Экобиологическая оценка влияния отходов производства на биогенность черноземных почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Орловский ГАУ

Экологобиологическая оценка влияния отходов производства на биогенность черноземных почв

Л.П. Степанова, Е.А. Коренькова, Н.А. Петрухина

г. Орел

Проблема охраны почв приобретает все большее значение в связи с ухудшающимся состоянием окружающей среды, увеличением площадей земель, загрязненных ксенобиотиками, в частности тяжелыми металлами. При мониторинговых и агроэкологических исследованиях техногенно-загрязненных почв необходимо не только выявить присутствие и концентрацию загрязнителей, но и определить их воздействие на биологическую систему почвы. Хорошо известно, что микроорганизмы чутко реагируют на изменение почвенных условий или присутствие в ней загрязненных веществ [1,2,3].

В наших исследованиях на ценотическом уровне изучалось изменение структурных и функциональных характеристик микробных сообществ почв, загрязненных тяжелыми металлами. В качестве показателей структуры микробного ценоза определяли численность микроорганизмов разных эколого-трофических и систематических групп.

Материалы и методика исследований

Состав исследуемых удобрений.

Химический состав осадка сточных вод города Орла (ОСВ): N_общ. 1,5-2,0, % P₂O_{5 общ}2,5-4,5_., % K₂O_общ. 0,55-0,64, % PH_сол7,4-7,5 зольность, %_.56,9-70,4 влажность35,8-61,9 органическое вещество, 25-43%

Содержание тяжёлых металлов в ОСВ: Ag - 12-16 мг/кг; Cd - 17-19 мг/кг; Co - 15-17 мг/кг; Cr - 2100-2255 мг/кг; Cu - 2000-2200 мг/кг; Hg - 1-2 мг/кг; Ni - 760-825 мг/кг; Pb - 169-198 мг/кг; Zn - 1100-1210 мт/кг.

Навоз КРС: N_общ. 0,5, % P₂O_{5 общ}0,24-0,25_., % K₂O_общ. 0,6-0,65, % PH_сол7,5 влажность 70%, органическое вещество 25%

Химический состав солевого алюминиевого шлака Мценского металлургического завода АООТ «Цветные металлы и сплавы», %: Al₂O₃ - 50,02; Сu - 0,54; Si - 3,22; Mg - 1,64; Mn - 0,21; Ti - 0,033; Sb - 0,036; Co - н/о; As - 0,0002; Ca - 0,2; Zn - 0,49; Fe - 0,69; Ni - 0,08; Pb - 0,08; Sn - 0,018; Na - 2,39; K - 7,37; Cl - 8,6; SO₄ - 0,28; Fe_мех - 1,0; П.п.п. - 23,1028.

Цеолит Хотынецкого месторождения имеет следующие показатели: рН-8,3; содержание СаО - 8,17%; MgO - 2,20 %; К₂О - 1,82 %; Cu - 2,7 * 10^-3 %; Zn - 7.4 * 10^-3 %; Mn - 4.6 * 10^-3 %; Co - 0.12 * 10^-3 %; Mo - 0.72 * 10^-3 %. В кристалической структуре цеолита содержится: клиноптилолита - 35 %; кристобалита - 27 %; монтмориллонита - 5 %; слюды - 8 %; кальцита - 3 %. Емкость катионного обмена достигает - 150-270 мэк/100 г.

Фосфориты - осадочные горные породы, насыщенные фосфатами (главным образом апатитом), фторид, гидроксид и карбонат кальция, условно этот состав можно представить формулой 3Са₃(РО₄)₂*СаСО₃*Са(ОН, F)₂.

Содержание Р₂О₅ в фосфоритах Дмитровского месторождения составляет 8 - 10 %. микробный почва загрязненный микроорганизм

Полевые исследования проводили в звене зерно-пропашного севооборота(2000-2004гг) на чернозёме оподзоленном малогумусном, среднемощном, среднесуглинистом на водораздельном плато: гумус - 5,41%, рН_kcl5,1, емкость катионного обмена - 25,41 мг-экв/100г, P₂O₅ - 14,5 мг/100 г, К₂О - 10,9 мг/100 г.

Схема опыта №1: 1. Контроль. 2. Солома, 20 т/га. 3. Навоз, 20 т/га. 4. Цеолит, 20 т/га. 5. Осадок сточных вод (ОСВ), 10 т/га. 6. ОСВ + Ѕ цеолита. 7. Навоз + Ѕ цеолита. 8. NРК = дозе навоза. 9. NРК = дозе осадка.

Полевой опыт №2 по изучению влияния отходов производства, природных минералов и их сочетаний на эколого-геохимическую устойчивость чернозема оподзоленного включал в себя следующие варианты: 1. Контроль (без удобрений); 2. Фосфорит 1 т/га; 3. Фосфорит 1,5 т/га; 4. Цеолит 5 т/га; 5. Цеолит 10 т/га; 6. Шлак 0,5 т/га; 7. Шлак 1 т/га; 8. Шлак 1,5 т/га; 9. Фосфорит 1 т/га + шлак 0,5 т/га; 10. Фосфорит 1 т/га + цеолит 5 т/га; 11. Цеолит 5 т/га + шлак 0,5 т/га.

Пахотный слой чернозема оподзоленного среднесуглинистого характеризуется следующими показателями: содержание гумуса - 6,6 %, подвижного фосфора по Кирсанову - 10,4 мг/100г, обменного калия по Масловой - 10,1 мг/100 г почвы, рН_сол - 6,0, сумма поглощенных оснований - 32,5 мг-экв/100г, мощность гумусового горизонта - 62 см, плотность - 1,0-1,3 г/см³.

Полевой опыт был заложен на делянках площадью 25 м² в трехкратной повторности. Метод размещения опытных делянок систематический.

Результаты исследований

Одним из показателей плодородия почвы является ее биологическая активность. Нами была сделана попытка оценить биологическую активность почвы под влиянием органоминеральных удобрений через показатель целлюлозоразлагающей активности почвы, выраженной в % потери массы льняной ткани (табл. 1).

Как показали результаты исследований при прямом внесении соломы и осадка сточных вод отмечается снижение биологической активности почвы в сравнении с контролем на 5,9% на соломе и 0,9% при внесении осадка сточных вод; усиление целлюлозоразлагающей активности почвы наблюдалось при прямом внесении навоза 45,0% и сочетании его с цеолитом -- 49,5%. Повышение биологической активности отмечалось при совместном внесении осадка сточных вод с цеолитом. В вариантах с внесением минеральных удобрений увеличение активности микроорганизмов почвы было незначительным 42,5-43,4%.

Интерес представляют данные целлюлозоразлагающей способности почвы в последействии испытуемых удобрений. Нами показано увеличение биологической активности почвы в последействии соломы и осадка сточных вод. При этом если в 4-й год после внесения навоза отмечалось снижение биологической активности почвы, то сочетание навоза с цеолитом увеличивало последействие навоза на активность микроорганизмов.

1-Влияние органоминеральных удобрений на биологическую целлюлозоразлагающую активность почвы,% потери массы льняной ткани

В вариантах опыта с ежегодным внесением минеральных удобрений рассматриваемый нами показатель биологической активности почвы снижался с 42,5-43,4% до 36-34,9%.

Отмечается положительное влияние последействия цеолита на целлюлозоразлагающую активность почвы.

Таким образом, осадок сточных вод характеризуется продолжительным сроком действия на биологическую активность почвы, при этом последействие этого вида удобрения оказывает большее влияние на целлюлозоразлагающую активность почвы, чем прямое действие. Для увеличения срока действия органических удобрений необходимо их сочетание с цеолитовыми туками.

В настоящее время не вызывает сомнения многообразное влияние гумуса на плодородие почвы, вследствие чего в разработке мероприятий по регулированию и повышению плодородия важнейшее место занимает комплекс приемов по регулированию гумусового профиля и гумусового режима. Сохранить почву как производительную силу возможно лишь при условии определенного уровня равновесия между органической и минеральной ее частями. Многочисленными исследованиями доказано изменение содержания и состава гумуса при внесении в почву органических удобрений в процессе их сельскохозяйственного использования.

Изучение реакции разных трофических блоков микробного ценоза на загрязнение тяжелыми металлами (рис.1) показало характер изменения численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота и сложные полисахариды, и численности микроорганизмов, использующих доступное органическое вещество и органический азот. Анализ микробиологических свойств пахотного слоя чернозема оподзоленного показал, что количество микроорганизмов под действием исследуемых удобрительных свойств возрастает в сравнении с контролем. Самая максимальная численность микроорганизмов установлена при внесении в почву 10 т/га цеолита, она составила 91,3*10⁶ КОЕ/г, что в 1,2 раза превышает численность микроорганизмов почвы контрольного варианта. При этом закономерно увеличивается численность микроорганизмов, вырастающих на КАА, она в структуре физиологических групп достигает 63,3 % от общей численности или 57,8*10⁶ КОЕ/г.

1- Контроль; 2- Фосфорит 1,5 т/га; 3- Цеолит 10 т/га; 4- Шлак 1 т/га.

Рис 1 Влияние шлаковых отходов производства и природных минералов на микробиологический состав почвы, 10⁶ КОЕ/г абсолютно сухого вещества и на коэффициент минерализации, ед. 2005…2007 гг.

Численность микроорганизмов, использующих органические формы азота составила 36,4 % или 33,2*10⁶ КОЕ/г. Данное соотношение обусловило значение коэффициента минерализации - 1,74. Проявление удобрительных и сорбционных свойств цеолита в почве обуславливало увеличение численности целлюлозоразлагающих групп микроорганизмов в 1,63 раза в сравнении с контролем. Активизация микробиологической трансформации органо-минеральных соединений почвы под действием цеолитов способствовало увеличению численности грибной микрофлоры в 1,5 раза.

По характеру действия на состояние микробиоценозов пахотного слоя, шлаковые отходы приближаются к действию цеолитов. Общая численность микроорганизмов несколько уступала общей численности микроорганизмов в варианте с внесением цеолита - 86,21*10⁶ КОЕ/г, но превышала в 1,1 раза численность микрофлоры в контрольном варианте. Соотношение групп микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (63,7 %), и микроорганизмов, использующих органические формы азота (36,1 %) было таким же, как при внесении цеолита, что обусловило довольно высокую величину коэффициента минерализации - 1,76.

Внесение фосфоритной муки в дозе 1,5 т/га также способствовало увеличению общей численности микроорганизмов до 83,1*10⁶ КОЕ/г, при этом закономерности в изменении соотношения физиологических групп микроорганизмов сохраняются, так численность микроорганизмов, вырастающих на КАА, составляет 62,5 % от общей численности микробоценоза, а численность микроорганизмов, использующих органический азот, составила 37,2 %. Данное соотношение хотя и снижает абсолютное значение коэффициента минерализации, но он остается высоким - 1,68.

Самая наименьшая численность микроорганизмов установлена в контрольном варианте - 75,7*10⁶ КОЕ/г, где соотношение групп микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, и группы микроорганизмов, использующих органические формы азота, снижается до 1,45.

Отмечается увеличение численности целлюлозоразлагающих микроорганизмов и грибной микрофлоры в пахотном слое чернозема при внесении фосфоритной муки и цеолита.

Таким образом, анализ биологических свойств пахотного слоя чернозема оподзоленного показал отсутствие нарушений жизненных функций исходного биогеоценоза с сохранением полезного средообразующего генофонда в почвенной биоте, обеспечивающей устойчивость чернозема как биокосной системы.

Использованные источники

1. Варламова Л.Д. Эколого-агрохимическая оценка и оптимизация применения в качестве удобрений органосодержащих отходов производства: автореф. дис.... д.с.-х.н.: 06.01.04 -Саранск, 2007. 42 с.

2. Гузев, В.С. Перспективы эколого-микробиологической экспертизы состояния почв при антропогенных воздействиях / В.С. Гузев, С.В. Левин // Почвоведение. 1991, № 9. С. 50-62.

3. Лобода, Б. П. Применение цеолитсодержащего минерального сырья в растениеводстве/Б. П. Лобода//Агрохимия. 2000. № 6. С. 78-91.

Размещено на Allbest.ru