II. Влияние осадков сточных вод на продуктивность и агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы

Влияние применения осадков сточных вод на продуктивность звена севооборота

Внесение навоза и компостов из осадков сточных вод оказало значительное влияние на продуктивность ярового ячменя и ежи сборной (таб. 7). Наибольшая прибавка урожая (по сумме I и II укосов) – 46,2 г сухой массы/сосуд - получена при внесении 35 т/га навоза КРС. Внесение эквивалентной дозы компоста из свежих осадков сточных вод повысило продуктивность культуры на 39,4, а компоста из осадков сточных вод длительного хранения на 17 г/сосуд. При внесении 10 т/га компостов на основе ОСВ разных сроков хранения прибавки урожая были сопоставимы с прибавкой на варианте с внесением аналогичной дозы навоза КРС.

Наибольшую ценность в урожае ежи сборной представляет «сырой протеин. Максимальный показатель по «сырому протеину» 11,5% получен в варианте с компостом 2 в дозе 35 т/га. Известно, что концентрация протеина зависит от доступности азота, погодных условий, вегетационного сезона и конечного урожая.

Таблица 7.

Урожай ежи сборной (г сухой массы/сосуд) и некоторые показатели его качества, 2002 год.

	урожай, г сухой массы/сосуд			прибавка урожая, %	содержание*, %			выход с урожаем*, г/сосуд
	I укос	II укос	сумма 1 и 2		сырой протеин	Р2О5	К2О	сырой протеин	Р2О5	К2О
контроль	37,2	20,3	57,5		10,7	0,86	1,41	6,15	0,49	0,81
компостI 10 т/га	48,8	23,1	71,9	25	9,6	0,97	1,40	6,90	0,69	1,01
компост I 35 т/га	62,4	34,5	96,9	69	10,1	0,99	1,29	9,80	0,96	1,25
компостII 10 т/га	43,1	28,3	71,4	24	10,1	0,85	1,40	7,21	0,61	0,99
компостII 35 т/га	45,6	28,8	74,4	29	11,5	0,95	1,44	8,56	0,71	1,07
навоз 10 т/га	54,0	24,7	78,7	37	10,0	0,89	1,49	7,87	0,70	1,17
навоз 35 т/га	74,2	29,5	103,7	80	10,5	0,92	1,62	10,88	0,95	1,67
НСР0,05	2,9	4,2	6,8

* - по многолетним данным (Бурякова, 2006)

Примечание: величина наименьшей существенной разницы (НСР) вычислена при уровне значимости а=0,05.

Поскольку процент синтезируемого белка напрямую связан с продуктивностью, при высокой прибавке биомассы возникает «эффект ростового разбавления». Именно поэтому содержание «сырого протеина» на оптимальных вариантах опыта несколько ниже.

Концентрация фосфора в биомассе ежи сборной увеличивается до 0,97-0,99 % при внесении компоста 1. Это самый высокий показатель по опыту. Максимальная концентрация калия – 1,62% в биомассе получена при внесении навоза. Эти показатели отражают существующие различия в химическом составе осадков сточных вод и навоза КРС: осадки содержат в два раза больше фосфора, чем навоз и гораздо меньше калия. Определение выхода с урожаем ежи сборной протеина, фосфора, калия показывает, что внесение всех органических удобрений обеспечивает увеличение этих показателей по отношению к контролю.

Оценка продуктивности звена севооборота при внесении компостов в разных дозах и навоза КРС (таб. 8) показала, что она определяется свойствами исходной почвы, качеством и дозой вносимых органических удобрений, существенно зависит от погодных условий вегетационного сезона. Гидротермические показатели первых двух лет эксперимента были близки к оптимальным, третий год был крайне засушливым. Поэтому урожай ежи сборной в 2001г. существенно (в 1,8 раза) превосходил урожай 2002г.

Таблица 8.

Влияние компостов на основе ОСВ и навоза КРС на продуктивность звена севооборота (2000-2002 гг.)

варианты опыта		контроль	компост I		компост II		навоз КРС		НСР0,05
			10 т/га	35 т/га	10 т/га	35 т/га	10 т/га	35 т/га
яровой ячмень 2000 г.	ц зерна/га	23,5	31,6	50,3	35,3	36,2	39,0	56,4	2,4
	ц соломы/га	22,9	31,4	62,7	34,4	35,9	38,6	55,6	2,7
	ц корм. ед./ га	35,9	48,6	84,2	53,9	55,6	59,8	86,4	4,6
ежа сборная 2001 г.	ц сухой массы/га	44,3	54,8	94,6	51,0	71,5	62,6	101,7	4,5
	ц корм. ед./га	23,9	29,6	51,1	27,5	38,8	33,8	54,9	2,4
ежа сборная 2002 г.	ц сухой массы/га	23,1	28,8	38,9	28,6	29,8	31,6	41,6	2,2
	ц корм. ед./га	12,5	15,6	21,0	15,4	16,1	17,1	22,5	1,3
продуктив- ность кормового севооборота 2000-2002гг.	ц корм. ед/га	72,3	93,7	156,2	96,8	110,3	110,7	163,8	8,1
	% к контролю	100	130	216	134	153	153	227

Анализ урожая зерна показал, что наибольшая продуктивность достигается при внесении компоста I в дозе 35 т/га (50,3 ц/га) и навоза КРС в аналогичной дозе (56,4 ц/га). Более лабильное органическое вещество компоста I (35 т/га) реализуется через увеличение урожая соломы в большей степени, чем по другим вариантам опыта, в том числе при внесении навоза КРС в аналогичной дозе. Поэтому выход кормовых единиц на единицу площади выравнивается и по компосту I составляет 84,2 ц.корм.ед./га при соотношении зерна к соломе примерно 1:1. Увеличение дозы компоста II не реализуется и не окупается прибавкой зерна и соломы, что связано с высокой концентрацией ТМ.

Анализ урожая сухой массы ежи сборной первого года последействия органических удобрений показывает наличие четких различий по дозам и качеству последних. Компост 1 при увеличении дозы до 35 т/га обеспечивает прибавку сухой массы 40 ц/га, менее качественный компост 2 - 20 ц/га, навоз КРС – 39,1 ц/га. При экстремальных погодных условиях вегетационного сезона (2002г.) в два раза снижается продуктивность травостоя ежи сборной, слабо реализуется возможность органических удобрений. Максимальная прибавка сухой массы ежи сборной по отношению к контролю получена при внесении компоста I и навоза в дозе 35 т/га.

Суммарная оценка продуктивности севооборота показывает, что внесение компостов I и II в дозе 10 т/га обеспечивает сопоставимые прибавки 30 и 34 % соответственно. Компост I в дозе 35 т/га позволяет получить прибавку по продуктивности – 116 %, что делает его конкурентоспособным по отношению к навозу КРС (127%). Увеличение дозы компоста II нецелесообразно, т.к. относительная прибавка звена севооборота резко снижается.

Оценка поступления биогенных элементов с осадками сточных вод в почву

Нами проведена оценка поступления биогенных элементов с осадками сточных вод в почву по вариантам микрополевого опыта (табл. 9).

Таблица 9.

Поступление макроэлементов с органическими удобрениями и содержание тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве после уборки урожая, 2000г.

	кг/га			Содержание ТМ (вытяжка ААБ, мг/кг)
варианты	N	P2O5	K2O	Cd	Ni	Pb	Cu	Zn
контроль	0	0	0	0,09	1,55	0,80	0,30	1,90
компост I 10 т/га	58	153	7	0,13	1,10	0,40	0,30	2,20
компост I 35 т/га	203	535	24	0,19	1,30	0,45	0,40	10,80
компост II 10 т/га	97	238	10	0,20	0,90	0,30	0,60	5,7
компост II 35 т/га	340	833	36	0,40	2,40	0,65	1,50	13,65
навоз 10т/га	55	48	43	0,10	1,05	0,40	0,10	1,70
навоз 35т/га	193	168	149	0,10	0,95	0,60	0,10	2,05
ПДК				0,50	4,00	6,00	3,0	23,00

Разовое внесение компостов и навоза КРС оказывает заметное влияние на поступление биоэлементов в дерново-подзолистую почву: поступление азота с компостами I и II сопоставимо с внесением навоза КРС. Использование компостов обогащает почву фосфором, в том числе подвижным. Компосты имеют дефицит калия и в практике применения должны компенсироваться внесением калийных удобрений. Высокие прибавки на этих вариантах опыта урожая свидетельствуют о стабильном эффекте синергизма азот-калий: при наличии доступных источников азота растения поглощают калий из резерва почвы.

При внесении всех видов удобрений содержание тяжелых металлов находится на уровне контроля, оставаясь в пределах ПДК. Для биофильных элементов цинка и меди отмечено превышение контроля. Компост на основе осадков сточных вод с иловых полей характеризуется наибольшим содержанием тяжелых металлов в своем составе, поэтому оказал самое сильное влияние на содержание металлов в почве. Содержание доступного кадмия в почве при внесении 35т/га компоста на основе осадков сточных вод с иловых полей составляет 0,4 мг/кг почвы, что немного меньше ПДК (0,5 мг/кг). Существует опасность загрязнения этим элементом почвы при использовании данного компоста в качестве удобрения. Следовательно, необходим мониторинг за состоянием почвы при его использовании.

Из полученных данных следует, что при внесении нетрадиционных органических удобрений не происходит существенного загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами. Повышаются агрохимические показатели (гумус, рН, подвижный фосфор, содержание микроэлементов) почвы. Использование нетрадиционных и традиционных органических удобрений обеспечивает воспроизводство плодородия дерново-подзолистой почвы.

Выводы

1. Внесение осадков сточных вод (ОСВ) в микрополевом опыте и на участке агроэкологического мониторинга достоверно повышало активность азотфиксации, но не приводило к значимому увеличению газообразных потерь азота.

2. Активность эмиссии СО₂ достоверно выше при внесении органических удобрений в дозе 35 т/га в микрополевом опыте. Не отмечен повышенный уровень эмиссии СН₄ на вариантах с внесением ОСВ в дозах, рекомендованных ГОСТ.

3. Внесение ОСВ в дозах рекомендованных ГОСТ не приводило к изменению численности и структуры комплекса сапротрофных бактерий. При внесении ОСВ в дозах, многократно превышающих рекомендованные (агроэкологический мониторинг), отмечено снижение общей численности бактерий и увеличение доли грамотрицательных бактерий.

4. Изучение спектра потребляемых субстратов микробными сообществами и расчет коэффициента их устойчивости показал значительные негативные изменения целостности микробной системы при внесении компостов ОСВ разного срока хранения в дозах 35 т/га.

5. По результатам микрополевого опыта на дерново-подзолистой почве, использование компостов ОСВ различных сроков хранения и навоза КРС оказывает положительное влияние на продуктивность звена севооборота (ячмень - многолетние травы). С увеличением доз вносимых органических удобрений обнаруживается различие в их влиянии на урожай: сопоставимую продуктивность обеспечивает внесение компоста I и навоза КРС, на 60-70 % она ниже при внесении компоста II, что связано с реакцией растений и почвенных микроорганизмов на высокое содержание в нем тяжелых металлов.

6. При внесении исследованных органических удобрений на основе ОСВ содержание тяжелых металлов в почве находилось ниже значений их ПДК.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Дурихина Н.В. Влияние осадка сточных вод на микробиологическую трансформацию азота / Тезисы докладов Докучаевских молодежных чтений «Методологические проблемы современного почвоведения». Санкт-Петербург, 2001. С. 28-29.

2. Дурихина Н.В., Курганова Е.В. Биологическая активность почв при применении осадка сточных вод // Бюллетень ВИУА. 2001. № 114. С. 42-45.

3. Дурихина Н.В., Курганова Е.В. Биологические процессы в почвах искусственных агроландшафтов при применении осадков сточных вод / Сборник материалов научно-технической конференции «Природообустройство сельскохозяйственных территорий». Москва, 2001. С.26.

4. Дурихина Н.В. Нетрадиционные удобрения и решение экологических проблем земледелия / Материалы Международной научно-практической конференции «Идеи В.В.Докучаева и современные проблемы сельской местности». Смоленск, 2001. Ч.2. С. 164-166.

5. Дурихина Н.В., Курганова Е.В., Мерзлая Г.Е., Хомяков Д.М. Утилизация городских стоков и улучшение агроэкологической ситуации в Московском регионе // Бюллетень ВИУА. 2002. № 116.С.487-490.

6. Дурихина Н.В., Хомяков Д.М. Агроэкологические аспекты утилизации осадков сточных вод // Агрохимический вестник. 2003. № 6. С.25.

7. Бурякова Ю.В., Дурихина Н.В., Хомяков Д.М. Использование сточных вод в кормопроизводстве // Кормопроизводство. 2004. № 2. С.21.

23