Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
Прорастание семян в весенний период определяет развитие растений по типу яровых, а если всходы сорняков появляются в
конце лета и осенью, то они развиваются по типу озимых. Такая
особенность зимующих сорняков позволяет им засорять озимые
и яровые культуры.
Однако засоренность посевов не оказала отрицательного
влияния на развитие и продуктивность агроценозов (табл. 36).
Таблица 36. Влияние фильтрационных осадков на урожайность
культур, ц/га
Вариант Рапс Соя Ячмень
Контроль 18,9 17,6 27,5
Свекловичный дефекат 21,7 19,8 31,3
Тростниковый дефекат 22,8 20,4 32,9
НСР
0,95
1,4 1,7 1,3
Урожайность рапса при внесении в агроценозы свекловичного дефеката увеличилась на 14,8%, а тростникового фильтрационного осадка – 20,6%; сои – 12,5 и 15,9%; ячменя – 13,8 и
19,6% соответственно.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СТОЧНЫХ ВОД
ДЛЯ ОРОШЕНИЯ АГРОЦЕНОЗОВ
Сточные воды сахарных заводов образуются в сезон их работы – с сентября по февраль. Технологический процесс обуславливает образование нескольких категорий сточных вод. К 1-й категории относят воды сравнительно чистые, загрязненные невысоким содержанием аммиака и углекислоты. Они используются в
системах оборотного водоснабжения. Ко 2-й категории относятся
транспортерно-моечные воды. После прохождения земляных отстойников они снова используются в производственных процессах. Сточные воды 3-й категории включают диффузионную кислую жомовую воду, лаверную воду, воду после отстаивания
фильтрационного осадка и требуют обязательной очистки. Они,
как правило, направляются на очистные сооружения – в земляные
91
отстойники и на поля фильтрации и не используются в оборотном
водоснабжении. Сточные воды этой категории целесообразно использовать для орошения (Катюшина, 1991).
Сточные воды 3-й категории подразделяют на неочищенные
(неосветленные) и очищенные на сооружениях естественнобиологической очистки (осветленные). По составу эти воды неодинаковы. На орошение применяют как те, так и другие.
Орошение неосветленными стоками позволяет уменьшить
площади под прудами-накопителями и затраты на вывозку осадка мобильным транспортом с загрузкой экскаватором. Поскольку
неосветленные сточные воды формируются в осенне-зимний период, их целесообразно использовать для влагозарядковых поливов (Марымов, 1982).
На ряде сахарных заводов применяют искусственную биологическую очистку сточных вод на биофильтрах, в аэротенках,
аэрируемых биологических прудах.
Анализ существующей отечественной и зарубежной литературы позволяет судить, что проблема оценки качества оросительной воды находится в центре внимания ученых уже несколько
десятилетий. Достигнуты определенные успехи в ее разработке.
Но и на сегодня она остается актуальной и окончательно не решенной. Это связано: 1) со сложностью проблемы, определяемой
разнообразием качества воды, используемой для орошения; 2) с
разнообразием природных условий и, в том числе, свойств почв,
солеустойчивости культур и техники орошения; 3) с изменениями требований к воде в связи с увеличением видов загрязнителей,
попадающих в воду, с расширением знаний о предельно допустимых количествах тех или иных элементов (или соединений),
которые могут присутствовать в воде; 4) с дифференциацией требований к воде в зависимости от того, с каких позиций оценивается качество воды: агрономических, технических, экологических, санитарно-гигиенических, охраны окружающей среды или
экономических (Лурье, Рыбникова, 1966; Экологические требования…, 1995).
Таким образом, проблема оценки качества оросительной воды остается нерешенной прежде всего потому, что требования к
воде постоянно изменяются, усложняются, а точнее – детализи-
92
руются в соответствии с нашим отношением к проблеме охраны
природной среды.
На первом этапе разработки требований к качеству оросительной воды она рассматривалась как источник, загрязняющий и
засоляющий почвы, а почва – как аккумулятор веществ, поступающих с оросительными водами. При такой постановке вопроса
главным условием, определяющим требования к воде, являлось
установление допустимого для растений количества солей в поровом растворе, которое накапливается в ходе орошения.
Для решения этой проблемы было необходимо установление
оптимальных и предельно допустимых количеств солей (ядохимикатов) в поровом растворе для разных по солеустойчивости
культур. Эту проблему в отношении засоления на сегодня можно
считать принципиально решенной, хотя для разных регионов и
разных почв требуется экспериментальное уточнение шкал солеустойчивости культур, предложенных в публикациях главным
образом американских специалистов (Кирюшин, 1996; СанПиН
2.1.7.573 - 96).
Второй аспект изучения оросительных вод касается воздействия воды через почвенные растворы на свойства самих почв.
Основное внимание в изучении этой проблемы до последнего
времени уделялось процессам осолонцевания и ухудшения водно-физических свойств почв при поливе их водами разного качества. Доказано, что для решения этой проблемы важно учесть не
только качество воды, но и свойства почв, которые могут поразному реагировать на качество и количество поливной воды. В
настоящее время накоплен материал по оценке опасности осолонцевания при поливе водами разного качества. Однако эту
проблему пока нельзя считать решенной. Экспериментальный
материал, полученный в последние годы, убедительно показывает, что оросительные воды разного качества оказывают различное воздействие не только на физико-химические свойства почв,
но и на микробиологические свойства, гумусовое состояние, минералогию почв и т.д. Это необходимо учитывать при оценке
оросительной воды.
Следует также указать, что в настоящее время данных о воздействии на почвы элементов-загрязнителей (кроме легкорастворимых солей), содержащихся в воде в количествах выше приня-
93
тых ПДК (предельно допустимых концентраций), практически
нет. Несомненно, что и микроэлементы, и пестициды, и другие
загрязнители воздействуют не только на качество продукции, но
и на свойства самих почв. Однако эта проблема не изучена в достаточной мере (Башкин, 2005; Герасименко, 2009).
Еще более сложным является вопрос оценки качества оросительной воды при рассмотрении системы «вода-почваландшафт». Почва – это не изолированный объект, она является
частью ландшафта, входящего в единый природный комплекс.
Качество воды при орошении воздействует на растение, почву,
грунтовые воды (куда сбрасываются из почвы различные загрязнители), а далее – на поверхностные, дренажные воды, и, наконец, на человека. В данном случае следует говорить о комплексном экологическом подходе к оценке качества оросительной воды. Эта оценка, основанная на изучении и учете сложных взаимосвязей между всеми основными элементами ландшафтов, направлена на охрану окружающей среды. В настоящее время она
практически не разработана.
В ГОСТе 17.1.2.03-90 (ст. СЭВ 6454-88) предлагается оценивать качество оросительной воды с трех позиций: агрономических, технических и экологических. При этом указывается, что
агрономические требования должны обеспечить высокую урожайность сельскохозяйственных культур; высокое качество продукции и сохранение или повышение плодородия почв. Технические критерии должны определять качество воды для орошения
по воздействию на сохранность и эффективность эксплуатации
гидромелиоративных систем и их составных частей. Экологические требования должны обеспечить безопасность санитарногигиенической обстановки на данной территории и охрану природной среды (в том числе сохранение почв и качества продукции).
Показатели качества воды для орошения подразделяют на
две группы.
Показатели первой группы характеризуют свойства воды
для орошения и содержание веществ, необходимых в определенных количествах для нормального функционирования агроэкосистемы (табл. 37).
94
Таблица 37. Показатели качества сточной воды 1-й группы
Критерии оценки качества вод
Требования
ГОСТ
Водородный показатель (рН) 6,0 - 8,5 6,31 6,67 6,62
Сумма растворенных веществ
(сухой остаток), мг/дм3
До 2500-
3000
Катионы
Результаты испытаний
2007 г. 2008 г. 2009 г.
2270 2780 2239
Содержание натрия (Na+),
250-300 185,0 220,0 170,0
мг/дм3
Содержание калия (К+), мг/дм3 100 60,0 68,0 84,0
Содержание кальция (Са2+),
450-500 360,7 354,0 364,7
мг/дм3
Азот аммиачный (NH
+
),
4
100 10,2 19,2 22,6
мг/дм3
Содержание магния (Mg2+),
150-200 19,5 53,7 48,8
мг/дм3
Анионы
Содержание хлора (Cl-), мг/дм
Содержание сульфатов (SO
3
2-
),
4
300-350 218,4 242,7 311,9
400-450 6,5 <1 16,2
мг/дм3
Содержание карбонатов
(CO
2-
), мг/дм3
3
– – –
Содержание гидрокарбонатов
(НСО
-
), мг/дм3 – общая ще-
3
1700-1800 817,1 732,0 1073,6
лочность
Содержание нитратов (NO
-
),
3
45 3,45 20,36 10,0
мг/дм3
Содержание нитритов (NO
-
),
2
3 0,24 <0,01 0,1
мг/дм3
Содержание фосфатов (PO
3-
),
4
75 5,6 2,7 4,0
мг/дм3
Микроэлементы
Содержание марганца (Mn),
10 0,87 2,0 0,57
мг/дм3
Содержание меди (Cu), мг/дм3 1 0,012 0,019 0,023
Содержание цинка (Zn),
1 0,07 0,04 0,05
мг/дм3
95
Показатели второй группы отражают свойства воды для
орошения и содержание веществ, оказывающих при определенных условиях отрицательное воздействие на отдельные компоненты агроэкосистемы (табл. 38).
Таблица 38. Показатели качества оросительной воды второй
группы
Критерии оценки качества вод
Требования
ГОСТ
Взвешенные вещества, мг/дм3 3000 1403,6 585,1 385,6
Содержание свинца, мкг/дм3 0,03 ‹ 0,01 0,01 0,02
Содержание кадмия, мкг/дм3 0,001 0,004 0,002 0,002
Результаты испытаний
2007 г. 2008 г. 2009 г.
Дополнительные показатели, не вошедшие в ГОСТ, указаны
в таблице 39.
Степень органического загрязнения сточных вод, как правило, определяют по значению БПК (биологическая потребность в
кислороде). Этот показатель означает количество кислорода (в
мг), которое требуется для окисления углерода и водорода органических веществ (за определенное количество суток), содержащихся в 1 литре сточной воды. Необходимо знать полное биологическое потребление кислорода до начала нитрификации –
БПК20 и частичное – БПК5 (за 5 суток). Однако в сточных водах
часто присутствуют нерастворенные соединения, в состав которых входят азот и сера. Поэтому более точно степень загрязнения сточных вод определяют по значению ХПК (полная химическая потребность в кислороде). Бихроматная окисляемость дает
представление о количестве кислорода, необходимого для окисления практически всего органического вещества воды (Henze,
1986, 1992; Lie, 1997; Хенце и др., 2004).
Таблица 39. Дополнительные показатели качества оросительной
воды
Критерии оценки качества вод
Бихроматная окисляемость ХПК,
мг О2/дм3
Азот общий (N), мг/дм
96
3
Требова-
ния ГОСТ
2000 790,0 474,2 802,0
150 13,89 39,57 24,9
Результаты испытаний
2007 г. 2008 г. 2009 г.
Результаты проведенных анализов позволяют судить о том,
что ХПК в годы проведения исследований колебалось в пределах
474,2-802,0 мг О2/дм3, что ниже требований ГОСТ в 2,5-4,2 раза
и, следовательно, не является лимитирующим фактором ее использования для орошения.
Содержание взвешенных веществ колебалось в пределах
385,6-1403,6 мг/дм3, что свидетельствует о том, что в период пребывания воды в биологических прудах существенно различается
ее состав. Определение взвешенных веществ предназначается для
оценки ее использования в оросительных системах.
Твердо установленных норм содержания солей для поливных вод до сих пор не выработано. В зависимости от условий полива и дренажа допускаемые значения минерализации воды могут варьировать в весьма широких пределах. Нормирование затрудняется и разнообразием почв, климатических условий, качественным составом и количеством оросительной воды.
Степень влияния химического состава воды на почвы зависит, помимо всего, от общих мелиоративных и агротехнических
условий. Применение вод повышенной минерализации для полива сельскохозяйственных культур считается возможным при
следующих условиях:
1) на хорошо проницаемых почвах, не подстилаемых водоупорным слоем или безотточными грунтовыми водами,
где не происходит накопления солей;
2) если применить небольшие оросительные нормы, т.е. поливы делать малыми порциями, но более часто, чтобы не
вводить в почву много солей и в то же время не создавать
в верхних слоях почвы высокой концентрации почвенных
растворов;
3) при хорошей агротехнике, позволяющей создавать в
верхних слоях почвы высокой концентрации почвенных
растворов;
4) при хорошей агротехнике, позволяющей создавать и поддерживать комковатую структуру почвы и накапливать в
почве атмосферную влагу;
5) если в данной местности после оросительного сезона выпадают осадки, достаточные для естественной промывки
97
накопившихся в почве солей (Костяков, 1951; Додолина,
1978; Алексеенко, 2000).
Низкоминерализованные оросительные воды (менее 0,3 г/л)
вызывают процессы элювиирования в орошаемых почвах, что
приводит к снижению водопроницаемости; особо агрессивны в
этом отношении воды с минерализацией менее 0,12 г/л, поэтому
использовать для орошения воды с очень низкой минерализацией
не рекомендуется (Мосиенко, 1994; Харченко, 1975).
При минерализации оросительной воды > 2 г/л и интенсивности промывного режима до 10% возможно выращивание только солеустойчивых культур, остальные культуры в большинстве
случаев будут испытывать угнетение в связи с засолением почв
(Черников, 2000).
Не только общая минерализация, но и состав анионов и катионов оросительной воды должен учитываться при оценке качества воды. Наиболее активное отрицательное воздействие на почву оказывают содовые воды, а также хлоридные и сульфатные
воды натриевого состава.
Чем тяжелее гранулометрический состав орошаемых почв,
чем выше содержание гумуса и емкость обмена, тем активнее
воздействие оросительной воды на физико-химические свойства
почв, в том числе на процессы осолонцевания и загрязнения почв.
Присутствие в почвах легкорастворимых солей неблагоприятно влияет на рост и развитие растений. Большая часть зерновых
культур снижает урожайность при электропроводности, составляющей 4…6 мСм/см. Для овощных и плодовых культур эти величины гораздо ниже (1…2 мСм/см).
Отрицательное влияние легкорастворимых солей на растения связано с совокупным действием трех различных факторов.
Преобладающую роль обычно играет высокое осмотическое давление почвенного раствора, обусловленное возросшим содержанием растворенных солей и приводящее к ухудшению поглощения влаги растениями. Поэтому на засоленных почвах растения
часто страдают от засухи даже при высокой влажности почвы.
Еще один фактор, препятствующий нормальному росту растений, – специфическое воздействие ионов Cl-, SO
Са2+, Мg2+, иногда NO
-
и К+. Когда в листьях накапливается бо-
3
2-
, НСО
4
-
, Na+,
3
лее 0,5% Cl или более 0,2% Na (в расчете на сухую массу), про-
98
исходит обгорание листьев, они приобретают бронзовую окраску,
возникают некрозы. Предполагается, что при высокой концентрации в растворе ионов Na+ и Cl- в растениях нарушается процесс транспирации. Наиболее чувствительные к хлору растения
проявляют признаки угнетения при концентрации Cl- в вытяжке
из насыщенной почвы, составляющей 5…10 мг-экв/л. Высокая
концентрация в почвенном растворе ионов Са2+ приводит к нарушению питания растений катионами Мg2+ и К+, а высокое содержание Na+ – катионами Са2+ и Мg2+. Присутствие соды обусловливает щелочную реакцию среды, что препятствует нормальному развитию большинства сельскохозяйственных культур.
И, наконец, третий фактор, обусловливающий неблагоприятное воздействие легкорастворимых солей на растения – резкое
ухудшение физических свойств почв в присутствии катионов натрия. При этом происходит обесструктуривание почвы, ухудшается ее водный и воздушный режим (Экологические требования…, 1995).
Согласно СанПиН 2.1.7.573-96, с учетом гранулометрического состава орошаемых почв предельная концентрация суммы
солей в сточных водах не должна превышать: при тяжело- и
среднесуглинистом составе почв – 1 г/л (15 мг-экв/л), при легкосуглинистом – 2 г/л (30 мг-экв/л), при супесчаном и песчаном –
3 г/л (45 мг-экв/л).
Проведенные расчеты позволяют судить о том, что вероятность осолонцевания почвы при орошении сточными водами незначительная, SAR = 2,56.
По степени опасности развития процессов натриевого, магниевого осолонцевания, содообразования и общей минерализации сточная вода относится к I классу опасности и соответствует
нормативным требованиям.
Помимо общей минерализации воды при оценке качества
оросительной воды учитывается содержание в ней токсичных
ионов и рН. Оптимальные показатели рН – 6,5-8,4.
Реакция сточной воды в проведенных исследованиях колебалась в пределах 6,3-6,67 ед. и соответствовала нормативным
требованиям.
Однако по показателям второй группы – содержанию тяжелых металлов – отмечалось существенное варьирование по свин-
99
цу – в 2 раза, но не превышало ПДК. По по кадмию данное варьирование превышало ПДК в 4 раза в 2007 г. и в 2 раза в 20082009 гг.
Свинец вызывает нарушение метаболизма микроорганизмов,
особенно процесса дыхания и клеточных выделений. Он вызывает сокращение количества поглощаемой воды и увеличивает потребность растений в кислороде, что нарушает метаболизм продуцентов (Ильин, 1995; Черников, Милащенко, Соколов, 2001).
Тяжелые металлы нарушают нормальный ход биохимических процессов, влияют на синтез и функции многих активных
соединений: ферментов, витаминов, пигментов. При высоких
концентрациях тяжелых металлов (кадмий, свинец, медь, цинк)
уменьшается количество хлорофилла вследствие ингибирования
синтеза магнийпорфирина. Тяжелые металлы снижают поступление железа у ряда растений (клевер, салат, ячмень), а также содержание фосфора, кальция, магния в растениях, при этом они
тормозят синтез фосфорорганических соединений клетки. Под
влиянием тяжелых металлов происходит изменение мембран,
что приводит к нарушению ближнего и дальнего транспорта.
Действие тяжелых металлов на образование и рост клеток
чехлика корня неодинаково. Так, свинец, цинк и кадмий изменяют как процессы пролиферации клеток в меристеме, так и процессы роста клеток растяжения. Изменение роста корней в присутствии тяжелых металлов в большей степени определяется изменением числа клеток и динамикой их роста, чем изменением
длины клеток, заканчивающих рост. Торможение роста корней в
присутствии свинца обусловлено снижением запаса делящихся
клеток в меристеме, в присутствии кадмия – торможением перехода клеток к растяжению и снижению скорости растяжения
(Аристархов, 2000; Соколов, Черников, Лукин, 2008).
Черников, Милащенко, Соколов (2001) отмечают, что многие загрязнители, вступая между собой в сложные химические и
физико-химические взаимодействия, могут значительно изменять
свою токсичность как в сторону её снижения, так и в сторону
усиления. Итогом этих взаимодействий может быть изменение
общей токсичности среды обитания. В складывающихся условиях проводить определение полного состава загрязнителей и продуктов их взаимодействия с помощью физико-химических мето-
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]