Экологическая оценка воздействия барды послеспиртовой при использовании ее в качестве удобрения на состояние базовых компонентов агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность исследований.

Проблема отходов является одной из наиболее острых экологических проблем современности. Постоянное образование их в огромных количествах представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья людей (Агроэкология…, 2000; Мерзлая, Лысенко, 2002; Климова, Починова, 2009; Сидоренко, 2009 и др.). В таких условиях поиск путей безопасной утилизации отходов и перевод их в разряд вторичных материальных ресурсов является основой поддержания устойчивости региональных экосистем и биосферы в целом.

Все более значительный вклад в общие объемы образования отходов вносят предприятия, перерабатывающие сельскохозяйственную продукцию. Так, производство спирта сопровождается образованием значительного количества барды послеспиртовой (на 1 дал спирта приходится порядка 12 дал барды), характеризующейся высокой влажностью, кислой реакцией и наличием в ее составе биогенных элементов (Ненайденко, 1998; Шилов, Бакуменко, 2011; Ненайденко, Ильин, 2012). Свойства отхода позволяют использовать его на корм скоту в свежем или переработанном виде. Однако при этом возникает ряд проблем, в том числе значительные затраты на транспортировку барды естественной влажности или на ее обезвоживание и получение сухого кормопродукта. В результате, несмотря на требование ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции», диктующего необходимость полной утилизации барды, отход в ряде случаев сбрасывается в пруды накопители, которые являются источником мощного негативного воздействия на компоненты окружающей среды. В связи с этим возникает необходимость поиска новых ресурсосберегающих и экологически безопасных направлений утилизации данного материала.

В качестве такового в последние годы рассматривается возможность использования барды послеспиртовой как удобрения. В 2008 г. был принят ГОСТ 53116-2008 «Удобрения органические на основе органогенных отходов растениеводства и предприятий, перерабатывающих растениеводческую продукцию. Технические условия», в котором фильтрат барды отнесен к органическим удобрениям. В отдельных почвенно-климатических зонах проведены исследования по влиянию средних доз (менее 100 т/га) отхода на урожайность сельскохозяйственных культур и свойства почвы (Ненайденко Г.Н. и др., 1997, 1998, 2002, 2008, 2012; Гурин и др., 2009; Ушаков, 2011 и др.). Однако объем полученных экспериментальных данных является недостаточным и, прежде всего, в части оценки влияния на компоненты агроэкосистемы повышенных и высоких доз данного материала, что обуславливает актуальность проведения исследований, направленных на выявление потенциальных негативных экологических последствий, которые могут возникнуть в агроэкосистеме на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой.

Цель и задачи исследований.

Целью исследований являлась оценка воздействия высоких доз барды послеспиртовой при утилизации ее в качестве органического удобрения на базовые компоненты агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья.

В программу исследований входило решение следующих задач:

· анализ агроэкологического состояния и продуктивности серых лесных почв с участков утилизации барды послеспиртовой;

· оценка воздействия возрастающих доз барды послеспиртовой на урожайность зерновых (яровая пшеница, овес) и кормовых (викоовсяная смесь) культур, а также некоторые показатели химического состава и экологической безопасности продукции;

· выявление тенденций изменения агрохимических и агроэкологических свойств серых лесных почв в зависимости от дозы внесения барды послеспиртовой;

· изучение целесообразности совместного внесения барды послеспиртовой и традиционных агрохимических средств (минеральных удобрений и извести) при возделывании зерновых (яровая пшеница, овес) культур;

· оценка фосфатного состояния серых лесных почв на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой.

Научная новизна.

Выявлены основные тенденции изменения агроэкологического состояния серых лесных почв на фоне систематического внесения высоких доз барды послеспиртовой. Установлено, что наряду с положительными процессами (увеличение содержания гумуса и подвижных форм фосфора и калия), происходит значительное ухудшение физико-химических свойств почв. При этом продуктивность зерновых культур на почвах участков утилизации на 30-50 % выше, чем на почвах фоновых участков. Изучены зависимости между высокими дозами барды, продуктивностью сельскохозяйственных культур, безопасностью растениеводческой продукции и изменениями показателей почвы, в том числе характеризующих ее санитарно-гигиеническое состояние. Впервые рассмотрены особенности фосфатного режима почвы на фоне использования высоких доз барды послеспиртовой.

Основные положения, выносимые на защиту:

· длительная утилизация высоких доз барды в агроэкосистеме приводит к ухудшению физико-химических свойств серой лесной почвы, увеличению содержания валовых и доступных форм элементов питания растении и практически не влияет на санитарно-гигиеническую характеристику почвы;

· продуктивность серых лесных почв с участков утилизации барды существенно выше, чем продуктивность фоновых аналогов, не испытывающих воздействия, связанного с внесением отхода;

· применение высоких доз барды послеспиртовой способствует существенному увеличению продуктивности зерновых и кормовых культур, количественное проявление эффекта зависит от дозы внесения отхода и биологических особенностей культуры;

· под влиянием высоких доз барды послеспиртовой происходит повышение концентрации азота, фосфора и калия в растительной продукции, увеличение содержания нитратов в викоовсяной смеси;

· разовое внесение высоких доз барды послеспиртовой в светло-серую лесную почву способствует ухудшению ее физико-химических свойств и значительному увеличению содержания подвижных форм фосфора и калия, причем эффект напрямую зависит от дозы отхода;

· содержание тяжелых металлов в серых лесных как на фоне длительной утилизации барды послеспиртовой, так и на фоне разового внесения ее высоких доз, а также в растительной продукции, полученной в этих условиях, изменяется незначительно;

· совместное внесение барды и минеральных удобрений позволяет получить дополнительную прибавку урожая зерновых культур, а известкование устраняет негативные последствия, возникающие вследствие утилизации кислого отхода, оптимизируя физико-химические свойства почвы;

· на фоне утилизации барды послеспиртовой происходит изменение фосфатного состояния серых лесных почв - увеличивается относительная доля органофосфатов, а также доля фосфатов, связанных с железом и алюминием.

Практическая значимость.

Результаты исследований применяются при разработке системы обращения с отходами на предприятиях по производству спирта Нижегородской области, а также государственными природоохранными органами при планировании контроля за их деятельностью. Полученные материалы используются сельскохозяйственными предприятиями, расположенными в непосредственной близости от спитрзаводов, для принятия решения о целесообразности использования барды в качестве органического удобрения. Отдельные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин «Сельскохозяйственная экология», «Агрохимия», «Оценка воздействия на окружающую среду» и «Охрана окружающей среды и рациональное природопользование».

Апробация работы.

Результаты исследований были доложены на ежегодных конференциях аспирантов и научно-педагогических работников Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, 2010-2013 гг.), на научно-практической конференции «Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях» (Н. Новгород, 2010), на международной научно-практической конференции «Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений» (Н. Новгород, 2011), на научно-практической конференции студентов и аспирантов факультета почвоведения, агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, 2012), а также на международной конференции при Пермской летней полевой школе молодых ученых «Теория и практика проведения агрохимических исследований» (Пермь, 2013). Общее количество опубликованных работ представлено 9 наименованиями (3,7 усл. печ. л., личное участие - 2,3 усл. печ. л.). В журналах, рекомендуемых ВАК РФ, опубликовано 3 работы (из них по теме диссертации 1 работа).

1. Обзор литературы

На основании анализа публикаций российских и зарубежных исследователей дана общая характеристика проблемы обращения с отходами в современных условиях, насмотрены наиболее перспективные направления их утилизации (Титова и др., 2009; Садиуллина, 2010; Семенова, 2010; Государственный доклад …, 2012; Тиньгаев, 2010; Бычкова, 2012; Игленкова, 2013; Титова, Дабахова, 2013). Показан положительный опыт использования широкого спектра отходов в качестве органических удобрений в различных почвенно-климатических зонах (Алиев, 2001; Титова и др., 2003; Давыдов и др., 2005; Мерзлая, 2005; Селивановская и др., 2007; Варламова, 2008; Караксин, Титова, 2008; Постников и др., 2008; Сидоренко, 2009; Кирейчева и др., 2010; Куликова и др., 2010; Перегудов, Шилова, 2011). Выявлены потенциальные негативные экологические последствия, которые могут сопровождать процесс утилизации отходов в агроэкосистеме.

Представлен обзор основных результатов исследований по использованию барды послеспиртовой в качестве органического удобрения, свидетельствующих, что несение данного отхода повышает продуктивность сельскохозяйственных культур и улучшает питательных режим почвы (Коротаев и др., 1996; Ненайденко и др., 1997, 1998, 2002, 2008, 2012; Умнов, Дабахова, 2008; Арсеньев, Ежков, 2009; Гурин и др., 2009; Ковалев и др., 2009; Крючков и др., 2011; Тюрникова, Зинина, 2011; Ушаков, 2011; Шилов, Бакуменко, 2011; Кузяева, 2012). Установлено, что объем имеющихся в настоящее время экспериментальных данных является недостаточным для оценки возможности утилизации высоких доз барды послеспиртовой и прогнозирования возникающих при этом экологических последствий.

2. Объекты, условия и методы проведения исследований

Основным объектом исследований являлась послеспиртовая барда, усредненная химическая характеристика которой представлена в таблице 1.

Табл. 1. Химический состав барды послеспиртовой

Программа предусматривала исследование почв с участков утилизации барды послеспиртовой с целью оценки последствий длительного (5 лет) воздействия слива на поверхность почвы высоких доз отхода (в среднем 400 т/га). Участки утилизации расположены в Воротынском районе Нижегородской области в зоне серых лесных почв. Их характеристика представлена в главе 3.

Для комплексной оценки агрохимических и экологических условий произрастания культурных растений на почвах, отобранных с участков утилизации, были заложены вегетационные опыты № 1 (темно-серой лесная среднесуглинистая почва, 2008 г.) и 2 (светло-серая лесная легкосуглинистая почва, 2009 г.). В качестве фона использовали почву с участков, территориально примыкающих к изучаемым, характеризующуюся близкими почвенными свойствами, но не испытывающую нагрузку, связанную с утилизацией отхода. Схема опытов представлена в таблице 2.

Табл. 2. Схема опытов № 1 и 2

агроэкосистема барда послеспиртовой

Минеральные удобрения вносили в дозе по 0,2 г азота, фосфора и калия на 1 кг почвы в составе аммиачной селитры, двойного суперфосфата и сульфата калия; известь - из расчета 1,6 г/кг почвы. В опыте № 1 выращивали яровую пшеницу сорта Амир, в опыте 2 - овес сорта Привет.

Все остальные опыты выполнены на светло-серой лесной легкосуглинистой почве, отобранной на опытном поле НГСХА, характеристика которой на момент закладки представлена в таблице 3.

Табл. 3. Агрохимическая характеристика почвы на момент закладки опытов

Установлено, что содержание тяжелых металлов в светло-серой лесной легкосуглинистой почве перед закладкой опытов во всех случаях ниже ОДК (ПДК) (табл. 4).

Табл. 4. Содержание тяжелых металлов в светло-серой лесной легкосуглинистой почве

Изучение влияния возрастающих доз барды послеспиртовой на продуктивность зерновых культур проведено в 2008-2010 гг. в условиях вегетационных опытов № 3-5 заложенных по единой схеме (табл. 5). В опытах № 3а, 4а, 5а выращивали овес (сорт Привет), в опытах 3б, 4б, 5б - яровую пшеницу (сорт Амир).

Табл. 5. Схема опытов № 3-5

При изучении влияния возрастающих доз барды на продуктивность кормовых культур программа исследований предусматривала оценку воздействия отхода в прямом действии (опыт № 6), последействии и налагающемся действии (опыты № 7а и 7б). Опытная культура - викоовсяная смесь.

Опыт № 6 заложен в 2009 г. по схеме, представленной в таблице 5. Исследования по изучению влияния отхода производства спирта в последействии и налагающемся действии проведены в 2011 г. Опыты заложены на почве, использованной при набивке сосудов в 2010 г. Первыми опытными культурами были овес (опыт № 5а) и яровая пшеница (опыт № 5б), после уборки которых сосуды были оставлены на хранение до следующего года. Весной 2011 г. сосуды перебили и в ту же почву без добавления барды (опыт 7а - изучение последействия) и при повторном внесении возрастающих доз отхода (опыт 7б - изучение налагающегося действия) была высеяна викоовсяная смесь.

Изучение влияния совместного внесения барды послеспиртовой, минеральных удобрений и извести на продуктивность зерновых культур провели в 2008, 2009 и 2011 в вегетационных опытах № 8-10 по схеме, представленной в таблице 6. Схема опытов предусматривала изучение эффективности использования барды как в чистом виде, так и при ее сочетании с традиционными агрохимическими средствами.

Табл. 6. Схема опытов № 8-10

Удобрения вносили при набивке сосудов: азотные (аммиачная селитра) и калийные (сульфат калия) - в виде растворов, фосфорные (двойной суперфосфат) в естественном состоянии. Дозы удобрений составили по 0,2 г. д.в./кг почвы NPK. Известь применяли из расчета 1,6 г/кг почвы. В опытах № 8а, 9а, 10а выращивали овес сорта Привет, в опытах 8б, 9б, 10б - яровую пшеницу сорта Амир.

Все вегетационные опыты проведены в сосудах Митчерлиха объемом на 5 кг почвы, в 4-х кратной повторности.

Для оценки трансформации фосфатного состояния почв под действием барды послеспиртовой в 2011 г. заложен модельный опыт № 11. В качестве изучаемого фактора взята повышающаяся доза барды. Фракционный состав фосфатов в почве определялся сразу после закладки, а затем через каждые две недели. Растения в опыте не выращивались.

Опыты закладывали лабораторно в 4х-кратной повторности в сосудах объемом на 0,8 кг почвы по схеме, аналогичной закладке опытов № 3-5. В соответствии с массой почвы в сосудах дозы внесения барды составили 16 : 32 : 48 : 64 мл.

Анализ барды, образцов почв и растений выполнен в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА и ФГУ ЦАС «Нижегородский» по методам, используемым в современной агрохимической практике (ГОСТ 26483-85, ГОСТ 26212-91, ГОСТ 26213-91, ГОСТ 26207-91, ГОСТ 26207-91, РД 52.18.191-89, РД 52.18.289-90 и др.). Валовое содержание фосфора определялось после мокрого сжигания в смеси концентрированной серной и хлорной кислот (метод Гинзбург) с последующим окрашиванием по методу Труога-Мейера и фотоколориметрировании. Определение содержания органического фосфора в почве проводилось по методу Сэндерса и Вильямса; фракционного состава минеральных фосфатов - по Чангу-Джексону в модификации Аскинази, Гинзбург, Лебедевой (Агрохимические методы…, 1975). Активность фосфатазы установлена по методу А.Ш. Галстяна.

3. Оценка воздействия длительной утилизации барды послеспиртовой на свойства почвы

Систематическое внесение изучаемого отхода привело к значительному увеличению кислотности рассматриваемых почв (табл. 7). Действие отхода на светло- и темно-серой лесной почве носит однонаправленный качественный характер, однако количественное влияние его различно: повышение кислотности наиболее значимо на светло-серой лесной почве, что обусловлено ее относительно невысокой буферностью. Отмечается ухудшение и других физико-химических свойств почвы.

Вместе с тем, при использовании барды в почвенно-биотическом комплексе наряду с неоспоримыми отрицательными моментами наблюдается развитие ряда положительных процессов.

Табл. 7. Влияние утилизации барды послеспиртовой на свойства серой лесной почвы

* - фоновая почва (почва прилегающая к участку утилизации), ** - почва с участка утилизации барды послеспиртовой.

Так, на фоне длительного внесения барды в рассматриваемых почвах отмечено некоторое повышение содержания гумуса, что связано как с поступлением органических соединений в составе барды, так и с косвенным влиянием отхода - увеличением биомассы сорной растительности, произрастающей на участках утилизации.

Утилизация высоких доз барды привела к увеличению содержания в почвах подвижных соединений фосфора и калия, что свидетельствует о высоких удобрительных свойствах жидкого отхода. Так, в светло-серой лесной почве, используемой в качестве фона, содержание фосфора характеризовалось как повышенное, а на участке утилизации - как очень высокое. Еще более значимая разница была отмечена по калию, уровень которого изменился от среднего (фон) до очень высокого (участок утилизации). На темно-серой лесной почве количественное проявление данных тенденций менее выражено (при изначально более высоком содержании подвижных форм элементов их изменение на фоне утилизации барды гораздо менее значимо).

Оценить масштабы аккумуляции биогенных элементов можно только с учетом их валового содержания (табл. 8).

Табл. 8. Валовой запас питательных веществ в почве, %

Из данных следует, что длительная утилизация высоких доз барды способствовало некоторому повышению содержания валовых форм питательных веществ. Причем наиболее заметное увеличение произошло в отношении калия, так как количество данного элемента, поступающего с бардой, существенно выше, чем фосфора (из-за особенностей химического состава барды), а способность его аккумулироваться в пахотном слое больше, чем у азота. Кроме этого, следует отметить, что в течение последних 5 лет продукция на данных участках не производилась, т.е. отчуждения элементов не происходило. На фоновой же почве наблюдался их резко дефицитный баланс, что также могло внести свой вклад в относительное повышение содержания фосфора и калия на участке утилизации.

Результаты определения содержания тяжелых металлов в почве, а также степени их подвижности, свидетельствуют о благоприятной санитарно-гигиенической обстановке на участке утилизации барды послеспиртовой (табл. 9).

Табл. 9. Содержание тяжелых металлов (вал/подвижные формы) в почве с участков утилизации барды спиртовой, мг/кг

Исследования, описанные выше, показали, что длительная утилизация барды привела к улучшению некоторых характеристик почвы, вместе с тем - к ухудшению других. Для определения общего вектора воздействия отхода были заложены опыты по оценке продуктивности почв, которая в рамках данной работы понималась как способность почвы давать урожай культур как без внесения агрохимических средств (вариант 2), так и с применением минеральных удобрений и (или) извести (варианты 3-5). В качестве контроля были использованы почвы с фоновых участков (вариант 1).

Установлено, что утилизация высоких доз барды на светло-серой лесной почве не привела к ухудшению условий произрастания растений: масса зерна овса, полученная в варианте с использованием почвы, отобранной с участка утилизации, существенно выше, чем на фоновом варианте (табл. 10).

Применение минеральных удобрений позволило существенно повысить сбор зерна опытной культуры как в сравнении с фоном, так и относительно варианта с неудобренной почвой участка утилизации. Аналогичные результаты, доказывающие высокую агрономическую эффективность использования барды в качестве органического удобрения, выявлены и на темно-серой лесной почве, подвергшейся длительному воздействию изучаемого отхода.

Использование в качестве удобрений любых видов отходов, в том числе и барды послеспиртовой, отражается не только на продуктивности агрофитоценозов, но и на химическом составе растений.

Табл. 10. Урожайность овса и яровой пшеницы в опытах № 1-2

В качестве индикаторного показателя данного процесса в работе было использовано содержание основных биогенных элементов в растительной продукции. Установлено, что химический состав растений, выращенных по почве с участков утилизации барды послеспиртовой весьма близок к составу растений с фоновых участков. Внесение минеральных удобрений способствовало существенному возрастанию концентрации азота, фосфора и калия в единице растительной продукции.

Таким образом, установлено, что, несмотря на ухудшение физико-химических свойств, в целом продуктивность почв с участка утилизации барды послеспиртовой существенно выше фона.

4. Влияние возрастающих доз барды послеспиртовой на продуктивность сельскохозяйственных культур и свойства светло-серой лесной почвы

Анализ урожайности зерна овса свидетельствует, что с повышением доз барды количество товарной продукции существенно увеличивалось (табл. 11).

Табл. 11. Урожайность овса и яровой пшеницы на фоне применения возрастающих доз барды послеспиртовой, среднее за 2008-2010 гг.

Причем на фоне третьей и четвертой опытной дозы произошло значительное усиление указанной тенденции: так, если в среднем первая и вторая дозы позволили увеличить массу зерна овса в 1,8 раз, то две последующие дозы - более чем в 3 раза. Из-за несколько различных тенденций в изменении массы зерна и соломы под влиянием отхода изменилось соотношение между основной и побочной продукцией: применение барды способствовало уменьшению доли соломы в структуре урожая. Причем данный эффект связан прямой зависимостью с дозой: на фоне максимальной опытной дозы доля побочной продукции в структуре урожая уменьшается по сравнению с тремя предыдущими вариантами опыта.

Положительный эффект от применения барды послеспиртовой в качестве удобрительного материала доказан и в опытах с яровой пшеницей: внесение всех доз барды оказало положительное влияние на продуктивность основной и побочной продукции опытной культуры. При этом наиболее эффективным оказалось внесение используемого удобрительного материала в дозе 200 мл/сосуд: сбор зерна и соломы на данном варианте более чем в 1,5 раза превышал контрольное значение. Количество зерна, приходящееся на единицу соломы в опыте, было невелико. Применение барды незначительно оптимизировало соотношение между основной и побочной продукцией, причем эффект не зависел от дозы.

Сравнивая между собой отклик двух опытных культур, можно констатировать, что положительный эффект от действия барды в гораздо большей степени проявлялся на овсе, что связано с его биологическими особенностями (в частности, его устойчивостью к повышенной кислотности).

Урожайность викоовсяной смеси, выращенной на фоне внесения высоких доз барды послеспиртовой, представлена в таблице 12.

Табл. 12. Продуктивность викоовсяной смеси на фоне возрастающих доз барды послеспиртовой

Применение барды в прямом действие в дозах 300 и 400 мл/сосуд способствовало значительному увеличению зеленой массы опытной культуры: урожайность вариантов 4 и 5 в 1,7 раза выше, чем контроля, и в 1,2-1,4 раза выше, чем вариантов с применением более низких доз.

Урожайность зеленой массы опытной культуры, выращиваемой по последействию барды, увеличивалась пропорционально дозе отхода, внесенного под предшественник. Исключением являлась максимальная опытная доза, продуктивность культуры на фоне которой ниже, чем на предыдущем варианте. Относительные прибавки от последействия были весьма существенными: даже минимальное значение на фоне первой опытной дозы превысило 30 %.

Налагающееся действие (т.е. последействие в сочетании с прямым действием) также было эффективным. Причем на фоне 1 и 2 опытной дозы прибавки зеленой массы были выше в опыте с налагающимся действием, а на фоне 3 и 4 дозы - в опыте с последействием барды. Снижение положительного действия барды на фоне высоких доз ее повторного использования может быть связано с возникновением неблагоприятных изменений в почвенно-биотическом комплексе.

Результаты исследований показали, что использование барды способствовало повышению концентрации азота, фосфора и калия в зерне и соломе овса и яровой пшеницы (табл. 13). Причем зависимость «доза-эффект» была близка к обратной. Так, в среднем за годы исследований наибольшее содержание элементов в растительной продукции наблюдалась при внесении барды в дозе 100-200 мл/сосуд. При дальнейшем повышении доз внесения отхода значение показателей как в товарной, так и в побочной продукции опытной культуры уменьшалось, но оставалось выше контроля. По степени изменения концентрации под влиянием барды изучаемые элементы расположились в следующей убывающей последовательности: калий > фосфор > азот. Аналогичные тенденции выявлены при выращивании викоовсяной смеси. Установлено, что в опыте с овсом на вариантах, удобренных бардой, уменьшились затраты элементов на формирование единицы основной продукции.

Табл. 13. Влияние барды послеспиртовой на содержание основных элементов питания в овсе / яровой пшенице (%), среднее за 2008-2010 гг.

Следует отметить, что на фоне использования барды увеличивается содержание нитратов в зеленой массе кормовой культуры (причем зависимость доза-эффект близка к функциональной). Однако даже на фоне максимальной опытной дозы содержание нитратов не превышает предельно допустимого уровня (347 мг/кг при допустимом 500 мг/кг).

Содержание тяжелых металлов в зерне овса и пшеницы было существенно ниже ПДК (табл. 14). Внесение высоких доз барды в ряде случаев способствовало некоторому увеличению их концентрации в растительной массе, что наиболее значимо проявлялось в отношении цинка. Однако при зафиксированном уровне содержания металлов в растениях удобренных вариантов, данное воздействие нельзя рассматривать как существенное.

Табл. 14. Содержание тяжелых металлов в зерне овса/пшеницы (мг/кг), среднее за 2008-2010 гг.

Исследования по влиянию высоких доз барды послеспиртовой на свойства светло-серой лесной почвы позволяют констатировать, что внесение отхода способствовало ухудшению ее физико-химических свойств: в среднем по трем опытам на фоне максимальной дозы ее использования значение рНKCl снизилось на 0,5 единиц, гидролитическая кислотность увеличилась на 0,3 мг-экв./100 г почвы, степень насыщенности основаниями уменьшилась почти на 4 % по сравнению с контролем. Степень влияния в большинстве случаев напрямую зависела от дозы отхода.

На вариантах, с внесением барды послеспиртовой отмечено значительное увеличение содержания подвижных форм основных элементов питания: в среднем по трем опытам содержание подвижного фосфора на удобренных вариантах было на 35 мг/кг, калия - на 17 мг/кг больше, чем на контроле.

Содержание тяжелых металлов в почвах опытов было существенно ниже ОДК (ПДК) и в большинстве случаев - фона (табл. 15). Применение высоких доз барды послеспиртовой практически не повлияло на санитарно-гигиеническую характеристику почвы.

Проведенные исследования свидетельствуют о крайне низкой степени опасности сверхнормативного загрязнения почв тяжелыми металлами под действием изучаемого отхода.

Табл. 15. Валовое содержание /содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве (опыты № 3а, 4а, 5а) (мг/кг), среднее за 2008-2010 гг.

5. Влияние совместного применения барды послеспиртовой и минеральных удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур и свойства светло-серой лесной почвы

Применение традиционных агрохимических средств может изменить потенциальные негативные эффекты, вызванные действием барды, в связи с чем особую актуальность приобретают исследования направленные на изучение удобрительной ценности барды послеспиртовой совместно с минеральными удобрениями и известью (рис. 1).

Рисунок 1 - Урожайность зерна овса и яровой пшеницы на фоне применения барды и традиционных агрохимических средств, 2008, 2009 и 2011 гг.

В среднем по трем годам проведения исследований прибавки урожая от внесения барды на фоне извести и без нее были эквивалентными. Совместное применение отхода и минеральных удобрений позволило увеличить массу зерна опытных культур в 1,3 раза относительно варианта с односторонним внесением барды. Следует отметить, что прибавка от применения органического отхода (разница между вариантами 1 и 2) превышала дополнительный эффект от внесения минерных удобрений (разница между вариантами 2 и 4). Сочетание барды, извести и минеральных удобрений было наиболее эффективным - именно на данном варианте получена максимальная масса зерна обеих культур. Однако в опытах с пшеницей разница между данным вариантов и предыдущим не превышала НСР.

Максимальная аккумуляция азота в растительной продукции отмечена на фоне внесением минеральных удобрений (варианты 4 и 5), наибольшее содержание фосфора и калия в отдельных случаях соответствует варианту с применением барды на фоне известкования.

Применение барды, как и в предыдущих опытах, способствует подкислению почвы. Известкование позволяет полностью устранить проявление данной тенденции и значительно улучшить физико-химические свойства почвы.

6. Изменение фосфатного состояния почвы под действием барды послеспиртовой

Установлено, что вследствие использования барды послеспиртовой в качестве органического удобрения, в том числе при разовом внесении ее высоких доз происходит увеличение содержания подвижных форм фосфатов. Очевидно, барда оказывает более глубокое воздействие на фосфатное состояние почвы, способствуя перераспределению фосфора между различными почвенными группами и изменению степени его подвижности. При этом фосфор является элементом, во многом определяющем экологическое состояние агроэкосистемы, что предопределяет актуальность изучения фосфатного режима почвы на фоне утилизации отходов.

Данные свидетельствуют, что на почве с участков утилизации барды послеспиртовой отмечается более высокое содержание, чем на фоновых почвах и органических, и минеральных фосфатов (рис. 2). При этом относительное содержание органических соединений, содержащих фосфор, в почвах, длительное время испытывающих воздействие изучаемого отхода, несколько выше, чем в фоновых.

Рисунок 2 - Содержание Рорг. и Рмин. в почвах участков утилизации барды послеспиртовой

На фоне абсолютного увеличения каждой определяемой группы минеральных фосфатов при утилизации барды послеслеспиртовой отмечается перераспределение отдельных групп в сторону относительного уменьшения Са-Р за счет увеличения доли фосфатов, связанных с алюминием (рис. 3). Данный факт, очевидно, связан с подкислением почвы. Аналогичные результаты получены в опытах с возрастающими дозами барды послеспиртовой: на фоне максимальных доз отхода отмечено некоторое относительное увеличение содержания органофосфатов, а также возрастание фосфатов, связанных с железом и алюминием.

Рисунок 3 - Фракции минеральных фосфатов в светло-серой лесной почве

В модельном опыте была определена фосфатазная активность, которая характеризует интенсивность биохимических процессов мобилизации органического фосфора в почве (табл. 16).

Табл. 16. Фосфатазная активность почв в модельном опыте, мг Р2О5/ на 1 г почвы за 30 мин.

Установлено, что на фоне внесения барды послеспиртовой активность данного фермента повышается. Так, на варианте с максимальной дозой отхода значение показателя в среднем почти на 50 % выше, чем на контроле. При этом эффект напрямую зависел от дозы барды и сохранялся в течение всего периода исследований.

Заключение

ВЫВОДЫ.

1. Основным негативным последствием длительного применения высоких доз барды послеспиртовой в агроэкосистеме является ухудшение физико-химических свойств почвы: серые лесные почвы участков утилизации отхода отличаются от фоновых аналогов меньшим рНKCl (на 0,3 и 0,8 единиц), большей гидролитической кислотностью (на 0,5 и 2,0 мг-экв./100 г), более низкой степенью насыщенности основаниями (на 4 и 9 % на светло-серой и темно-серой лесной почве соответственно). Степень проявления негативного эффекта определяется устойчивостью почвы.

2. На почвах участков утилизации барды послеспиртовой отмечено улучшение питательного режима, проявляющееся в увеличении содержания подвижных форм фосфора (в среднем по участкам в 1,2 раза) и калия (в 2,2 раза), увеличении общего содержания азота, фосфора и калия относительно фона. Продуктивность зерновых культур, полученных на почвах с участков утилизации барды, на 57 % (овес, выращенных на светло-серой легкосуглинистой почве) и 31 % (яровая пшеница, выращенная на темно-серой лесной почве) выше фоновых значений.

3. Применение возрастающих доз барды послеспиртовой в качестве удобрения под зерновые культуры способствовало увеличению надземной биомассы (массы зерна) овса на 45-159 (61-231) %, яровой пшеницы - на 38-53 (48-73) %. Прибавка зеленой массы викоовсяной смеси варьировала от 6 до 77 % в прямом действии, от 33 до 98 % в последействии и от 47 до 74 % при наложении прямого действия на последействие. В изучаемом диапазоне доз барда не оказывала угнетающего действия на растения, однако по мере увеличения дозы свыше 200-300 мл/сосуд положительный эффект от ее применения в ряде случаев снижался.

4. Применение возрастающих доз барды послеспиртовой способствовало увеличению содержания азота, фосфора и калия в среднем на удобренных вариантах в зерне овса на 8, 17 и 33 относ. %, в зерне пшеницы - на 6, 5 и 13 относ. %, в викоовсяной смеси - на 4, 6 и 25 относ. % соответственно. Выявлена тенденция увеличения содержания нитратов в зеленой массе викоовсяной смеси на вариантах с внесением барды (связь между дозой внесения отходов и содержанием нитратов близка к функциональной). Максимальный уровень показателя (347 мг/кг при допустимом 500 мг/кг) зафиксирован на фоне наибольшей испытуемой дозы.

5. Внесение возрастающих доз барды послеспиртовой в опыте способствовало ухудшению физико-химических свойств светло-серой лесной легкосуглинистой почвы: в среднем по трем опытам на фоне максимальной дозы ее использования значение рНKCl снизилось на 0,5 единиц, гидролитическая кислотность увеличилась на 0,3 мг-экв./100 г почвы, степень насыщенности основаниями уменьшилась почти на 4 % по сравнению с контролем. Степень влияния в большинстве случаев напрямую зависела от дозы отхода. На вариантах с внесением барды послеспиртовой отмечено значительное увеличение содержания подвижных форм основных элементов питания: в среднем по трем опытам содержание подвижного фосфора на удобренных вариантах было на 35 мг/кг выше, калия - на 17 мг/кг больше, чем на контроле.

6. Применение высоких доз барды послеспиртовой практически не повлияло на санитарно-гигиеническую характеристику почвы. Содержание тяжелых металлов в почвах опытов, а также в почвах участков утилизации барды было существенно ниже ОДК (ПДК) и в большинстве случаев - фона. Растительная продукция, полученная в этих условиях, во всех случаях соответствовала требованиям безопасности по рассматриваемому критерию. Проведенные исследования свидетельствуют о крайне низкой степени опасности сверхнормативного загрязнения почв тяжелыми металлами под действием изучаемого отхода.

7. Совместное применение барды и традиционных агрохимических средств является эффективным: сочетание отхода с минеральными удобрениями позволяет получить дополнительную прибавку урожая зерновых культур, а известкование полностью устраняет негативные последствия, происходящие в почвенно-поглощающем комплексе при использовании кислого отхода. Максимальная продуктивность культур отмечалась при совместном применение барды, минеральных удобрений и извести: сбор зерна на данных вариантах в среднем по годам исследований на 165 % в опытах с овсом и 193 % в опытах с пшеницей превышал контроль.

8. Применение высоких доз барды послеспиртовой (как в опытных условиях, так и на участке утилизации) влияет на фосфатное состояние серых лесных почв: на фоне возрастания абсолютного содержания всех групп фосфатов происходит изменение их относительного содержания в сторону увеличения доли соединений фосфора, связанного с органическим веществом, а также с алюминием и железом. В модельном эксперименте установлено, что применение высоких доз отхода способствует существенному (до 50 %) возрастанию фосфатазной активности почвы.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ.

При разработке системы обращения с отходами на предприятиях по производству спирта в качестве перспективного направления утилизации барды послеспиртовой, являющегося альтернативой ее длительному хранению в накопителях, ...