Методика исследований удобрения аллювиальных луговых почв осадком сточных вод

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

Н.В.Сурикова

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ УДОБРЕНИЯ

АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ЛУГОВЫХ ПОЧВ ОСАДКОМ СТОЧНЫХ ВОД

Целью работы является проверка возможности и эффективности применения осадка сточных вод (ОСВ) в качестве удобрения для кормовых культур на аллювиальных луговых почвах Москворецкой поймы, разработка рекомендаций по технологии и дозам внесения ОСВ, обеспечивающим сохранение и воспроизводство плодородия сельскохозяйственных земель, хорошее качество продукции.

Использование ОСВ является одним из путей снижения дефицита органических удобрений и имеет большое природоохранное значение ввиду необходимости утилизации ОСВ, накапливаемых на очистных сооружениях России.

Осадок сточных вод содержит основные элементы питания растений – азот, фосфор, калий, и многие микроэлементы – бор, молибден, цинк, марганец, медь и другие. Кроме того, ОСВ может существенно улучшить водно-физические и агрохимические свойства почв.

Отрицательными качествами ОСВ являются содержание токсичных солей тяжелых металлов, бактериологическое и радиационное загрязнение. В настоящее время ОСВ используют мало – 4-6 % от общего объема. Однако подсчитано, что использование только 10 % ОСВ в год даст стране экономию 90-100 тыс.т азотных и фосфорных удобрений [6].

Недостаточное использование ОСВ в качестве удобрения объясняется несовершенством технологий обработки ОСВ; трудностями транспортирования и распределения осадка на полях; токсикологическим влиянием на окружающую среду; недостаточным опытом применения, непостоянством химического состава; необходимостью систематического контроля за содержанием большого числа компонентов в осадке, почве, растениях, продукции; отсутствием методов прогнозирования влияния ОСВ на окружающую среду.

Использование ОСВ экономически целесообразно вблизи объектов их накопления. В центральном районе Нечерноземной зоны России большие объемы ОСВ накапливаются на очистных сооружениях г. Москвы и Московской области (25-30 тыс. м³/сут).

В Раменском районе на Москворецкой пойме располагаются большие площади сельскохозяйственных угодий. На поймах Окского бассейна отмечают усиление процессов деградации луговых почв, снижение их плодородия [1]. Сохранение ценности пойменных земель Раменского района Московской области является важной народнохозяйственной задачей, в решении которой основную роль играет оптимизация водного и пищевого режимов почвы с учетом природоохранных ограничений.

В связи с поставленной целью в состав работы входило определение состава ОСВ Раменских очистных сооружений, исследование влияния ОСВ на свойства осушаемой аллювиальной луговой почвы Москворецкой поймы, изучение влияния ОСВ на урожайность злаковых многолетних трав и качество продукции, прогнозы влияния водного режима почвы на допустимые дозы внесения ОСВ.

Полевые опыты проведены в 2001-2003 гг. на землях АО «Раменский» Раменского района Московской области, расположенного в 45 км к юго-востоку от Москвы. Характеристики климата опытного участка принимались по материалам метеостанции «Быково», находящейся в 15 км от г. Раменское. В метеоданные вносились поправки на пойменные условия по сравнению с суходолом по непосредственным наблюдениям на участке и данным [3,5].

Опытный участок находится на центральной части Раменского расширения поймы р. Москвы в 6 км от г. Раменское. Рельеф центральной поймы равнинный. Поперечный геолого-литологический разрез Раменского расширения поймы р. Москвы приведен в [2], почвенный разрез с подстилающими грунтами дан в работе [4].

На центральной части поймы аллювиальные отложения имеют характерное слоистое сложение. Механический состав отложений в верхнем горизонте – суглинистый, в нижележащих – средне- и тяжелосуглинистый, глубже 100 м – песок, часто оглеенный. Почвообразование происходило под воздействием поемного и аллювиального процессов. Почва опытного участка луговая, сформировавшаяся под разнотравно-злаковой луговой растительностью с мощной корневой системой. В настоящее время эта часть поймы имеет атмосферно-грунтовый тип водного питания.

Для изучения почвы и взятия образцов рядом с опытными делянками заложен основной почвенный разрез на глубину 1,1 м. Описание разреза приведено в табл.1. Гранулометрический состав почвы приведен в табл.2. Некоторые характеристики физических свойств почвы опытного участка по слоям представлены в табл.3. Водно-физические свойства почвы опытного участка довольно благоприятные. Величины наименьшей влагоемкости по слоям даны в табл.4. Коэффициент фильтрации пахотного слоя 0,016 см/мин. Агрохимические показатели почвы на начало мая 2001 г. приведены в табл.5.

Таблица 1

Описание почвенного разреза на опытном участке

Индекс горизонта	Мощность горизонта, см	Название горизонта	Морфологические признаки
А_d	0 – 4	Раститель-ный	Темного цвета, рыхлый суглинистый с многочисленными корнями
А_пах (А₁)	4 - 30	Гумусовый	Темно-бурого цвета, комковатой структуры, рыхлый суглинистый, влажный, пронизан корнями и ходами почвенных животных, переход в следующий горизонт заметен.
В₁	30 - 53	Переход-ный	Бурого цвета, комковато-зернистой структуры, среднесуглинистый, окраска неравномерная с охристыми, серыми и сизыми пятнами, большое число железистых конкреций; корней и следов жизнедеятельности почвенных животных меньше, чем в предыдущем слое, переход к следующему горизонту заметен.
В₂	53 - 89	Переходно-аллювиальный	Буроватый, непрочнокомковатый, средне- и легкосуглинистый, заметна типично аллювиальная слоистость, редкие ходы корней, переход в следующий горизонт постепенный.
С₁	89 - 110	Слоистый аллювий	Желтовато-серый, супесь, редкие включе- ния железа, переход в следующий горизонт постепенный.

Таблица 2

Гранулометрический состав почвы, %

Слой почвы, см	Фракция почвенных частиц, мм
Слой почвы, см	>0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001	<0,01
0 - 20	1,2	12,4	54,2	11,4	12,2	8,6	32,2
20 - 40	0,8	12,9	55,7	12,2	11,8	6,6	30,6
40 - 60	0,7	12,1	56,3	12,6	10,9	7,4	30,9

Таблица 3

Физические характеристики почв опытного участка

Слой почвы, см	Плотность сложения, г/см³	Плотность твердой фазы, г/см³	Общая пористость, %
0 - 20 20 - 40 40 - 60 0 - 60	1,13 1,27 1,22 1,21	2,68 2,64 2,57 2,63	57,8 51,9 52,5 54,1

Таблица 4

Наименьшая влагоемкость почвы опытного участка по слоям

Слой, см	НВ, % объема	НВ, % массы
0 - 20 20 - 40 40 - 60 0 - 60	27,8 29,5 27,9 28,0	24,6 23,2 22,9 23,6

Таблица 5

Агрохимические показатели почвы

Слой, см	Гумус, %	РН	N_общ,%	N_л.гидр, мг/100г	Р₂О₅, мг/100г	К₂О, мг/100 г	Са, %	Поглощ. основан. мг/экв/100г
0-20 20-40 40-60 0-60	3,98 2,91 2,12 3,00	6,0 5,3 3,3 5,6	0,21 0,17 0,16 0,18	15,9 14,9 13,6 14,8	7,3 6,4 5,8 6,5	9,4 7,9 6,7 8,0	1,10 1,05 1,03 1,06	29,2 25,9 21,7 25,6

Данные табл.5 свидетельствуют об изменениях в составе и свойствах почвы за период использования земель под интенсивный овощной севооборот. Например, И.И.Плюснин указывал, что в 1954 году содержание гумуса в луговой почве центральной части поймы в слое 0-10 см составляло 7,35%, в слое 10-40 см – 3-4%, а подвижного фосфора в слое 0-20 см – 4,5 мг/100 г почвы. Заметное снижение гумусированности пахотного горизонта связано с осушением и обработкой почвы, так как усиление аэрации верхнего слоя почвы усилило микробиологическую активность и минерализацию органического вещества, тогда как в условиях переувлажнения органические соединения в почве были гумифицированы частично.

В почвах опытного участка определено начальное распределение некоторых тяжелых металлов на май 2001г. (табл.6).

Таблица 6

Исходное содержание тяжелых металлов в почве опытного участка (май 2001г.)

Глубина, см	Валовое содержание, мг/кг
Глубина, см	Zn	Cu	Pb	Cd	Co	Mn	Mo
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100	64,7 62,3 61,7 60,3 60,9 61,8	33,5 30,7 28,1 32,3 26,6 27,3	19,6 18,7 16,9 14,6 15,8 13,4	0,43 0,39 0,37 0,36 0,38 0,34	10 11 12 13 16 15	910 920 925 1120 1180 1300	0,82 0,68 0,68 0,65 0,76 0,74

Сравнение водно-физических и агрохимических свойств почвы опытного участка и ряда других разрезов и прикопок [4] свидетельствует о типичности участка для территории центральной поймы. Сельскохозяйственное использование также типично для аллювиальных луговых почв поймы. Агротехника опытного участка соответствовала принятой в хозяйстве.

Опытный участок входит в интенсивный пятипольный овощной севооборот на землях АО «Раменский». В годы исследований на рассматриваемом поле возделывались многолетние злаковые травы 1, 2, 3-го года с преобладанием в составе травосмеси тимофеевки луговой, костреца безостого и ежи сборной.

Размер учетной делянки принят 2 х 2 = 4 м², что достаточно для вегетационного опыта с многолетними травами, обеспечивает однородность почвенного покрова и дает возможность проведения вручную всех работ, кроме первичной пахоты. Повторность опыта четырехкратная. При размещении делянок учтено расположение дрен. Делянки расположены посередине двух междрений по две повторности параллельно дренам. Междренное расстояние 22 м. Защитные полосы – по 1,5 м, концевые – 2 м. Расстояние от границы поля и дороги – 33 м, до закрытого коллектора – 49 м.

Принято 8 вариантов опыта: 1) контроль; 2) навоз КРС 30 т/га; 3) ОСВ 30 т/га; 4) ОСВ 60 т/га; 5) ОСВ 60 т/га + известь; 6) ОСВ 60 т/га + калийное удобрение; 7) ОСВ 60 кг/га + известь + калийное удобрение; 8) ОСВ 90 т/га. Максимальная доза внесения ОСВ 90 т/га обусловлена расчетом допустимых разовых доз по содержанию азота, фосфора и ряда тяжелых металлов, в результате чего получено ограничение по кадмию 28,5 т/га сухого вещества (99 т/га ОСВ). Минимальная доза 30 т/га принята для возможности сравнения ОСВ и навоза при равных дозах их внесения. Средняя доза ОСВ 60 т/га принята для исследования сочетаний ОСВ с известью и калийным удобрением. Навоз, ОСВ, известь, калийное удобрение внесены осенью 2000 г. вручную и запаханы на глубину 20 см.

Наблюдения за климатическими характеристиками и показателями динамических процессов на участке проведены в 1, 6, 9, 12, 15 декады вегетационного периода с 1.05 по 30.09. Определения влажности, плотности, реакции почвенного раствора рН, суммы поглощенных оснований, содержания общего, аммонийного и нитратного азота, подвижного фосфора и обменного калия, из тяжелых металлов – цинка, меди, свинца, кадмия, кобальта, марганца, молибдена выполнены по стандартным методам. Содержание тяжелых металлов определялось в начале и конце вегетационных периодов. Урожайность многолетних трав определялась по учетным делянкам путем взвешивания зеленой массы и сена.

На очистные сооружения г. Раменское поступают сточные воды, включающие около 61% хозяйственно-бытовых и 39% промышленных стоков. Характеристика ОСВ, использованных для удобрения: влажность 75,4% массы, органическое вещество 50,8% сухого вещества, общий азот 0,98% сухого вещества, азот легкогидролизуемый 38,7 мг/100г, общий фосфор 0,64% сухого вещества, Р₂О₅ 18,4 % от общего, калий общий 0,92% сухого вещества, К₂О 51,7% от общего, сумма растворимых солей 1,25%, рН_KCl = 5,9. Содержание тяжелых металлов в ОСВ: Сd - 11,9, Pb – 98,3, Co – 92,4, Cr_общ – 27,8, Zn – 1356,5, Cu – 137,7, Mn – 583,3, Mo – 3,3 мг/кг сухого вещества. Содержание тяжелых металлов ниже ПДК для ОСВ, применяемого в качестве удобрения.

По содержанию органического вещества и биогенных элементов используемый в опыте ОСВ обладает высокой удобрительной ценностью. Необходимо отметить, что значительная часть азота в ОСВ представлена органическими соединениями, которые минерализуются в почве в течение длительного периода. Это позволяет увеличить норму внесения ОСВ до максимально допустимых пределов и тем самым увеличить продолжительность его действия.

Для повышения детальности показателей водного режима, получения данных по водообмену почвенного слоя с грунтовыми водами и возможности прогнозирования водного режима почвы принята методика сочетания полевых исследований и математического моделирования. Обоснованы параметры и доказана адекватность математической модели влагопереноса А.И. Голованова для условий полевых опытов (см. статью Н.В. Суриковой в этом сборнике).

Изложенная методика исследований и результаты перечисленных анализов обеспечивают возможность выявить закономерности распределения питательных и токсичных веществ в почве, прогнозировать питательный и химический режимы аллювиальных почв, разработать рекомендации по дозам внесения ОСВ.

Результаты исследований показали возможность и эколого-экономическую эффективность применения осадка сточных вод в качестве органического удобрения для пойменных луговых почв нижнего течения р. Москвы. Даны рекомендации по дозам внесения осадка – 40 - 60 т/га сухого вещества один раз в три года и ежегодно 30 - 40 кг/га К₂О. Элементом, ограничивающим дозу внесения осадка, является кадмий. Необходимо вести контроль за содержанием кадмия и цинка в почве. Прогноз накопления кадмия в почве показал, что достижение 0,8ОДК ожидается через 15 лет удобрения почвы осадком сточных вод.

Библиографический список

1. Виноградова Г.Н., Михалева А.Е., Яшин В.М. Влияние антропогенной нагрузки на экологическое состояние пойменных агроландшафтов Окского бассейна. //Юбилейный сборник научных трудов ВНИИГиМ. М.. 1999. Т. 2. 368 с.

2. Зайдельман Ф.Р. Гидрологический режим почв Нечерноземной зоны. Л.: Гидро-метеоиздат, 1985. 328 с.

3. Марков Е.С. Мелиорация пойм нечерноземной зоны. М.: Колос. 1973. 320 с.

4. Плюснин И.И., Лобанова Т.А., Верниковская И.А. Пойменные почвы Раменского расширения долины Москвы-реки. Доклады ТСХА. //Гидротехника и мелиорация. М.. 1960. Вып.56.

5. Пчелкин В.В. Обоснование мелиоративного режима осушаемых пойменных земель. М.: Колос. 2003. 253 с.

6. Экологически безопасные методы использования отходов: Монография //Под ред Г.Е. Мерзлой, Р.П. Воробьевой. Барнаул: Изд-во Алт.ун-та. 2000. 554 с.

Blog

Методика исследований удобрения аллювиальных луговых почв осадком сточных вод

Содержание