Эффективность использования осадков сточных вод под многолетние травы на черноземах южных в Поволжье

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Эффективность использования осадков сточных вод под многолетние травы на черноземах южных в Поволжье

Специальности: 03.00.16 -- экология

06.01.03 -- агропочвоведение, агрофизика

кандидата сельскохозяйственных наук

Скачков Николай Владимирович

Саратов -- 2006

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Научные руководители: заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Денисов Евгений Петрович;

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Солодовников Анатолий Петрович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Попов Геннадий Николаевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Решетов Геннадий Георгиевич

Ведущая организация -- ФГНУ «ВолжНИИГиМ»

Защита состоится 23 декабря 2006 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.061.06 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан «17» ноября 2006 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета А.Н. Данилов

биомелиорант почва сточный трава

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В последние годы жителей крупных городов России и зарубежных стран все чаще беспокоит вопрос ухудшения экологической обстановки вследствие скопления на станциях аэрации большого количества осадков сточных вод. Ежегодно только в России накапливается по сухому веществу более 10 млн т осадков сточных вод, которые требуется реутилизировать (С.А. Пентелькин, В.Н. Кураев, М.С. Ячменев, 2004).

Одновременно с этим длительное использование земель в современных условиях оказало отрицательное влияние на многие факторы плодородия почвы и особенно на водно-физические свойства (В.И. Кирюшин, 1993, 1996; В.Ф. Кормилицин, 1995; Н.Е. Синицина, 1996). Меняется соотношение между гумусовыми кислотами в сторону возрастания фульвокислот, способствующих вымыванию из гумусового горизонта кальция и магния. В результате этих процессов снижается водопрочность структуры, почва уплотняется, уменьшаются ее пористость и водопроницаемость (Н. Гудзон, 1974).

При внедрении биологических мелиораций в основу восстановления плодородия и обеспечения формирования комплекса полезных агрономических свойств почвы положено улучшение агромелиоративного состояния почвы, в первую очередь через пополнение запасов органического вещества (А.М. Лыков, 1984; В.Т. Лобнов, 1994).

Навоз является общепризнанным и важнейшим фактором воздействия на почву, в частности на водно-физические свойства и пищевой режим, активность почвенных микроорганизмов и направленность почвенно-биологических процессов (О.А. Берестецкий, Ю.М. Воздняковская, А.К. Труфанова, 1986). Однако этот прием имеет ограниченные возможности в связи с высокими затратами на его внесение и из-за сокращения поголовья скота. Поэтому основным источником пополнения органического вещества является более широкое применение в системе севооборотов многолетних трав в качестве фитомелиорантов (Е.П. Денисов, А.П. Солодовников, 1996).

Другим источником органического вещества могут служить осадки сточных вод (ОСВ). Эффективность их применения в мелиоративных целях показана некоторыми российскими и зарубежными учеными (А.Н. Пахомов, Д.А. Данилович, М.Н. Козлов, 2004; E. Epstein, G.M. Tailor, R.L. Cheny, 1976).

Опыты по изучению совместного влияния биомелиорантов и фитомелиорантов на плодородие почвы проводились в СХПК «Аграрник» на черноземах южных.

Цель работы -- выявить безопасный с точки зрения экологии способ утилизации осадков сточных вод, основанный на использовании последних в качестве биомелиоранта совместно с многолетними травами для повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

В задачи исследований входило:

-- определение экологически безопасных доз осадков сточных вод для внесения в почву под многолетние травы;

-- изучение нетрадиционных многолетних культур в качестве фитомелиорантов;

-- анализ раздельного и совместного действия биомелиорантов и фитомелиорантов на водно-физические свойства почвы и пищевой режим;

-- наблюдение за изменением гумуса и основных элементов питания в посевах изучаемых трав на фоне различных доз осадков сточных вод;

-- выявление влияния осадков сточных вод на накопление корневой массы многолетних трав в почве;

-- изучение влияния осадков сточных вод на продуктивность многолетних трав;

-- анализ динамики содержания тяжелых металлов в почве и биомассе многолетних трав и оценка их фитосанирующего действия при использовании осадков сточных вод;

-- энергетическая, экономическая и экологическая оценка использования осадков сточных вод на фоне фитомелиорантов.

Научная новизна исследований заключается в усовершенствовании метода почвенной реутилизации осадков сточных вод путем внесения их под многолетние травы -- фитомелиоранты. В качестве фитомелиорантов, помимо традиционных культур -- синегибридной люцерны, эспарцета и костреца безостого, изучены новые культуры -- лядвенец рогатый и свербига восточная. Научно обоснована эффективность использования как традиционных, так и новых фитомелиорантов для повышения плодородия черноземов южных. Доказана положительная роль осадков сточных вод в улучшении плодородия почвы и повышении продуктивности изучаемых трав. Исследовано влияние осадков сточных вод совместно с фитомелиорантами на водно-физические свойства почвы. Рассчитаны эффекты взаимодействия осадков сточных вод и фитомелиорантов в повышении почвенного плодородия. Изучено влияние осадков на накопление в почве и растениях тяжелых металлов при использовании их как в удобрительных (12,5 и 25,0 т/га), так и в мелиоративных дозах (50,0 и 100,0 т/га). Выявлена фитосанирующая роль изучаемых многолетних трав.

Практическая значимость заключается в конкретных рекомендациях по безопасной утилизации осадков сточных вод. Показана эффективность сочетания ОСВ с фитомелиорацией для повышения агрохимических и агрофизических свойств почвы. Для увеличения урожайности многолетних трав на 50--70 % и получения 30--40 т/га зеленой массы рекомендованы новые способы повышения продуктивности травостоя посредством внесения осадков сточных вод в удобрительных и мелиоративных дозах. Внесение ОСВ даже в дозах 100 т/га не вызывало увеличения содержания тяжелых металлов в почве выше ПДК. Для улучшения экологической обстановки рекомендовано использовать фитосанирующую роль многолетних трав в течение трех лет.

Основные положения, выносимые на защиту:

-- влияние осадков сточных вод и многолетних трав на поступление в почву органического вещества и изменение агрохимических и агрофизических свойств черноземов южных;

-- увеличение продуктивности многолетних трав под влиянием удобрительных и мелиоративных доз осадков сточных вод;

-- закономерность накопления тяжелых металлов в почве и растениях при внесении осадков сточных вод;

-- энергетическая, экономическая и экологическая оценка использования ОСВ в посевах многолетних трав.

Апробация научных исследований. Результаты полученных исследований неоднократно докладывались на Всероссийских (Пенза, 2004), внутривузовских (Саратов, 2004-2006) научно-практических конференциях и Вавиловских чтениях. Основные положения работы были внедрены в СХПК «Аграрник» (2005, 2006).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 статей общим объемом 2,4 печ. л., в том числе авторских 1,5 печ. л. Две статьи опубликованы в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 222 страницах компьютерного текста, состоит из введения, восьми глав, выводов и предложений производству, содержит 62 таблицы, 51 рисунок, 24 приложений. Список используемой литературы включает 227 источников, в том числе 20 зарубежных авторов.

Содержание работы

Условия и методика проведения исследований. Опыты проводились в 2004-2006 гг. в СХПК «Аграрник» Саратовского района Саратовской области.

Почва опытного участка представлена слабосмытыми чернозёмами южными среднемощными слабогумусированными среднесуглинистыми по гранулометрическому составу. Плотность почвы в пахотном горизонте колеблется в пределах 1,20-1,37 г/см³, в подпахотном горизонте -- 1,36-1,47 г/см³. Содержание нитратного азота равно 2,19-3,60 мг на 100 г почвы, гидролизуемого азота по Тюрину и Кононовой -- 4,12-4,87 мг, доступного фосфора по Мачигину -- 3,3-4,0 мг, обменного калия по Масловой -- 16-26 мг на 100 г почвы. По содержанию питательных веществ данная почва относится к среднеобеспеченным как в отношении азота, так и в отношении фосфора и калия.

В качестве фитомелиорантов высевались люцерна синегибридная, эспарцет песчаный, кострец безостый, лядвенец рогатый и свербига восточная. Под травы с осени под вспашку вносилось 12,5; 25; 50 и 100 т/га осадков сточных вод со станции аэрации г. Саратова. Посев трав без внесения осадков сточных вод был принят за контроль. Опыт проводился в трехкратной повторности с рендомизированным размещением делянок.

Исследования проводились согласно общепринятым методикам (И.Б. Ревут, 1964; А.А. Роде, 1970; Б.А. Доспехов, 1979, 1987; Рекомендации по методике проведения наблюдений и исследований в полевом опыте, 1973; Б.А. Доспехов, И.П. Васильев, А.М. Туликов, 1987).

Влажность почвы определялась термостатно-весовым методом почвенным буром АМ-16 через 10 см на глубину 1 м.

Плотность почвы находилась в полевых условиях в образцах с ненарушенным сложением почвы методом режущих колец буром Н.А. Качинского до глубины 60 см послойно через 10 см.

Определение подвижных форм фосфора проводили по методу Мачигина в модификации ЦИНАО ГОСТ 26205-84, гумуса -- по методу Тюрина в модификации ЦИНАО ГОСТ 26213-84, нитрификационную способность почвы -- по «Методическим указаниям по определению нитрификационной способности почв» (М., 1984), обменного натрия -- по ГОСТ 26950-86, обменных оснований Са²⁺ и Mg²⁺ -- согласно МРТУ № 46-15-67. Тяжелые металлы определялись методом абсорбционной спектроскопии на приборе АА-1 с предварительным мокрым озолением смесью концентрированных кислот.

Для учета количества пожнивно-корневых остатков применяли способ рамочной выемки почвы по Н.З. Станкову.

Урожайность зеленой массы трав определяли методом учетных площадок. После высушивания снопов определялась масса сена.

Расчет энергетической эффективности определялся по М.М. Северцеву (1991).

Математическая обработка экспериментальных данных проводилась методами корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализа с использованием компьютера по Б.А. Доспехову (1985).

Результаты исследований

1. Химический состав осадков сточных вод станции аэрации г. Саратова

Осадки сточных вод г. Саратова имеют органического вещества 21,0 %; зольность -- 51,7-64,11 %. Из удобрительных элементов преобладает азот -- до 4,5 %, в составе которого до 50 % -- аммиачного. Фосфора содержится 1,4 %, из которого усвояемого -- 0,61 %; калия -- 0,7 %; кальция -- 15-20 мг-экв на 100 г почвы; магния -- 10-33,3 мг-экв на 100 г почвы. В составе ОСВ содержалось 182--364 мг/кг марганца, цинка -- 343-460; никеля -- 70-270; меди -- 303-475; хрома -- 300-581; ртути -- 1,2-1,3; кадмия -- 18-60 мг/кг.

2. Пожнивно-корневые остатки

Каждая выращиваемая культура является средообразующим фактором для последующих культур за счет количества органического вещества, оставляемого в почве. Среди изучаемых культур наибольшее количество органического вещества в виде пожнивно-корневых остатков на контроле оставляла после себя люцерна синегибридная -- 11 т/га (табл. 1).

Внесение ОСВ в дозе 100 т/га увеличивало содержание пожнивно-корневых остатков у люцерны на 32,8 %; у эспарцета -- на 23,3 %; у лядвенца рогатого -- на 25,2 %; у костреца безостого -- на 51,1 %; у свербиги восточной -- на 82,3 %.

Таблица 1. Количество корневых остатков в почве под изучаемыми культурами по вариантам опыта в среднем за 2004--2006 гг. в слое 0--60 см

Культуры	Варианты опыта, дозы ОСВ, т/га
	Контроль, без ОСВ	12,5	25	50	100
	т/га	%				т/га	%
Люцерна синегибридная	т/га	11,0	100	11,9	13,0	13,9	14,6	100
	%	100	--	108,2	118,2	126,5	132,8	--
Эспарцет	т/га	10,3	93,6	9,1	11,8	12,5	12,7	86,9
	%	100	--	88,3	114,6	121,3	123,3	--
Лядвенец рогатый	т/га	10,6	96,4	10,1	11,4	12,4	12,9	88,3
	%	100	--	95,3	107,5	116,9	125,2	--
Кострец безостый	т/га	9,0	81,8	9,4	11,9	12,4	13,6	93,1
	%	100	--	104,4	132,2	137,7	151,1	--
Свербига восточная	т/га	6,8	61,8	--	--	10,4	12,4	84,9
	%	100	--	--	--	152,9	182,3	--

Внесение ОСВ увеличивало накопление азота в пожнивно-корневых остатках на 32-50 % по сравнению с контрольными вариантами. На контроле с пожнивно-корневыми остатками люцерны синегибридной в почву поступало 231 кг/га азота. На вариантах с внесением ОСВ содержание его увеличивалось соответственно изучаемым дозам до 249; 273; 292 и 307 кг/га.

3. Агрофизические свойства почвы

Соответственно вносимым дозам ОСВ и количеству пожнивно-корневых остатков изменялись агрофизические и агрохимические свойства почвы. Увеличение пожнивно-корневых остатков снижало плотность почвы под многолетними травами (рис. 1). Корреляционные отношения составляли -0,52…-0,96. Наиболее тесная взаимосвязь этих двух факторов наблюдалась у люцерны синегибридной, костреца безостого и свербиги восточной.

Осадки сточных вод усиливали снижение плотности почвы под фитомелиорантами. Внесение ОСВ под люцерну и эспарцет дополнительно снизило плотность почвы на 0,04--0,11 г/см³; под кострец безостый -- на 0,03--0,12 г/см³. Под лядвенцем рогатым и свербигой восточной плотность почвы на фоне 100 т/га биомелиоранта снижалась дополнительно на 0,09 г/см³ (табл. 2).

Рис. 1. Зависимость плотности почвы от количества пожнивно-корневых остатков (1 -- люцерна синегибридная, 2 -- лядвенец рогатый, 3 -- эспарцет, 4 -- кострец безостый, 5 -- свербига восточная)

Таблица 2. Плотность почвы под многолетними травами третьего года жизни в среднем за годы исследований, г/см³

Дозы ОСВ, т/га	Культура
	Люцерна синегибридная	Эспарцет	Кострец безостый	Лядвенец рогатый	Свербига восточная
	Слои почвы, см
	0-30	30-60	0-30	30-60	0-30	30-60	0-30	30-60	0-30	30-60
Контроль ( без ОСВ)	1,32	1,39	1,33	1,43	1,23	1,48	1,25	1,42	1,28	1,43
12,5	1,28	1,38	1,29	1,41	1,20	1,43	1,22	1,41	--	--
25,0	1,26	1,38	1,27	1,41	1,18	1,45	1,19	1,40	--	--
50,0	1,22	1,37	1,24	1,39	1,14	1,44	1,17	1,40	1,21	1,41
100,0	1,21	1,37	1,22	1,39	1,11	1,44	1,16	1,40	1,19	1,41

Из изучаемых трав в пахотном слое 0-30 см лучше всего почву рыхлили кострец безостый и лядвенец рогатый, а в слое 30-60 см -- люцерна синегибридная. Это объясняется строением их корневых систем.

Пористость почвы изменялась соответственно ее плотности. Наибольшая пористость была под кострецом безостым и лядвенцем рогатым, наименьшая -- под эспарцетом.

Осадки сточных вод снижали пористость почвы в среднем на 1-2 % при внесении удобрительных доз 12,5 и 25 т/га и на 3-4 % на фоне мелиоративных доз 50 и 100 т/га.

На фоне мелиоративных доз ОСВ и различных фитомелиорантов увеличиалось структурность почвы на 4-5 % и водопрочность структурных агрегатов на 2-3 %.

4. Агрохимические свойства почвы

Содержание элементов питания на вариантах с внесением ОСВ отличалось от контрольных вариантов. Поскольку осадки сточных вод содержали 21 % органического вещества, их внесение повышало содержание гумуса в почве с первого года жизни трав.

Под люцерной синегибридной на вариантах с внесением ОСВ содержание гумуса в первый год жизни увеличилось на 0,03-0,21 % (табл. 3).

На второй год жизни на контроле его увеличилось на 0,11 % по сравнению с люцерной первого года. Отмечено также увеличение гумуса на остальных вариантах. Особенно заметно содержание гумуса возросло под люцерной третьего года жизни. На контроле его повысилось на 0,18 % по сравнению с первым годом, а на вариантах с внесением осадков -- на 0,07-0,29 % по сравнению с контролем.

Содержание азота увеличивалось при внесении ОСВ до 2,2-3,2 раза по сравнению с контролем. По годам жизни у люцерны отмечено снижение содержания азота на второй год, что можно объяснить снижением активности азотофиксирующих бактерий на корнях под действием осадков сточных вод. На третий год количество азота на вариантах с люцерной синегибридной возрастало по сравнению со вторым годом, что свидетельствует о восстановлении активности азотфиксирующих клубеньковых бактерий.

Содержание доступного фосфора и обменного калия под люцерной также увеличивалось на вариантах с биомелиорантами. Фосфора увеличивалось на фоне мелиоративной дозы ОСВ 100 т/га на 3,0-4,1 мг на 100 г почвы, а калия -- на 15,2-18,2 мг на 100 г почвы.

Таблица 3 Содержание питательных веществ под люцерной синегибридной по вариантам опыта в слое 0--20 см в среднем за годы исследований, мг на 100 г почвы

Дозы ОСВ, т/га	Гумус, %	Нитратный азот	Доступный фосфор	Обменный калий
Первый год жизни
Контроль (без ОСВ)	3,00	3,4	6,9	25,0
12,5	3,03	6,8	8,0	28,0
25,0	3,05	7,4	8,4	33,1
50,0	3,09	8,7	9,1	41,0
100,0	3,21	11,0	9,9	42,2
Второй год жизни
Контроль (без ОСВ)	3,11	4,2	7,6	25,5
12,5	3,15	4,7	8,7	28,3
25,0	3,17	5,2	9,1	34,3
50,0	3,24	8,0	9,2	42,0
100,0	3,31	9,8	10,8	43,7
Третий год жизни
Контроль (без ОСВ)	3,18	4,8	7,8	27,7
12,5	3,25	4,8	8,6	31,3
25,0	3,27	5,5	9,8	34,7
50,0	3,38	9,1	10,6	39,1
100,0	3,47	10,5	11,9	42,9

Аналогичное увеличение отмечено на вариантах с другими изучаемыми фитомелиорантами -- как по содержанию гумуса, так и по основным элементам питания при внесении ОСВ. Под свербигой восточной и кострецом безостым содержание их было несколько ниже, чем под люцерной, а под лядвенцем рогатым и эспарцетом снижения активности клубеньковых бактерий на второй год жизни этих трав не отмечалось.

Сумма обменных оснований несколько увеличивалась под многолетними травами, как при внесении ОСВ, так и по годам жизни трав.

Под люцерной синегибридной на контроле сумма обменных оснований повысилась на 1,8 мг-экв на 100 г почвы, причем на 1,4 мг-экв -- за счет кальция и на 0,4 мг-экв на 100 г почвы -- за счет магния.

Под лядвенцем рогатым и свербигой восточной также отмечено повышение суммы обменных оснований (табл. 4).

Таблица 4. Сумма обменных оснований в почве под лядвенцем рогатым и свербигой восточной третьего года жизни по вариантам опыта в слое 0-20 см, мг-экв на 100 г почвы

Дозы ОСВ	Сумма обменных оснований	Са2+	Мg2+	Na+	pHсол.
Лядвенец рогатый
Контроль (без ОСВ)	23,70	18,00	5,00	0,70	6,16
12,5	24,20	18,50	5,00	0,70	6,20
25,0	26,40	20,00	5,50	0,90	6,20
50,0	27,15	20,50	5,75	0,90	6,50
100,0	28,15	21,00	6,25	0,90	6,77
Свербига восточная
Контроль (без ОСВ)	22,40	16,25	5,25	0,9	6,27
12,5	22,90	16,75	5,25	0,9	6,35
25,0	24,90	18,50	5,50	0,9	6,35
50,0	26,40	19,50	6,00	0,9	6,42
100,0	27,40	20,00	6,50	0,9	6,70

Внесение ОСВ увеличивало сумму обменных оснований под лядвенцем рогатым на 0,50-4,45 мг-экв на 100 г почвы; под свербигой восточной -- на 0,50-5,0 мг-экв на 100 г почвы. На 3 мг-экв увеличивалось содержание кальция под лядвенцем и на 3,75 мг-экв на 100 г почвы -- под свербигой восточной на фоне дозы 100 т/га. Различия в содержании натрия не было отмечено как по годам жизни трав, так и на фоне различных доз ОСВ. Отмечено снижение кислотности почвы при внесении осадков сточных вод под всеми изучаемыми культурами.

5. Урожайность

Наибольшая урожайность зеленой массы на контроле была получена от люцерны синегибридной -- 22,0 т/га (табл. 5). Менее продуктивными оказались свербига восточная (21,0 т/га), эспарцет (16,9 т/га), лядвенец рогатый (14,4 т/га) и кострец безостый (10,8 т/га).

Таблица 5. Урожайность зеленой массы многолетних трав третьего года жизни по вариантам опыта в среднем за 2004--2006 гг., т/га

Дозы ОСВ, т/га	Культура
	Люцерна синегибридная	Эспарцет	Кострец безостый	Лядвенец рогатый	Свербига восточная
Контроль (без ОСВ)	22,0	16,9	10,8	14,4	21,0
12,5	24,5	18,6	12,7	15,9	28,5
25,0	27,5	20,4	14,2	17,9	33,1
50,0	31,1	22,4	16,1	19,3	38,4
100,0	32,5	24,5	17,9	21,0	39,6
НСР05	0,77-1,20	0,79-1,02	0,80-0,87	0,96-1,00	0,84-1,20

На внесение осадков сточных вод культуры реагировали по-разному. Бобовые культуры повышали урожайность на 10-25 % на фоне удобрительных доз 12,5 и 25 т/га и на 33-48 % на фоне мелиоративных доз 50 и 100 т/га. У костреца безостого на фоне ОСВ продуктивность повышалась на 18-66 %. Урожайность зеленой массы костреца на фоне 100 т/га приближалась к урожайности бобовых трав на контрольных вариантах.

Самой отзывчивой на внесение биомелиоранта оказалась свербига восточная, у которой урожайность повысилась на 36-89 %. По абсолютной величине урожайности свербига на фоне мелиоративных доз ОСВ превосходила люцерну синегибридную на 7,3 т/га.

Удельное повышение урожайности зеленой массы на 1 т осадков сточных вод у трав было различным по изучаемым дозам (рис. 2). При увеличении дозы биомелиоранта до 25 т/га наблюдалось интенсивное увеличение удельной прибавки зеленой массы на 1 т ОСВ. При данной дозе наибольшая удельная прибавка была у свербиги восточной, на втором месте была люцерна синегибридная и затем остальные изучаемые травы.

Рис. 2. Зависимость удельной прибавки урожайности многолетних трав от доз ОСВ (1 -- люцерна синегибридная, 2 -- лядвенец рогатый, 3 -- эспарцет, 4 -- кострец безостый, 5 -- свербига восточная)

Дальнейшее увеличение дозы хотя и приводило к повышению урожайности культур, но удельная прибавка от внесения осадков сточных вод при этом значительно снижалась с 140-600 кг/т до 66-186 кг/т.

6. Влияние осадков сточных вод на накопление тяжелых металлов в почве и растениях

Ограничивающим фактором широкого использования ОСВ является содержание в них тяжелых металлов.

В наших опытах внесение ОСВ увеличивало содержание тяжелых металлов в почве и растениях. В почве под люцерной при внесении 100 т/га ОСВ увеличивалось содержание свинца с 9,2 до 49,0 % от ПДК; кадмия -- с 18,5 до 75,5 % от ПДК; меди -- с 11,5 до 47,2 % от ПДК; цинка -- с 14,7 до 40,6 % от ПДК; ртути -- с 1,1 до 2,8 % от ПДК (табл. 6).

Отмечено увеличение содержания тяжелых металлов в почве под свербигой. Содержание свинца в почве под люцерной синегибридной было заметно ниже по сравнению со свербигой восточной. На варианте с дозой 12,5 т/га дрейф составил 0,2 мг/кг; на фоне 25 т/га -- 9,6; при 50 т/га -- 9,9 и при внесении 100 т/га биомелиоранта -- 19,5 мг/кг. Такая же закономерность отмечена при анализе содержания кадмия.

Таблица 6. Содержание тяжелых металлов в почве под люцерной синегибридной и свербигой восточной, мг/кг

Варианты опыта, дозы ОСВ, т/га	Свинец	Кадмий	Медь	Цинк	Ртуть
Люцерна синегибридная
Контроль (без ОСВ)	12,0	0,37	15,2	32,3	0,024
12,5	14,1	0,42	17,1	47,1	0,031
25	16,7	0,63	49,0	59,0	0,036
50	30,2	0,80	52,3	71,1	0,043
100	63,7	1,51	62,3	89,4	0,058
Свербига восточная
Контроль (без ОСВ)	11,0	0,36	13,2	28,0	0,026
12,5	14,3	0,59	16,1	39,2	0,032
25	26,3	0,77	32,3	42,4	0,038
50	40,1	0,96	42,2	49,0	0,042
100	83,2	1,99	50,9	77,1	0,048
ПДК	130	2,0	132	220	2,1

Цинка и меди под люцерной содержалось значительно больше, чем под свербигой восточной. Меди под люцерной содержалось на 1,0; 16,7; 10,1 и 11,4 мг/кг больше, чем под свербигой. В отношении цинка дрейф составил 7,9; 16,6; 22,1 и 12,3 мг/кг.

Сравнительная оценка таблиц 6 и 7 подтверждает больший вынос свинца и кадмия растениями люцерны синегибридной, а меди и цинка -- растениями свербиги восточной.

В соответствии с этим можно рекомендовать партии осадков сточных вод с повышенным содержанием свинца и кадмия вносить под посев бобовых культур, в частности под люцерну синегибридную, а партии, содержащие в больших количествах меди и цинка -- под небобовые культуры, в частности под свербигу восточную.

Анализ содержания тяжелых металлов в почве и зеленой массе по годам жизни трав показал, что за три года жизни многолетних трав содержание тяжелых металлов снижалось.

Таблица 7. Содержание тяжелых металлов в зеленой массе синегибридной люцерны и свербиги восточной, мг/кг

Варианты опыта, дозы ОСВ, т/га	Свинец	Кадмий	Медь	Цинк	Ртуть
Люцерна синегибридная
Контроль (без ОСВ)	2,1	0,080	1,70	11,5	0,008
12,5	2,4	0,101	1,93	12,7	0,011
25	2,7	0,123	2,70	14,3	0,012
50	2,9	0,160	3,25	19,1	0,012
100	3,5	0,190	3,90	27,0	0,013
Свербига восточная
Контроль (без ОСВ)	0,70	0,073	1,90	18,0	0,07
12,5	1,21	0,090	2,71	23,3	0,009
25	1,67	0,105	3,50	25,7	0,009
50	2,05	0,120	4,30	30,0	0,012
100	2,47	0,147	5,80	39,5	0,012
ПДК	5,0	0,400	30,0	100	0,100

Так, в зеленой массе люцерны синегибридной на варианте с внесением 25 т/га ОСВ содержание свинца снижалось на 33,3 %; кадмия -- на 39,5 %; меди -- на 44,6 %; цинка -- на 31,3 %; мышьяка -- на 7,1 %. Содержание данных элементов в почве под многолетними травами на вариантах с внесением ОСВ также снижалось. По абсолютному показателю содержание тяжелых металлов в почве и растениях за три года приближалось к контрольному варианту.

7. Биоэнергетическая и экономическая эффективность

Внесение осадков сточных вод в больших дозах сопровождалось высокими денежными и энергетическими затратами. Коэффициенты энергетической эффективности при возделывании многолетних трав на фоне внесения ОСВ без учета плодородия почвы составляли 1,0-3,0, что несколько ниже контроля. С увеличением доз осадков он снижался с 1,8-3,0 до 1,0-1,7 единиц.

При учете плодородия почв за счет повышения содержания гумуса коэффициент энергетической эффективности на всех вариантах с внесением ОСВ повышался до 2,2--3,8 и заметно превышал контроль (табл. 8).

Таблица 8 Энергетическая эффективность возделывания многолетних трав (коэффициент энергетической эффективности)

Дозы ОСВ, т/га	Люцерна синегибридная	Эспарцет	Кострец безостый	Лядвенец рогатый	Свербига восточная
Контроль	3,0	2,7	1,8	2,1	2,7
12,5
25,0
50,0
100,0

* -- без учета плодородия почвы; ** -- с учетом плодородия почвы

У люцерны превышение контроля составило 0,1--0,8; у эспарцета -- 0,1--0,3; у костреца -- 0,4--1,7; у лядвенца -- 0,7--1,2; у свербиги -- 0,6--1,4 единицы.

Наибольший коэффициент энергетической эффективности был на фоне доз 12,5; 25 и 50 т/га.

Расчеты экономической эффективности показали, что наибольший экономический эффект отмечен у люцерны синегибридной и свербиги восточной, т.е. у культур с урожайностью более 30-40 т/га зеленой массы. Меньше условный чистый доход и уровень рентабельности были у эспарцета и лядвенца рогатого. Наименее рентабельной культурой оказался кострец безостый вследствие более низкой продуктивности по сравнению с бобовыми культурами и свербигой. Наиболее экономически выгодными оказались осадки сточных вод в удобрительных дозах 12,5 и 25 т/га. При этих дозах уровень рентабельности повышался у люцерны с 95,2 до 99,9 %; у эспарцета -- с 61,8 до 64,3 %; у костреца -- с 19,4 до 24,7 %; у лядвенца рогатого -- с 41,2 до 47,1 %.

Мелиоративные дозы 50 и 100 т/га рентабельны в том случае, если урожайность зеленой массы составляет 40 и более т/га. У свербиги восточной уровень рентабельности составлял на контроле 98,9 % и увеличивался соответственно дозам ОСВ -- до 141,5; 152,6; 144,4 и 109,3 %.

Выводы

1. В условиях Поволжья на деградированных черноземах южных в качестве биомелиорантов можно использовать наряду с другими местными материалами осадки сточных вод, которые наиболее целесообразно применять под многолетние травы.

2. Под влиянием осадков сточных вод отмечено увеличение пожнивно-корневых остатков трав на 23-82 %, масса которых достигала 12,4-14,6 т/га. Кроме того, повышалось качество последних за счет повышения содержания в них азота на 30-52 %. С корневыми остатками люцерны в почву поступало 231-307 кг/га азота, с корнями свербиги -- 47-74 кг/т.

3. Увеличение пожнивно-корневых остатков и внесение ОСВ с высоким содержанием органического вещества заметно разуплотняло почву. Наименьшая плотность пахотного слоя отмечена под лядвенцем рогатым и кострецом безостым, наибольшая -- под эспарцетом. В подпахотном слое наименьшая плотность была под люцерной синегибридной. Осадки сточных вод дополнительно снижали плотность почвы на 0,12 г/см³.

4. Максимальная пористость в слое 0-30 см отмечена под лядвенцем рогатым и кострецом безостым; минимальная -- под эспарцетом. Осадки сточных вод увеличивали пористость на фоне удобрительных доз 12,5 и 25 т/га в среднем на 1-2 %; на фоне мелиоративных доз -- на 3-4 % по сравнению с контрольными вариантами.

5. Наибольшее количество питательных веществ было у люцерны, несмотря на угнетение активности клубеньковых бактерий при внесении ОСВ. Осадки сточных вод увеличивали содержание элементов питания под многолетними травами. Под люцерной это увеличение составило: азота -- на 5,7 мг на 100 г почвы; фосфора -- на 4,1 мг; калия -- на 15,2 мг на 100 г почвы.

6. На контрольном варианте с люцерной за три года сумма обменных оснований повысилась на 1,8 мг-экв на 100 г почвы. При внесении ОСВ в дозе 100 т/га различие с контролем достигало 3,5 мг-экв на 100 г почвы. Сумма обменных оснований повышалась главным образом за счет увеличения кальция и магния. Доля кальция в обменных основаниях при внесении ОСВ существенно возрастала.

7. Наибольшая прибавка урожайности зеленой массы от ОСВ получена на посевах свербиги восточной и костреца безостого вследствие лучшего использования ими элементов питания и особенно азота. Прибавка зеленой массы от осадков сточных вод у свербиги восточной и костреца безостого составила 66-89 %, у бобовых трав -- 45-48 %. Наибольшая удельная прибавка на 1 т осадков сточных вод оказалась при дозе 25 т/га у всех культур, кроме костреца безостого, и составляла 140-600 кг зеленой массы. Дальнейшее увеличение доз снизило удельную прибавку урожая до 66-186 кг/т.

8. В почве внесение удобрительных доз ОСВ (12,5-25 т/га) увеличило содержание тяжелых металлов: кадмия -- на 70-113,9 %; свинца -- на 39,2-139 %; цинка -- на 51,4-82,7 %; меди -- в 2,4-3,2 раза. При мелиоративных дозах 100 т/га кадмия увеличилось в 4,1-5,5 раза; свинца -- в 5,3-7,6 раза; цинка -- в 2,7-2,8 раза; меди -- в 3,8-4,1 раза. Содержание кадмия в зеленой массе возрастало при удобрительных дозах на 43,8-53,8 %; свинца -- на 28,6-139 %; цинка -- на 24,3-42,8 %; меди -- на 24,3-84,2 %; при мелиоративных дозах кадмия увеличивалось в 2,0-2,4 раза; свинца -- в 1,7-3,5 раза; цинка -- в 2,2-2,3 раза; меди -- в 2,3-3,1 раза. Несмотря на увеличение тяжелых металлов в почве и зеленой массе, содержание их оставалось много ниже ПДК. Произрастание многолетних трав в течение трех лет снижало содержание тяжелых металлов как в почве, так и в зеленой массе. Синегибридная люцерна в течение трех лет снизила содержание кадмия в почве в 2,6 раза; свинца -- в 7 раз; цинка -- в 1,7 раза; меди -- в 3,3 раза. В зеленой массе люцерны кадмия снизилось на 40 %; свинца -- на 35 %; меди -- на 45 % и цинка -- на 31 %. Это подчеркивает фитосанирующую роль многолетних трав при внесении ОСВ.

9. Биоэнергетическая и экономическая эффективность при внесении осадков сточных вод увеличивалась. На бобовых травах выгоднее использовать удобрительные дозы ОСВ 12,5 и 25 т/га. При этом коэффициент энергетической эффективности повышается на 0,3-0,9 единицы, а уровень рентабельности -- на 2,5-4,9 %. Мелиоративные дозы 50 и 100 т/га рентабельны в том случае, если урожайность зеленой массы составляет 40 и более т/га, как у свербиги восточной. У этой культуры коэффициент энергетической эффективности вырос при внесении мелиоративных доз ОСВ на 1,4-0,8 единицы, а уровень рентабельности -- на 45,5-10,4 %.

10. Использование осадков сточных вод в земледелии является частичным решением важнейшей экологической проблемы по их реутилизации.

Предложения производству

Для реутилизации осадков сточных вод можно рекомендовать их широкое применение в качестве удобрений в дозах 12,5 и 25 т/га и биомелиорантов в дозах 50 и 100 т/га. Наиболее эффективно реутилизировать осадки сточных вод, запахивая их под посевы многолетних трав.

Для повышения урожайности культур на 10-45 % следует рекомендовать удобрительные дозы. Для повышения плодородия черноземов южных -- снижения плотности, повышения пористости, увеличения количества органического вещества и улучшения питательного режима -- следует использовать мелиоративные дозы ОСВ.

Для сокращения содержания кадмия и свинца в почве следует высевать после внесения осадков сточных вод бобовые культуры, а для снижения цинка и меди -- небобовые, в частности свербигу восточную, и возделывать травы не менее трех лет.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Говердов, Д.В. Влияние фитомелиорантов на водно-физические свойства почвы и продуктивность кукурузы при орошении / Говердов Д.В., Скачков Н.В. // Экологические аспекты технологии выращивания сельскохозяйственных культур: сб. науч. статей / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -- Саратов, 2003. -- С. 15-18.

2. Применение приемов фитомелиорации для повышения плодородия черноземов Поволжья / Е.П. Денисов, А.С. Линьков, Н.В. Скачков, Д.В. Сураев // Вавиловские чтения -- 2005: матер. конференции, посвященной 118-й годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2005. -- С. 50-53.

3. Денисов, Е.П. Использование осадков сточных вод г. Саратова в качестве биомелиорантов на черноземе обыкновенном / Е.П. Денисов, Н.В. Скачков, Д.В. Сураев // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы: сб. матер. 3-й Международной научно-практической конференции. - Пенза-Нейбранденбург, 2005. -- С. 15-16.

4. Применение приемов биомелиорации для повышения плодородия обыкновенных черноземов / Е.П. Денисов, Н.В. Скачков, Д.В. Сураев, А.С. Линьков // Актуальные проблемы земледелия: сб. науч. работ. Вып. 2. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -- Саратов, 2006. -- С. 57-61.

5. Денисов, Е.П. Использование осадков сточных вод г. Саратова в качестве биомелиорантов на черноземе обыкновенном / Е.П. Денисов, Д.В. Сураев, Н.В. Скачков // Актуальные проблемы земледелия: сб. науч. работ. Вып. 2. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -- Саратов, 2006. -- С. 119-123.

6. Совместное действие различных биомелиорантов на плодородие южных черноземов / Е.П. Денисов, Д.В. Сураев, Н.В. Скачков, Е.Ю. Ермаков // Актуальные проблемы земледелия: сб. науч. работ. Вып. 2. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -- Саратов, 2006. -- С. 130-133.

7. Тян, В.П. Влияние осадков сточных вод на содержание тяжелых металлов в зерне озимой пшеницы / В.П. Тян, Д.В. Сураев, Н.В. Скачков, // Актуальные проблемы земледелия: сб. науч. работ. Вып. 2. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -- Саратов, 2006. -- С. 133-137.

8. Использование осадков сточных вод для повышения плодородия почв и урожайности сельско-хозяйственных культур / Е.П. Денисов, Д.В. Сураев, Н.В. Скачков, С.Е. Мохов// Актуальные проблемы земледелия: сб. науч. работ. Вып. 2. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -- Саратов, 2006. -- С. 140-143.

9. Скачков, Н.В. Энергетическая эффективность мелиоративных приемов / Н.В. Скачков, Ю.С. Свистунов, М.А. Нормухамбетов // Актуальные проблемы земледелия: Сб. науч. работ. Вып. 2. -- Саратов: Научная книга, 2006. -- С. 252-254.

10. Денисов, Е.П. Использование осадков сточных вод в качестве биомелиорантов / Е.П.Денисов, Д.В.Сураев, Н.В. Скачков // Вестник СГАУ. -- 2006. -- № 5. -- С. 21-23.

11. Денисов, Е.П. Резервы повышения производства зерна / Е.П. Денисов, Н.В. Скачков, Д.В. Сураев // Зерновое хозяйство. --2006. -- № 7. -- С. 32-33.

Подписано в печать 13.11.06. Формат 6084¹/₁₆

Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 794/792

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», ФЗО

410012, Саратов, Театральная пл., 1

Размещено на Allbest.ru

...