Эколого-агрохимическая оценка и оптимизация применения в качестве удобрений органосодержащих отходов производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

ВАРЛАМОВА ЛАРИСА ДМИТРИЕВНА

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЙ ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 06.01.04 - Агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Саранск - 2007



Работа выполнена на кафедре агрохимии и агроэкологии

Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук профессор Титова Вера Ивановна.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук профессор Ивойлов Александр Васильевич;

доктор сельскохозяйственных наук профессор Касатиков Виктор Александрович;

доктор сельскохозяйственных наук профессор Костин Яков Владимирович.

Ведущая организация: ГНУ Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН (п. Тимирязевский)

Защита состоится 5 октября 2007 г. в _______ часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.11 при Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева.

Адрес: 430904, г. Саранск, п. Ялга, ул. Российская, 31, ауд. 223.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке имени М.М. Бахтина Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева.

Автореферат разослан «______» _________________________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Г.М. Кононова



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований

Среди основных экологических проблем современности важнейшее место занимает проблема отходов, которые в настоящее время образуются в огромных количествах и при их размещении в окружающей среде являются источником ее загрязнения, ухудшают санитарно-эпидемиологические и эстетические качества природы. Одним из возможных путей решения данной проблемы является утилизация отходов, т.е. возвращение их в материальный круговорот, что имеет важное экологическое, экономическое и энергосберегающее значение (Титова В.И. и др., 2006). При этом наиболее привлекательным направлением использования органосодержащих отходов различных производств является их применение в качестве нетрадиционных удобрений при выращивании сельскохозяйственной продукции, что, в свою очередь, является целесообразным и с агрономической точки зрения. Однако следует учитывать, что применение отходов может сопровождаться рядом серьезных негативных процессов. Так, при утилизации органосодержащих отходов промышленного производства (например, осадков коммунально-бытовых сточных вод) возможно загрязнение почв, растительной продукции и природных вод тяжелыми металлами и органическими поллютантами, а использование в земледелии больших объемов органосодержащих отходов промышленного животноводства (свиного навоза, птичьего помета и т.д.) в ряде случаев сопровождается загрязнением почв патогенной микрофлорой и экологически опасным увеличением содержания в почве биогенных элементов.

Снижение негативного воздействия на окружающую среду может быть достигнуто двумя способами. Первый предполагает разработку безопасных технологий применения нетрадиционных удобрительных материалов (дозы внесения, способы заделки в почву, выбор культур и т.д.). Второй способ основан на улучшении качества органосодержащих отходов путем их переработки с последующей оптимизацией их использования в агроэкосистеме. Наиболее перспективными вариантами переработки отходов производства в ценные удобрительные материалы являются их компостирование (в том числе - вермикомпостирование) и анаэробное сбраживание, которое, к тому же, сопровождается получением биогаза.

Изучение возможности использования нетрадиционных удобрений, разработка оптимальных технологий их применения, учет эффективности переработки отходов и ряд других вопросов, сопряженных с их утилизаций в сельскохозяйственном производстве, должны сопровождаться комплексными исследованиями, которые позволят оценить влияние удобрений на продуктивность фитоценоза, качество и безопасность растениеводческой продукции, агрохимические и биологические свойства почвы и т.д.

Цель и задачи исследования

Целью исследований являлось изучение агрономической и экологической возможностей использования свиного навоза, птичьего помета, осадков сточных вод и продуктов их переработки (продукт метанового сбраживания птичьего помета - «Урожай-С», химически очищенные ОСВ, грунты, компосты и вермикомпосты) в земледелии с разработкой эффективных и безопасных технологий их внесения.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

изучение влияния разового и длительного применения свиного навоза и куриного помета на урожайность и кормовую ценность сельскохозяйственных культур, а также агрохимические свойства почвы;

оценка продукта переработки птичьего помета - «Урожай-С» как нетрадиционного удобрительного материала и стимулятора роста растений;

выявление влияния осадка сточных вод с нормативным содержанием тяжелых металлов на урожайность, качество и безопасность получаемой продукции сельскохозяйственных культур;

оценка эффективности химического метода очистки осадков сточных вод (ОСВ) по изменению содержания тяжелых металлов в осадке и влиянию на безопасность полученной продукции;

разработка базовой технологии вермикомпостирования ОСВ, изучение эффективности и безопасности использования полученных удобрений в земледелии;

выявление возможности использования ОСВ как компонента почвогрунтов для выращивания цветочных культур в оранжерее и в зеленом строительстве;

оценка действия изучаемых видов и доз удобрений на биологическую активность почвенной биоты.

Научная новизна

Установлено, что использование отходов промышленного животноводства (жидкий свиной навоз и птичий помет) в качестве удобрений в повышенных и очень высоких дозах не угнетает развитие кормовых культур, но снижает их питательную ценность, в основном, за счет увеличения содержания клетчатки. Систематическое применение этих удобрений на легких дерново-подзолистых почвах приводит к резкому повышению запасов подвижного фосфора и дисбалансу основных элементов питания.

Изучение нового удобрения («Урожай-С»), полученного методом метанового сбраживания куриного помета, показало, что он оказывает положительное влияние на всхожесть семян; существенно повышает урожайность растений; начиная с дозы 5 т/га, стимулирует биологическую активность почвы, увеличивая содержание в ней подвижных форм питательных элементов, что в целом обуславливает его высокую агрономическую эффективность.

Установлено, что использование осадков сточных вод с нормативным содержанием в них тяжелых металлов, а также химически очищенных ОСВ в качестве удобрений под сельскохозяйственные культуры, существенно увеличило урожайность, не оказав при этом влияния на качество и безопасность полученной продукции. Показана возможность использования ОСВ, содержащих повышенное количество тяжелых металлов, в качестве компонентов почвогрунтов в зеленом строительстве и цветоводстве: не выявлено угнетающего действия осадков на выращиваемые растения.

Дана комплексная оценка возможности использования ОСВ, птичьего помета, навоза КРС и соломы в качестве компонентов для вермикомпостирования: установлены состав и соотношения компонентов, которые позволили получить агрономически эффективные и экологически безопасные удобрительные материалы.

Защищаемые положения

влияние отходов промышленного птице- и свиноводства на урожайность, качество и безопасность основных сельскохозяйственных культур, а также на агроэкологические свойства почвы;

эффективность нового удобрения «Урожай-С» - продукта переработки птичьего помета методом метанового сбраживания;

возможность использования неочищенных и химически очищенных осадков сточных вод в качестве нетрадиционных удобрений в земледелии, зеленом строительстве и цветоводстве;

вермикомпостирование - один из эффективных приемов снижения опасности применения нетрадиционных удобрительных материалов в качестве органических удобрений.

Практическая значимость

Результаты исследований служат теоретической и практической основой для регламентирования использования осадков сточных вод в качестве удобрений в сельском хозяйстве, зеленом строительстве и цветоводстве.

Установлено, что нормированное применение органосодержащих отходов народного хозяйства в качестве источника минерального питания растений агрономически эффективно и экологически безопасно.

Научные эксперименты по изучению нового удобрения «Урожай-С» позволили рекомендовать его широкое использование для удобрения посевов, что явилось основанием для внедрения данного удобрения в сельскохозяйственное производство южных районов Нижегородской области.

Полученный материал позволяет рассматривать вермикомпостирование как перспективный прием повышения агроэкологической ценности осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрения.

Основные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин: агрохимия, система удобрения, сельскохозяйственная экология, охрана окружающей среды и рациональное природопользование, оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза.

Апробация работы

Результаты исследований были доложены на международных съездах, симпозиумах и конференциях (Горки, 1996; Москва, 1997, 1998; Суздаль, 2000; Ставрополь, 2002; Нижний Новгород, 2003; Новосибирск, 2004; Владимир, 2004, 2006), всероссийских научно-практических конференциях в высших учебных и научно-исследовательских заведениях городов Москвы (1998, 1999, 2005), Нижнего Новгорода (1998), Йошкар-Олы (2001), Кирова (2001, 2002), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Нижегородской ГСХА.

По теме диссертации автором опубликовано 35 печатных работ, в том числе одна монография (в соавторстве).

Изучаемое в опыте жидкое органическое удобрение «Урожай-С», полученное методом метанового сбраживания, внедрено в производство в двух хозяйствах Нижегородской области на площади 430 га. Грунты на основе ОСВ для выращивания чайно-гибридных роз прошли испытания в оранжерее МУП «Цветы» г. Н. Новгорода.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа содержит 8 глав содержательной части, выводы и рекомендации производству. Она изложена на 345 страницах, содержит 136 таблиц, 19 рисунков и 56 приложений. Список литературы включает 471 наименование, в т.ч. 49 публикаций иностранных авторов.

Выражаю искреннюю благодарность всему коллективу кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА и директору Центра агрохимической службы «Нижегородский» проф. Шафронову Олегу Дмитриевичу за консультативную, организационную и моральную поддержку при проведении исследований и подготовке диссертационной работы.



СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Проблема отходов в современном мире

Оценены возможности и эффективность использования в сельском хозяйстве в качестве удобрения органосодержащих отходов птице- и свинокомплексов, а также осадков сточных вод. Дан обзор технологий по переработке этих отходов с получением более ценных и безопасных удобрений.

2. Объекты и методы проведения исследований

Основными объектами изучения служили жидкий свиной навоз, получаемый при гидравлической системе удаления из животноводческих помещений; птичий помет (отход производства при клеточном содержании птицы с механизированной уборкой помета); удобрение, полученное методом анаэробного сбраживания жидкого помета - «Урожай-С»; осадки сточных вод Нижегородской станции аэрации МУП «Нижегородский водоканал», предназначенной для очистки коммунально-бытовых и промышленных сточных вод; грунты, компосты и вермикомпосты, полученные с использованием ОСВ (рис. 1). Обобщенная агрохимическая и агроэкологическая характеристика отходов и продуктов их переработки приведена в таблицах 1 и 2.

Часть результатов, обсуждаемых в данной работе, получены в коллективных исследованиях: опыты по изучению применения в полеводстве бесподстилочного куриного помета проведены совместно с доктором с.-х. наук, профессором Дабаховой Е.В. и кандидатом с.-х. наук Трифоновым А.Ю., жидкого свиного навоза ? с кандидатом с.-х. наук, доцентом Гейгер Е.Ю., очищенных осадков сточных вод ? с кандидатом с.-х. наук, профессором Бусоргиным В.Г., вермикомпостов ? с кандидатом с.-х. наук, доцентом Короленко И.Д. под общим руководством заведующей кафедрой агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА, доктора с.-х. наук, профессора Титовой В.И. Производственные испытания жидкого органического удобрения «Урожай-С» проведены совместно с сотрудниками центра агрохимической службы «Нижегородский».

Рис. 1 - Логическая схема проведения исследований

В работе обобщены результаты 8 модельных лабораторных, 7 вегетационных, 10 микрополевых, 2 полевых и 7 опытов, проведенных в производственных условиях. Опыты проведены на вегетационной площадке кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА, на опытном поле учхоза НГСХА «Новинки», в трех районах Нижегородской области и СМП «Цветы» г. Нижнего Новгорода. Эксперименты выполнены в период 1996-2005 гг. в рамках бюджетных и внебюджетных научных исследований кафедры агрохимии и агроэкологии, ответственным исполнителем которых была автор работы.

Основная часть исследований проведена на светло-серых лесных легко- и среднесуглинистых почвах с содержанием гумуса 1,3-2,0 %, рНkcl 4,6-6,1 ед., подвижных соединений Р2О5 - 120-340 мг/кг, К2О - 66-221 мг/кг; 3 опыта были заложены на серых лесных среднесуглинистых почвах с содержанием гумуса 2,2-3,0 %, рНkcl 5,3-5,8 ед., Р2О5 -124-202 мг/кг, К2О - 109- 154 мг/кг; 3 опыта - на дерново-подзолистых супесчаных и легкосуглинистых почвах с содержанием гумуса 1,3-2,3 %, рНkcl 5,2-6,5 ед., Р2О5 - 990-4 080 мг/кг, К2О - 57-525 мг/кг. Содержание тяжелых металлов в почвах не превышало ПДК (ОДК), но в отдельных случаях было выше фона.

Таблица 1 - Агрохимическая характеристика органических удобрений

Удобрение	Обозначение	рН	Сухое Вещество, %	Содержание, % на естественную влажность
				N	Р2О5	К2О
Свиной навоз жидкий	ЖСН	6,7-6,8	2,5-6,6	0,16-0,25	0,10-0,28	0,02-0,17
Помет куриный бесподстилочный	ПП	7,2-7,4	30-36	0,78-1,63	1,12-2,47	0,35-0,99
Жидкое органическое удобрение «Урожай-С»	«Урожай-С»	7,2-7,8	1,8-3,6	0,17-0,40	0,03-0,24	0,02-0,13
Осадки сточных вод	ОСВ	6,5-7,6	44-75	0,40-0,63	0,50-4,48	0,14-0,38
Компосты	К	6,5-7,1	50-68	0,97-1,60	0,32-0,66	0,29-0,97
Вермикомпосты	ВК	6,5-7,1	41-61	0,37-1,10	0,16-0,89	0,31-0,79
Навоз КРС Подстилочный полуперепревший	Навоз	6,4-6,7	27-30	0,56-0,62	0,21-0,24	0,58-0,71

Таблица 2 - Содержание ТМ в органических удобрениях, мг/кг сухого вещества

Удобрение	Cd	Cu	Pb	Zn	Ni	Cr
ЖСН	0,35	17,97	21,65	168,6	19,30	2,97
ПП	0,27	8,20	1,15	127,9	5,70	3,32
«Урожай-С»	0,10	0,06	1,74	1,2	0,93	0,33
Навоз	0,65	7,22	1,92	61,2	6,36	3,96
ОСВ	12	385	44	789	300	513
ТУ*	2	132	130	220	-	-
Норма**	20	1000	750	2500	300	750
ПДК***	30	1500	500	3500	400	1000

* - ТУ 9819-238-00008064-98 (навоз подстилочный крупного рогатого скота);

** - требования к нетрадиционным органическим удобрениям (Справочная книга …, 2001);

*** - ГОСТ Р17.4.3.07-2001.

Наиболее благоприятными для развития сельскохозяйственных культур были 1999 и 2003 гг. Дефицит влаги растения испытывали в 2001 и 2002 гг., а избыточным увлажнением характеризовались 1998 и 2000 гг. Хорошие условия перезимовки многолетних трав и озимых культур складывались в 1999-2000 гг.

При анализе растительного материала, удобрений и почв использовали методы, применяемые в современной агрохимической практике. Аналитические работы проведены в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА, где выполнены анализы по определению агрохимических и биологических показателей почвы, составу удобрений и качеству растений; в лаборатории ФГУ «Центр агрохимической службы «Нижегородский» и МУП «Нижегородский водоканал», где в испытуемых объектах было определено содержание тяжелых металлов. Математическая обработка результатов исследований проведена с использованием методов дисперсионного и корреляционного анализов, а также метода вариационной статистики.

3. Применение в сельском хозяйстве органосодержащих отходов промышленного свино- и птицеводства

Исследования с дозами птичьего помета и свиного навоза

Влияние возрастающих доз удобрений на урожайность и качество кормовых культур. В зоне расположения крупных животноводческих предприятий чаще всего применяют максимально возможные, а иногда и сверхлимитные количества органических удобрений. В таких условиях возникает необходимость определения предельных доз их использования, не оказывающих существенного негативного влияния на состояние агроэкосистемы, прежде всего, на фитоценоз. При этом на первом этапе исследований актуальным являлось проведение исследований по сравнительной оценке действия изучаемых органических удобрений и эквивалентного количества минеральных.

Рис. 2 - Сравнительная эффективность ЖСН и эквивалентного количества элементов питания в минеральной форме, опыт № 1, в среднем за 1996-1999 гг.		Рис. 3 - Сравнительная эффективность ПП и эквивалентного количества элементов питания в минеральной форме, опыт № 2, в среднем за 1996-1999 гг.

Исследованиями установлено, что в целом действие жидкого свиного навоза (ЖСН) и птичьего помета (ПП) превосходило эффект от эквивалентного количества NРК, внесенных в составе минеральных удобрений (рис. 2,3).

Разовое применение ПП в дозах 10?50 т/га и ЖСН в количестве 200? 1 000 т/га (в условиях вегетационных опытов) не оказывало угнетающего влияния на урожайность опытных культур ни в прямом действии (викоовес), ни в последействии (последовательно выращиваемые яровой рапс и овес). При внесении минимальной дозы помета суммарная прибавка урожая составила 42 % к контролю, а максимальной дозы - 105 %; для ЖСН эти цифры соответственно равнялись 47 % и 129 %.

Содержание азота и фосфора в продукции растениеводства увеличивалось по мере роста доз, причем органические удобрения в большей степени влияли на накопление культурами азота, а минеральные ? фосфора. Содержание калия в растениях в меньшей степени зависело от вида удобрения и его дозы. При внесении свиного навоза отмечено снижение содержания сухого вещества в растениях викоовсяной смеси и рапса и увеличение в овсе; использование помета, в основном, увеличило его во всех культурах.

Влияние свиного навоза и помета птиц на агрохимические свойства и баланс элементов питания в почве. Применение ЖСН увеличило содержание подвижных форм фосфора и калия в почве, оказав менее существенное влияние на ее физико-химические свойства. Положительный баланс фосфора в почве проявился с первой опытной дозы (200 т/га), а азота и калия - со второй (400 т/га), причем коэффициент использования азота в сумме по трем культурам составил 22-43 %, калия ? 27-47 %, а фосфора - 3-8 %. При этом коэффициенты использования азота и фосфора из жидкого свиного навоза, начиная со второй опытной дозы (400 т/га), а калия ? с третьей (600 т/га), при дальнейшем увеличении количества применяемых удобрений практически не изменялись.

Применение куриного помета даже в минимальной дозе привело к снижению обменной кислотности. Содержание подвижного фосфора по мере возрастания доз помета увеличивалось при неизменном содержании калия. Положительный баланс фосфора в почве проявился с первой опытной дозы (10 т/га), а азота и калия - с четвертой (40 т/га) при коэффициенте усвоения азота 49-98 %, калия ? 54-98 %, а фосфора - 10-26 %. В целом использование внесенных элементов культурами снижалось с ростом дозы удобрения.

Таким образом, жидкий свиной навоз и бесподстилочный помет при их разовом внесении даже в высоких и очень высоких дозах не оказали угнетающего влияния на развитие растений, однако, улучшив, в целом, питательный режим почвы, привели к некоторому дисбалансу элементов питания (существенное увеличение содержания фосфора при неизменном количестве калия).

Оценка эффективности систематического внесения органосодержащих отходов промышленного животноводства

Влияние удобрений на продуктивность кормовых культур. Опыты, проведенные на первом этапе исследования, позволили выявить максимальные разовые дозы органических удобрений, повышение которых с практической и экономической точек зрения нецелесообразно (200 т ЖСН и 20 т ПП в расчете на 1 га). В связи с этим на следующем этапе исследования, задачей которого являлась оценка эффективности систематического внесения органических удобрений, изучались именно эти дозы. Наряду с чистым контролем и вариантом с внесением органического удобрения, в схему опытов был включен вариант с азотно-калийным минеральным удобрением, который позволил сбалансировать питание растений на фоне очень высокого содержания в почве подвижных фосфатов. Исследования были проведены в условиях микрополевых опытов, заложенных на дерново-подзолистых почвах базовых хозяйств (ОАО «Ильиногорское» и ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская»), длительное время (более 25 лет) удобрявшихся органическими удобрениями в высоких дозах и характеризующихся очень высоким содержанием подвижного фосфора (990- 4 080 мг/кг).



Рис. 4 - Динамика урожайности свербиги восточной (опыт № 5)		Рис. 5 - Динамика урожайности костреца безостого (опыт № 3)

Внесение ЖСН на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве привело к увеличению сбора урожая свербиги восточной на 20 %, а применение минеральных форм азота и калия - на 16 % (рис. 4). При внесении удобрений отмечено увеличение содержания клетчатки и нитратов на 3,7 и 1,9 % и на 131 и 174 мг/кг соответственно. При этом количество клетчатки превысило установленный норматив (Методические указания…, 2002).

В опыте, заложенном по аналогичной схеме на дерново-подзолистой супесчаной почве, в первый год исследований (амарант) минеральные формы азота и калия имели неоспоримое преимущество перед ЖСН, затем их действие выровнялось, а на третьей культуре (левзее сафлоровидной) свиной навоз показал большую эффективность. В целом за годы проведения исследований ЖСН увеличил суммарный выход продукции в 2,5, а NК-удобрения - в 2 раза (табл. 3).



Таблица 3 - Суммарная продуктивность культур в микрополевом опыте, 1996-2004 гг. (опыт № 4)

Вариант	Урожайность культур, кг к.ед./м2	В среднем за год
	амарант	Озимая рожь	Левзея (6 лет)	в сумме за 8 лет	кг к. ед./м2	%
Контроль	0,88	0,54	4,53	5,95	0,74	100
ЖСН-200	1,08	0,62	12,82	14,52	1,82	246
N100К200	1,32	0,63	10,14	12,09	1,51	204

Содержание азота и калия в растениях левзеи сафлоровидной сильно варьировало по годам, в то время как концентрация в них фосфора достаточно стабильна. Содержание сухого вещества при внесении удобрений снижалось, а количество клетчатки и нитратов увеличивалось. Наиболее высоким содержание клетчатки было при внесении свиного навоза, а нитратов - при использовании минеральных удобрений, однако количество их не превышало санитарных норм.

Результаты учета урожая костреца безостого в опыте с ПП показали, что органическое удобрение было более эффективным, чем азотно-калийное. В сумме за 4 года помет увеличил урожайность культуры на 45 %, а минеральные формы азота и калия - на 31 %. При этом эффективность удобрений существенно менялась во времени (рис. 5). Внесение удобрений не повлияло на содержание NРК в фитомассе костреца. Вынос элементов питания растениями на фоне применения помета увеличился по сравнению с контролем на 44, 42 и 34 % (N на 38,9, Р2О5 на 6,2, К2О на 19,8 г/м2), а при использовании минеральных удобрений - на 29, 22 и 32 % соответственно, что отражало уровень урожайности культуры.

В целом, систематическое внесение органических удобрений существенно повысило урожайность сельскохозяйственных культур, однако качество полученной продукции, судя по содержанию клетчатки, хотя и отвечало в большинстве случаев установленным требованиям, снижалось по сравнению с контролем без внесения удобрений.

Действие удобрений на агрохимические и биологические свойства почвы. Определение основных агрохимических показателей проведено послойно. Установлено, что внесение ЖСН на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в течение 3 лет (опыт № 5) способствовало повышению содержания гумуса в слое 0-20 см (табл. 4), а также оказало положительное влияние на физико-химические свойства почвы и содержание подвижных форм фосфора и калия.

Таблица 4 - Влияние систематического внесения жидкого свиного навоза на агрохимические показатели почвы (опыт № 5), 1999 г.

Вариант	Слой почвы, см	Гумус, %	рНkcl	Нг	S	Р2О5	К2О
				мг-экв./100 г	мг/кг
Контроль	0-20	2,30	6,20	1,45	10,8	707	62
	21-50	0,47	6,80	0,53	13,8	700	43
ЖСН-200	0-20	2,63	6,40	1,49	12,1	880	81
	21-50	0,60	6,95	0,53	14,0	660	72
N100К200	0-20	2,21	6,10	1,43	11,8	673	60
	21-50	0,58	6,80	0,51	13,5	570	51
НСР05	0-20	0,27	0,46	0,14	1,1	68	7
	21-50	0,08	0,35	0,04	1,3	71	8

На дерново-подзолистой супесчаной почве (опыт № 4) содержание подвижного фосфора в почве при использовании ЖСН (в течение 6ти лет) к 2002 году увеличилось на 14 % по сравнению с исходным его количеством, а на контроле и при внесении минеральных удобрений снизилось (соответственно на 30 и 37 %), количество калия снизилось во всех вариантах. После прекращения внесения ЖСН (2002 г.) за последующие два года содержание фосфора сократилось при сохранении положительного баланса по этому элементу.

При выращивании костреца безостого (опыт № 3, исследование с птичьим пометом) основные изменения в содержании подвижного фосфора и калия в почве отмечены в подпахотном слое: по сравнению с исходным состоянием содержание Р2О5 в нем снизилось в 2 (регулярное применение помета) - 4,3 раза (контроль), при незначительном увеличении в верхнем (0-20 см) слое на фоне внесения помета.

Применение удобрений на дерново-подзолистой супесчаной почве (опыт № 4) увеличило ее биологическую активность, при этом свиной навоз имел преимущество перед минеральными удобрениями только по влиянию на интенсивность нитрификации (табл. 5). Все показатели характеризовались высокой вариабельностью (до 215 %), причем минимальные сезонные изменения отмечены для целлюлолитической активности, максимальные - для нитрифицирующей способности: наиболее активно данный процесс протекал в июле и практически затухал к ноябрю. Похожие закономерности выявлены и в опыте со свербигой восточной (дерново-подзолистая легкосуглинистая почва).

Таблица 5 - Динамика показателей биологической активности почвы при систематическом внесении жидкого свиного навоза

Вариант	Опыт № 4	Опыт № 5
	lim	M	lim	M
Интенсивность дыхания, СО2 мг /10 г/сутки
Контроль	0,4-3,5	1,2	0,5-1,8	1,6
ЖСН-200	0,4-3,4	1,4	0,6-5,6	2,8
N100К200	0,3-3,8	1,9	0,9-6,2	2,9
НСР05		0,3		0,5
Целлюлолитическая активность, %
Контроль	12,1-66,6	40,2	11,1-76,5	42,1
ЖСН-200	10,1-71,8	43,9	17,6-72,1	38,8
N100К200	10,1-78,7	45,2	21,1-85,8	52,5
НСР05		3,1		4,9
Нитрифицирующая активность, мг NO3/100 г/14 суток
Контроль	0,2-13,3	3,8	0,6-5,8	3,0
ЖСН-200	0,7-23,8	7,4	1,0-13,1	5,9
N100К200	0,5-21,8	4,1	0,8-7,6	3,6
НСР05		1,6		0,9

Здесь и далее: lim - пределы изменения показателя; M - среднее значение величины.

Внесение помета увеличивало интенсивность выделения углекислого газа, нитрифицирующую способность и целлюлолитическую активность почвы в большей степени, чем минеральные удобрения.

Таким образом, систематическое применение свиного навоза в дозе 200 т/га и помета в дозе 20 т/га не угнетало микробиологические процессы, протекающие в почве. Закономерности изменения анализируемых показателей при внесении жидкого свиного навоза и бесподстилочного куриного помета в целом имеют однонаправленный характер в отношении активности выделения СО2 и нитрифицирующей способности. Разрушение целлюлозы стабильно увеличивалось лишь при внесении помета.

Оценка влияния свиного навоза и птичьего помета на загрязнение почв тяжелыми металлами и безопасность получаемой продукции. Применение органических удобрений (ЖСН в течение 6 лет, ПП ? 4 лет) не привело к повышению валовых запасов тяжелых металлов в почве, однако количество их подвижных соединений при внесении навоза увеличилось.

Анализ содержания и выноса ТМ левзеей сафлоровидной (табл. 6) показал, что количество Zn и Ni в продукции превышает ПДК, а Pb, Cd и Cr соответствует санитарным требованиям. Наиболее высокое количество ТМ в продукции, за исключением хрома, выявлено на контроле, а относительно низкое - при внесении ЖСН. Эти данные вполне согласуются с результатами определения коэффициентов биоаккумуляции и, отчасти, могут быть объяснены биологическим разбавлением. В то же время, максимальный вынос всех анализируемых металлов отмечен в варианте с внесением свиного навоза.

Таблица 6 - Влияние удобрений на усвоение тяжелых металлов левзеей сафлоровидной (опыт № 4)

Вариант	Pb	Cd	Zn	Ni	Cr
Содержание, мг/кг
Контроль	1,22	0,15	110	3,93	0,22
ЖСН-200	1,05	0,13	71	3,66	0,27
N100К200	1,14	0,15	88	3,33	0,30
ПДК	5,0	0,3	50	2,0	0,8
Вынос, мг/м2
Контроль	1,2	0,15	108	3,9	0,22
ЖСН-200	4,1	0,51	277	14,3	1,05
N100К200	2,6	0,35	202	7,7	0,69
Коэффициенты биоаккумуляции, относительные единицы*
Контроль	2,34	1,15	28,0	12,7	0,85
ЖСН-200	1,52	0,87	14,1	8,1	3,00
N100К200	2,20	1,07	27,2	9,8	1,76

* ? рассчитано по отношению к подвижным запасам элементов в почве.

Потребление ТМ кострецом отличалось от использования их левзеей: содержание свинца и цинка в нем значительно ниже, а кадмия - в два раза выше. При этом систематическое применение куриного помета способствовало увеличению содержания в костреце Pb и Cd, практически не влияя на потребление цинка и меди.

Таким образом, можно констатировать, что при высокой продуктивности возделываемых культур систематическое внесение органических удобрений не привело к загрязнению пахотного слоя почв тяжелыми металлами, но увеличило их подвижность. Содержание ТМ в продукции при внесении ЖСН по сравнению с контролем не возрастало, в то время как применение помета привело к увеличению содержания в костреце Cd и Pb.

4. Изучение удобрительной ценности «Урожая-С» - продукта биотермической переработки куриного помета

Результаты ранее проведенных экспериментов показали, что внесение сверхвысоких доз ПП и ЖСН может привести к ухудшению состояния почвенно-биотического комплекса и качества получаемой продукции. Одним из возможных вариантов снижения антропогенной нагрузки, обусловленной утилизацией отходов индустриального животноводства, является частичная или полная переработка данных органосодержащих отходов с получением экологически более ценных продуктов переработки, применение которых в сельском хозяйстве, однако, также должно сопровождаться комплексной оценкой их эффективности и безопасности.

Изучение биологической активности жидкого органического удобрения «Урожай-С»

При изучении возможности использования ЖОУ «Урожай-С» для предпосевной обработки семян установлено, что эффективность препарата зависела от его концентрации и вида обрабатываемой культуры. Всхожесть семян яровой пшеницы постепенно увеличивалась с ростом концентрации удобрения от 0,1 до 2,0 %, гороха - до 1,0 %, а салата - до 0,5 %. Необходимо отметить, что даже самая высокая концентрация удобрения (4 %) не оказала токсичного действия на семена пшеницы, в то время как всхожесть семян салата снизилась при использовании 1,0 % раствора.

Модельные лабораторные опыты показали, что с возрастанием доз удобрения биологическая активность почвы увеличивалась (табл. 7).

Таблица 7 - Влияние возрастающих доз ЖОУ «Урожай-С» на динамику показателей биологической активности почвы (опыт № 8)

Вариант	Сроки компостирования
	1 неделя	3 месяца	6 месяцев	12 месяцев
Целлюлолитическая активность, %
Контроль	15,9	21,6	24,6	25,3
отклонение от контроля
«Урожай-С», 1 г/кг	+ 1,6	+ 1,7	? 9,9	? 10,1
«Урожай-С», 5 г/кг	+ 3,7	+ 3,5	? 1,0	? 4,9
«Урожай-С», 15 г/кг	+ 8,4	+ 9,0	+ 1,9	? 0,9
«Урожай-С», 25 г/кг	+ 10,4	+ 13,8	+ 3,9	+ 0,6
НСР05	1,6	2,4	2,1	1,5
Нитрифицирующая активность, мг NO3Ї /100 г/14 суток
Контроль	0,09	3,10	5,10	0,50
отклонение от контроля
«Урожай-С», 1 г/кг	+ 0,66	+ 0,42	+ 1,58	+ 0,15
«Урожай-С», 5 г/кг	+ 0,77	+ 0,73	+ 4,25	+ 0,41
«Урожай-С», 15 г/кг	+ 0,64	+ 1,58	+ 6,67	+ 0,64
«Урожай-С», 25 г/кг	+ 0,49	+ 2,99	+ 8,82	+ 0,84
НСР05	0,03	0,40	0,64	0,05

Отмечено стимулирующее действие «Урожая-С» на активность разложения целлюлозы и накопление нитратов. Целлюлолитическая активность нарастала первые три месяца после внесения удобрения, а затем начинала постепенно затухать; интенсивность нитрификации увеличивалась в течение 6 месяцев. Стабильного положительного влияния удобрения на интенсивность дыхания не выявлено.

Наряду с этим, при внесении органического удобрения была отмечена положительная динамика содержания в почве минеральных форм азота (аммонийного и нитратного) и подвижного фосфора на фоне практически неизменной концентрации обменного калия.

Влияние ЖОУ «Урожай-С» на урожайность и качество культур

В вегетационных исследованиях установлено, что в относительно благоприятных условиях (тепло- и влагообеспеченность) изучаемая доза жидкого органического удобрения «Урожай-С» (примерный эквивалент 15 т/га) оказала существенное положительное влияние на урожайность и качество кукурузы (табл. 8, 9). При сравнительной оценке различных видов органических удобрений выявлено, что «Урожай-С» по эффективности существенно превосходил жидкий помет, внесенный в эквивалентном количестве, и уступал лишь подстилочному навозу, используемому в значительно более высоких дозах.

Таблица 8 - Влияние разных форм органических удобрений на урожайность кукурузы, г/сосуд зеленой массы (опыт № 9)

Вариант	2001 г.	2002 г.	2003 г.	В среднем
Контроль	327,1	158,6	262,5	249,4
отклонение от контроля
«Урожай-С»-15	+ 34,3	+ 173,0	+ 97,3	+ 101,5
Навоз-40	+ 173,8	+ 430,9	+ 236,3	+ 280,3
Жидкий помет-15	+32,2	+ 97,7	+ 52,5	+ 60,8
ОСВ-40	+ 46,8	+ 172,9	+ 53,9	+ 91,2
НСР05	32,6	51,3	44,2

По комплексу показателей, характеризующих качество зеленой массы кукурузы, можно отметить, что «Урожай-С» способствовал получению продукции, отличающейся наибольшей кормовой ценностью.

Таблица 9 - Влияние удобрений на питательную ценность зеленой массы кукурузы, 2001 г. (опыт № 9)

Вариант	Протеин, %	Сухое вещество, %	Клетчатка, %	Зола, %	ОЭ*, МДж	Корм. ед.
Контроль	4,75	26,3	26	4,25	10,3	0,86
«Урожай-С»-15	5,19	25,1	24	4,12	10,7	0,93
Навоз-40	6,00	23,7	27	4,10	10,1	0,83
Жидкий помет-15	4,81	22,5	27	4,20	10,1	0,83
ОСВ-40	5,75	25,5	29	4,12	9,8	0,78
НСР05		2,4	3	0,37

*) - обменная энергия.

Применение ЖОУ «Урожай-С» (15 т/га) на сахарной свекле увеличило урожайность корнеплодов на 21-86 % по сравнению с контролем. Наибольший эффект получен при внесении всей дозы в основное удобрение, по мере ее дробления (выделение одной или двух подкормок) прибавка урожая снижалась (табл. 10). Изучаемое удобрение, вне зависимости от способа его применения, увеличило долю товарной продукции в структуре урожая).

Анализ качества полученной продукции показал, что содержание витамина С в корнеплодах сахарной свеклы повышалось вне зависимости от способа использования удобрения.



Таблица 10 - Влияние приемов использования ЖОУ «Урожай-С» на урожайность корнеплодов сахарной свеклы, г/сосуд (опыт № 10)

Вариант	2001 г.	2002 г.	2003 г.	В среднем
Контроль	101,2	120,8	90,4	104,1
отклонение от контроля
«Урожай-С»-15	+ 86,8	+ 89,2	+ 84,1	+ 86,7
«Урожай-С»-10+5	+ 66,8	+ 38,0	+ 52,3	+ 52,4
«Урожай-С»-5+5+5	+ 56,8	+ 25,6	+ 49,7	+ 43,3
НСР05	19,3	22,7	13,6

Изменение содержания сахара в продукции имело неустойчивую динамику, но общий сбор его при использовании удобрения повышался, достигая максимума при внесении всей дозы в качестве основного удобрения (табл. 11).

Таблица 11 - Влияние приемов внесения ЖОУ «Урожай-С» на качество корнеплодов сахарной свеклы (в среднем за 3 года, опыт № 10)

Вариант	Содержание	Сбор сахара, г/сосуд
	Сухое вещество, %	зола, %	витамин С, мг/%	сахар, %
Контроль	24,6	3,71	1,37	14,9	15,5
«Урожай-С»-15	26,9	3,94	1,65	14,9	28,3
«Урожай-С»-10+5	26,2	3,71	1,40	15,0	23,5
«Урожай-С»-5+5+5	27,2	3,48	1,68	16,3	24,2

Удобрения оказали влияние на содержание азота и калия, увеличив их концентрацию по сравнению с контролем. Наиболее высокой концентрация всех элементов в надземной массе и азота в корнеплодах была в продукции, полученной в варианте с выделением одной подкормки.

Сравнительная оценка нового органического удобрения и эквивалентного (10 т/га) количества питательных веществ, внесенных с нитрофоской под предпосевную культивацию, в условиях полевого опыта показала, что при недостатке влаги они оказали равноценное действие на урожайность яровой пшеницы, при достаточном увлажнении преимущество имело органическое удобрение (табл. 12).

Содержание азота, фосфора и калия в полученной продукции изменялось не существенно, хотя прослеживалась четкая тенденция их увеличения на удобренных вариантах.

Таблица 12 - Влияние ЖОУ «Урожай-С» и нитрофоски на урожайность яровой пшеницы, т/га (опыт № 12)

Вариант	2001 г.	2002 г.	2003 г.	В среднем
Контроль	1,78	1,86	2,57	2,07
отклонение от контроля
«Урожай-С»-5	+ 0,16	+ 0,15	+ 0,21	+ 0,17
«Урожай-С»-10	+ 0,37	+ 0,31	+ 0,48	+ 0,39
NPK-экв. 10	+ 0,38	+ 0,29	+ 0,29	+ 0,31
НСР05	0,13	0,16	0,18

Производственные опыты, проведенные в Спасском и Княгининском районах Нижегородской области, показали высокую эффективность изучаемого удобрения на ячмене, кукурузе (зеленая масса) и на викоовсяной смеси (зерно), увеличив урожайность соответственно на 5, 57 и 33 %.

Таким образом, удобрение «Урожай-С» существенно повысило урожайность сельскохозяйственных культур, имело преимущество перед исходным продуктом его получения (жидкий помет) и не уступало действию минеральных удобрений, внесенных в эквивалентных по действующему веществу дозах.

Изменение агрохимической характеристики почвы при внесении жидкого органического удобрения «Урожай-С»

Оценивая влияние изучаемого удобрения на агрохимическую характеристику почвы, отмечаем, что существенных изменений физико-химических показателей не выявлено (табл. 13).



Таблица 13 - Влияние удобрений на агрохимические показатели почвы

Вариант	рНkcl	Нг	S	NН4+	NО3?	Р2О5	К2О
		мг-экв./100 г	мг/кг
Опыт № 9 , 2001г.
Контроль	5,3	1,4	13,9	19,7	13,1	292	136
«Урожай-С»-15	5,5	1,2	14,2	20,4	16,4	314	149
Навоз-40	5,3	1,2	14,0	23,5	14,7	272	150
Жидкий помет -15	5,4	1,6	13,6	19,8	13,5	304	121
ОСВ-40	5,1	1,6	13,7	24,7	15,9	388	136
НСР05	0,5	0,2	1,3	2,6	1,8	47	18
Опыт № 10, 2001 г.
Контроль	5,7	1,4	13,0	25,0	14,5	345	129
«Урожай-С»-15	5,9	1,7	13,6	29,5	13,8	297	100
«Урожай-С»-10+5	5,8	1,5	14,3	27,9	14,8	310	110
«Урожай-С»-5+5+5	6,0	1,7	13,4	27,5	15,1	320	118
НСР05	0,5	0,3	1,6	3,2	1,6	34	14

Следует отметить, что увеличение урожайности культур при внесении ЖОУ «Урожай-С» и повышение содержания в продукции азота, фосфора и калия существенно повлияли на вынос их растениями, который не компенсировался внесенным удобрением, увеличивая дефицит элементов питания в почве по сравнению с контролем. Фактическое же изменение содержания подвижных форм элементов (фосфора и калия) питания в почве не соответствовало расчетному балансу, более того, содержание минерального азота, в целом, возрастало. Подобное несоответствие может быть связано с усилением биологической активности почвы при внесении органического удобрения и переводом ранее недоступных форм NPK в усвояемые формы соединений.

5. Оценка возможности использования осадков сточных вод в земледелии

Изучение удобрительной ценности исходного продукта - отхода очистки сточных вод

Влияние ОСВ на продуктивность растений. Вне зависимости от качественного состояния ОСВ, наиболее рационально их использование под растения, не используемые в пищу человека или на корм скоту - например, под технические культуры. К таковым в Нечерноземной зоне относится, прежде всего, лен-долгунец, являющийся объектом наших исследований. Применение ОСВ под лен в среднем за годы исследований увеличило выход семян на 18 %, соломы - на 14 % при дозе 40 т/га, а при 60 т/га ? на 42 % и 18 % соответственно. Дополнение осадков азотно-калийными минеральными удобрениями прив...