziloglu F. et al. Effects of wastewater irrigation on soil and cabbage plant (brassica olerecea var. capitate cv. yalova?l) chemical properties // Journal of plant nutrition and soil science. 2007. P. 170. № 1. C, 166-172.
4. Kiziloglu F.M. et al. Effects of untreated and treated wastewater irrigation on some chemical properties of cauliflower (Brassica olerecea P. var. botrytis) and red cabbage (Brassica olerecea P. var. rubra) grown on calcareous soil in Purkey // Agricultural water management. 2008. P. 95. № 6. C, 716-724.
5. Capra A., Scicolone B. Emitter and filter tests for wastewater reuse by drip irrigation // Agricultural water management. 2004. P. 68. № 2. C, 135-149.
6. Mohammad M.J., MazahrehN. Changes in soil fertility parameters in response to irrigation of forage crops with secondary treated wastewater // Communications in soil science and plant analysis. 2003. P. 34. № 9-10. C. 1281-1294.
7. Использование сточных вод для орошения / Ю.Г. Бескровный, М.В. Козинец, В.И. Бойко [и др.]. Киев: «Урожай», 1989. 160 с.
8. Астапов С-.В. Мелиоративное почвоведение: практикум. М.: Сельхозгиз., 1958. 369 с.
