Агроэкологическая оценка воздействия обогащенных микробиологическими деструкторами компостов на основе осв на дерново-подзолистую супесчаную почву владимирской мещеры.
на правах рукописи
РАУЭЛИАРИВУНИ АНДРИАНТСАЛАМА Ситрака Агроэкологическая оценка воздействия обогащенных микробиологическими деструкторами компостов на основе ОСВ на дерново-подзолистую супесчаную почву Владимирской Мещеры.
03.02.08 – экология (биология) 06.01.04 – агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва-2013 1
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А.
Тимирязева Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Васенев Иван Иванович доктор сельскохозяйственных наук, профессор Касатиков Виктор Александрович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории химической мелиорации ГНУ ВНИИ агрохимии им.Д.Н.Прянишникова Аканова Наталья Ивановна кандидат биологических наук, профессор, зав.кафедрой химии, почвоведения, землеустройства и БЖД Калужского филиала РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева Сюняев Николай Михайлович
Ведущая организация: Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии
Защита диссертации состоится 15 мая 2013 года в 1600 на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аграрном университете – МСХА им. К.А. Тимирязева по адресу: 127750, Москва, ул. Прянишникова, 15.
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.
Автореферат разослан апреля 2013 года.
Ученый секретарь диссертационного совета Селицкая О.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы: Одной из основных экологических проблем совре менной цивилизации является утилизация отходов производства и потребления.
Среди них особое место занимают городские осадки сточных вод (ОСВ), кото рые в больших объемах накапливаются на очистных сооружениях городов и промышленных объектов, создавая повышенную потенциальную опасность для экологического состояния окружающей среды (Агроэкология, 2004;
Моисеенко и др.,2009;
Сюняев и др., 2012).
Осадки сточных вод, как правило, содержат повышенное количество ос новных элементов питания и органических веществ. Это определяет их привле кательность в качестве источника нетрадиционных органо-минеральных удоб рений, способствующих поддержанию устойчивого почвенного плодородия (Лукин, 2006;
Мерзлая, 2009;
Васенев и др., 2012), что особенно актуально для пригородных зон больших городов, наиболее привлекательных для интен сивного ведения сельского хозяйства (Климова и др., 2009).
В сельском хозяйстве пригородных районов практически всех развитых стран активно применяются осадки сточных вод и их компосты в качестве де шевых местных (нетрадиционных) удобрений. Так, в странах ЕС в качестве удобрения ежегодно используется 32,4% производимых в них 10 млн.т осадка сточных вод. При этом уровень сельскохозяйственной утилизации ОСВ во Франции достигает – 43%, в Люксембурге – 50%, а в Швейцарии – даже 70% (Eurostat, 2009). И в мире, в целом, прослеживается устойчивая тенденция к устойчивому росту сельскохозяйственной утилизации ОСВ. В США, по про гнозам (Philippe Collet, 2012), она составит не менее 65% к 2015 г.
В Российской Федерации ежегодно производится не менее 3 млн.т осад ков сточных вод, которые нуждаются в экологической безопасной утилизации (Еськов и др., 2006). В качестве удобрений применяется пока ещё только около 7% осадков (Алексеева, 2002, Пахненко, 2009), что примерно в 4,5 раза меньше средних европейских показателей.
Массовое применение осадка сточных вод в качестве удобрений ограни чено наличием в них повышенных концентраций загрязняющих веществ, среди которых особую роль играют тяжелые металлы (Smith 2008;
Савич, 2009). Эко логические риски загрязнения сельскохозяйственных почв, продукции, грунто вых вод и водоемов, в результате применения осадка сточных вод с повышен ным содержанием тяжелых металлов, особенно возрастают в случае их приме нения на почвах легкого гранулометрического состава, которые широко рас пространены на Европейской территории России и преобладают в районах Владимирской Мещеры (Касатиков и др., 2010).
Подготовка на основе осадка сточных вод компоста подразумевает значительные временные и энергетические затраты, сократить которые позволяет агроэкологически обоснованное применение микробиологических препаратов-деструкторов грубых органических веществ (Герасимов, 2008).
Подготовка компостов на основе ОСВ подразумевает значительные вре менные и энергетические затраты, сократить которые позволяет агроэкологи чески обоснованное применение микробиологических препаратов-деструкторов грубых органических веществ (Емцев, 2005;
Сидоренко, 2006;
Герасимов, 2008).
Цель и задачи исследования:
Целью работы является проведение комплексных агроэкологических ис следований с оценкой воздействия обогащенных микробиологическими де структорами компостов на основе осадков сточных вод на характерные для Владимирской Мещеры дерново-подзолистые супесчаные почвы.
В соответствие с подставленной целью решались следующие задачи:
1. Анализ качества осадка сточных вод (ОСВ) города Владимира и создан ного на его основе, с использованием в качестве наполнителя опилок хвойных пород, компоста, с агроэкологической оценкой технологии полу чения компостов ОСВ с применением микробиологических препаратов.
2. Оценка воздействия компостов, созданных на основе осадка сточных вод с применением микробиологических деструкторов, на характерную для Владимирской Мещеры исходно очень бедную пахотную дерново-подзо листую почву супесчаного гранулометрического состава.
3. Сравнительный анализ последействия применения исследуемых компос тов ОСВ, с использованием двух видов микробиологических препаратов (БАРКОН, БИОФОРСЕ) на продуктивность тестовой сельскохозяйствен ной культуры и качество растительной продукции.
4. Сравнительная оценка эффективности применения технологии компости рования осадка сточных вод с использованием двух видов микробиоло гических препаратов (БАРКОН, БИОФОРСЕ).
Научная новизна.
Проведенные исследования показали, что компостирование ОСВ с приме нением исследуемых микробиологических препаратов позволяет улучшать агроэкологическое качество получаемых компостов: снижение валового содер жания азота с 2,17% до 1,56% и уменьшение валового содержание и содер жания подвижных форм тяжёлых металлов – в 1,5 раза.
Применение повышенных доз (30 т/га) компостов на основе ОСВ с микробиологическими деструкторами на дерново-подзолистой супесчаной поч ве Владимирской Мещеры способствовало значительному повышению содер жания в ней подвижного фосфора: в среднем, на 75 мг/кг P2О5 – в сравнении с контролем (+84%).
Важно подчеркнуть, что под действием компостов и ОСВ существенно возрастало содержание фосфора в зерне озимой пшеницы: с 0,90% P2О5 до 1,00%;
но они не повлияли на концентрацию тяжелых металлов в тестовых культурах, качество которых характеризуется как удовлетворительное (без превышения МДУ для зерновых культур). Применение компостов с БИО ФОРСЕ способствует значительному повышению содержания белка в зерне.
Практическая значимость работы.
Проведенные исследования показали хорошие перспективы сельскохо зяйственной утилизации городских осадков сточных вод с удобрением бедных дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава – при предва рительном компостировании их с использованием микробиологических пре паратов-деструкторов и проведении мониторингового контроля за экологичес ким состоянием удобряемых почв и качества получаемой продукции.
На основании результатов исследований разработаны рекомендации по применению микробиологических деструкторов для получения качественных компостов на основе ОСВ. Проведенный анализ эффективности двух микро биологических препаратов показал возможность значительного сокращения времени компостирования осадка сточных вод – на 14 %, с обеспечением более высокой температуры компостирования – в среднем, на 9С.
Применение компостов на основе ОСВ с микробиологическими де структорами позволило значительно повысить урожайность озимой пшеницы (на 37–46 %) и тритикале (на 47–54%), а также их технологическое качество, не снижая показателей экологической безопасности продукции.
Апробация работы. Основные результаты исследований, выводы и научные положения диссертации были представлены на заседаниях кафедры экологии РГАУ-МСХА и научных конференциях молодых ученых и специа листов (2010;
2011). Отдельные результаты вошли в ежегодные отчеты НИР ВНИИОУ (РАСХН) за 2010-2012гг. По результатам исследований опублико вано 5 печатных работ, в том числе 1 статья в рецензируемом журнале, реко мендованном ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введе ния и 5 глав, включая обзора литературы, описание объектов и методов иссле дования, анализ результатов проведенных экспериментов, списка литературы, выводы и приложение. Материалы диссертации изложены на 125 страницах текста, содержат 32 таблицы и 8 рисунков. Библиографический список вклю чает 170 источников, в том числе 85 – на английском и французском языках.
Благодарности. Автор выражает особую благодарность своим научным руководителям – профессору И.И. Васеневу и профессору В.А. Касатикову за оказанную научно-методическую помощь и советы при подготовке и выпол нений диссертационной работы. Автор признателен Н.П. Шабардиной, коллек тиву кафедры экологии РГАУ-МСХА и сотрудникам ВННИОУ за научные кон сультации, поддержку, ценные советы и помощь в проведении исследований.
Глава 1. Обзор литературы: Агроэкологические и технологические особенности производства и применения удобрений на основе осадка городских сточных вод Владимирской Мещеры Индустриальное развитие неизбежно приводит к урбанизации. Одной из главных экологических проблем существования и развития городов является утилизация хозяйственно-бытовых сточных вод (Урбоэкология, 2010). Боль шую угрозу для экосистем представляют концентрированные отходы, которые содержат токсичные и вредные вещества (Агроэкология, 2004, Albrecht, 2007).
Основным способом утилизации осадков сточных вод (ОСВ) в экосис теме является их использование в сельском хозяйстве в качестве органомине рального удобрения (Севастьянов, 2001;
Шуравлин и др., 2006;
Мерзлая, 2009).
По удобрительной ценности ОСВ не уступают подстилочному навозу;
пра вильное применение их в сельском хозяйстве позволяет существенно повысить плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур (Болышева и др., 2006;
Сюняев и др., 2010). Общая доля ОСВ, используемых в сельском хо зяйстве России, еще значительно ниже среднеевропейского уровня. Следует отметить, что требования, которые предъявляются к осадкам в РФ, более высо кие – по сравнению с западными странами (Пахненко, 2009;
Pham, 2010).
Положительные стороны применения ОСВ в качестве удобрений связаны с улучшением агрохимических свойств почв, повышением содержания в них органического вещества, макро- и микроэлементов, биологической активности почвы (Дорошкевич, 2002;
Asshobei, 2005;
Куликова, 2010;
Васбьиева, 2011).
Однако существует ряд ограничений, сдерживающих применение ОСВ в сельском хозяйстве: прежде всего – наличие в них тяжелых металлов и патогенных микроорганизмов (Анциферова и др., 2001;
Касатиков и др., 2010).
Тяжелые металлы относятся к загрязняющим веществам, которые с тру дом удаляются из почвы (Пахненко, 2009;
Черногоров и др., 2012). Регулярное внесение в почву с ОСВ ионов тяжелых металлов недопустимо, поскольку возрастает опасность их биотрансформации и накопления в пищевых цепях с возможным попаданием в организм человека (Bemal-Martinez, 2007;
Раскатов и др., 2010). Поэтому, в последнее время, ОСВ применяются в основном в виде компостов – совместно с наполнителями. Более того, в случае использования осадков сточных вод муниципальных образований предпочтительным является их предварительное компостирование, приводящее к существенному снижению содержания токсичных соединений, патогенных микроорганизмов и стабили зации органического вещества (Chen, 2002;
Ros, 2003;
Sanches-Monedero, 2004;
Boyd, 2006). В связи с этим заслуживающим внимание является разработка технологического процесса компостирования осадка сточных вод в смеси с опилками хвойных пород при добавлении микробиологического деструктора (Свиридова, 2005, Касатиков и др., 2012).
Природная микробиота способна трансформировать компоненты, состав ляющие ОСВ. Но для того, чтобы улучшать экономическую эффективность и экологическую безопасность применение компостов на основе ОСВ, процесс компостирования можно существенно улучшить и ускорить, используя специи альные микробные препараты (Pakou, 2009).
Глава 2. Объекты и методы исследований.
Полевые исследования проводились на опытном поле ГНУ ВНИИОУ РАСХН, в 10 км от города Владимира вблизи п. Вяткино Судогодского района Владимирской области в 2010-2011 гг. (северо-восточная часть Мещерской низменности). Климат умеренно-континентальный, характеризуется выражен ными сезонами. Среднегодовая температура воздуха колеблется в пределах от 3,7 до 4,0С;
сумма среднесуточных температур выше 10С – 2150–2200.
Среднегодовое количество осадков – 550 мм. Продолжительность периода с температурой выше +10С составляет 130–145 дней.
Природа Владимирской области сочетает в себе черты типичной таежно лесной зоны. В почвенном покрове области преобладают подзолистые и дерново-подзолистые почвы. Большое распространение имеют их супесчаные варианты. Дерново-подзолистые почвы в районе исследования имеют кислую реакцию (рНKCl равно 5,2-5,5), низкие значения суммы поглощенных оснований (4,5-5,5мг-экв./100г), гидролитической кислотности (1,0-2,5мг-экв./100г), содер жания гумуса (1,05-1,17%), подвижного фосфора (14-25 мг Р2О5/100 г) и обменного калия (63-104 мг К2О /100 г).
Объектами исследования являются: осадки сточных вод и компосты на основе ОСВ с микробиологическими препаратами, развитая на флювиогляци альных отложениях дерново-подзолистая супесчаная почва опытного поля ВНИИОУ, и озимая пшеница сорта «Заря» – в качестве тестовой культуры.
Аэробно-стабилизированные осадки сточных вод мы получили с очи стных сооружений г. Владимира. Содержание валового количества тяжелых металлов применяемых в 2010-2011 гг. осадков сточных вод не превышало нормативных показателей ГОСТ РФ как для первой, так и для второй группы ОСВ: валовое содержание Cd составило 1,27 мг/кг, Cu – 65,95 мг/кг, Ni – 27, мг/кг, Zn – 94,14 мг/кг, Pb – 27,42 мг/кг.
В работе исследовано влияние на компостирование ОСВ микробиоло гических препаратов БАРКОН и БИОФОРСЕ. Разработанный во ВНИИСХ микробиологии (г. Пушкино, Санкт-Петербург), препарат БАРКОН содержит специальный комплекс лигнин- разрушающих микроорганизмов. Добавлялся в начале компостирования из расчета 20 л/т (сухого органического вещества ОСВ + опилок) или 20 мл/кг. Препарат БИОФОРСЕ Compost производства Bionick Company (г. Москва) содержит комплекс природных микроорганизмов, фер ментов и питательных веществ, предназначенных для ускорения процесса разложения органических соединений. Для производства 1 т компоста требует ся 20 л рабочего раствора (концентрация 0,5).
В качестве исследуемой тестовой культуры была выбрана озимая пше ница сорта Заря. Озимая пшеница сорта «Заря» выведена в НИИ сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны. Сорт – среднеспелый, зимостойкий, среднеустойчив к засухе и полеганию.
Методы исследований Исследования проводились с применением комплекса методов: полевых (закладка полевых опытов), лабораторных (микробиологических и химических) и информационно-аналитических исследований.
Полевые исследования. В указанный период проведены один опыт по компостированию ОСВ с использованием микробиологических деструкторов и 2 мелкоделяночных полевых опыта с исследуемыми культурами (основная тестовая культура – озимая пшеница). Полевые исследования были выполнены на опытном стационарном поле Всероссийского научно-исследовательского ин ститута органических удобрений (ВНИИОУ) Россельхозакадемии в 2010 2011гг.
Технологические исследования по компостированию ОСВ и изучению влияния микробиологических деструкторов на агроэкологическое качество получаемых компостов проводились в 2010 г. на площадке для компости рования ВНИИОУ – в 3 буртах при соотношении C:N = 25. Органо минеральный компост был приготовлен из безреагентного аэробно-стабилизи рованного ОСВ с очистных сооружений города Владимира и опилок (хвойных пород) с использованием микробиологических деструкторов при заложении бурта с послойным чередованием ОСВ и наполнителя (Опыт 1).
Схема Опыта № 1 (2010г.):
Бурт №1 –(Контроль без добавок)+опилки Бурт №2 –Компост + препарат Баркон (100л/1т органики)+ опилки Бурт №3 –Компост + препарат Биофорсе (20л/1т органики)+опилки Микробиологические препараты применяли согласно рекомендациям производителей. В полевых условиях ежедневно определяли температурный режим компостов. Перебуртовка и поливы компостных смесей проводились раз в 2 недели. Наблюдения за режимом влажности выполняли путем отбора образцов и определения влажности термовесовым методом.
Полевые исследования по оценке воздействия органо-минеральных компостов на основе ОСВ с применением микробиологических деструкторов Баркон и Биофорсе на дерново-подзолистую супесчаную почву и на зерновую культуру (озимая пшеница) провели в полевых опытах № 2-3 (2010 - 2011гг.).
Пахотный горизонт почвы на опыте № 2 ( с озимой пшеницей) имел следующие агрохимические характеристики: содержание гумуса – в среднем, около 1,3 %, pHKCL – 6,1, содержание подвижного фосфора – 25,8 мг/100 г. и калия – 27, мг/100 г.
Схема Опыта № 2:
1. Контроль без удобрений, 2. ОСВисх. 30 т/га, 3. Компост без добавок, 30 т/га, 4. Компост с БАРКОНОМ, 30 т/га, 5. Компост с BIOFORCE, 30т/га.
Севооборот опыт 2: (закладка 2010 г.) – озимая пшеница – ячмень, Осадок сточных вод вносили под основную обработку почвы в дозах т/га ( в расчете на 50 % влажность) в опыт 2 под озимую пшеницу сорта «Заря» – осенью 2010 г.
Образцы почвы были отобраны из пахотного горизонта по фазам развития зерновых культур (ГОСТ 28168-89). Повторность каждого варианта 5 ти кратная. Обработка и уход за посевами проводились вручную. В течение вегетации растений проводили фенологические наблюдения. Урожай зерна и соломы учитывали сплошным деляночным методом взвешивания.
Все работы выполнялись вручную, исходя из рекомендаций по закладке и проведению полевых опытов (Доспехов, 1974;
Минеев, 1989).
Лабораторные исследования. Санитарно-гигиеническую оценку почвы и удобрений осуществили на основе нормативных документов (СанПиН 2.1.7.1287-03, ГОСТ Р. 17.4.3.07-2001, СанПиН 5061-89).
В образцах почвы и удобрений проводили определение основных агро химических показателей: рНKCl – потенциометрический (ГОСТ 26483-85), Нг – по Каппену (ГОСТ 26212-91). Определение подвижных форм фосфора и обменного калия в почве проводили по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-91), содержания органического углерода (Сорг.) – мето дом Тюрина в модификации Никитина со спектрометрическим окончанием по Орлову – Гриндель (ГОСТ 26213-85), содержания азота – по ГОСТ 26715-85.
Валовое содержание и содержание подвижных форм тяжелых металлов – по «Методическим указаниям по определению тяжелых металлов» ЦИНАО (1992) определялось методом атомной абсорбции в лаборатории ФГУ ЦАС «Нижегородский».
Математическую обработку данных проводили методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1987). Результаты исследований обрабатывали и оформляли на персональном компьютере с помощью программ MS Exсel и Statistica 8.
Глава 3. Экологические и технологические особенности хранения и компостирования осадков городских сточных вод (ОСВ) с применением микробиологических деструкторов.
Исследования проводилось на полевой площадке для компостирования во ВНИИОУ в 2010-2011 гг. В качестве сырья для компостирования использовали осадки сточных вод (ОСВ) очистных сооружений города Владимира и опилки хвойных пород в качестве наполнителя.
В работе использовался осадок, полученный для исследования в июне 2010 г. В первой серии экспериментов, проводимых в сентябре 2010 г., исполь зовался осадок, предварительно пролежавший на площадке в течение 4 месяцев (включая летний период). Во второй серии экспериментов (апрель 2011 г.) – осадок, который пролежал 10 месяцев, включая летний и зимний период.
По своим агрохимическим характеристикам используемый в опытах ОСВ, в целом, был близок усредненным показателям для очистных сооружений города Владимира (табл.1).
Таблица 1. Агроэкологическая характеристика ОСВ Содержание Валовое Влаж- Золь- подвижных форм, Вариант содержание, % мг/кг ность ность pHKCL % % N P2O5 K2O N-NO3 P2O5 K2O Средние характерис- 75,0 40,6 2,2 2,2 0,44 7,8 1100 145 7, тики свежего ОСВ 4, г. Владимира (n=4) ОСВ 76,0 51,0 2,57 3,05 0,54 4,5 1050 154 6, июнь 2010 г.
ОСВ 75,6 54,6 2,50 2,4 0,56 4,4 1050 158 6, сентябрь 2010 г.
ОСВ 75,0 56,3 2,58 2,7 0,57 5,7 2464 169 6, апрель 2011 г.
Исходные показатели свежего используемого ОСВ (июнь 2010 г.) харак теризуются повышенными (по сравнению со средними значениями для ОСВ города Владимира) значениями зольности (51%) и валового содержания азота (2,57%), фосфора (3,05%) и калия (0,54%).
Содержание подвижных форм фосфора и калия не имело достоверных различий от средней характеристики ОСВ, содержание нитратного азота – в 1, раза ниже. Осадок характеризуется нормальной реакцией среды, при отклоне нии от средних значений на 0,7 pHKCL.
За первые три (летние) месяца хранения осадка в нем отмечается значи тельная потеря органического вещества и повышение зольности (на 7% от зольности исходного ОСВ). Содержание подвижных форм питательных эле ментов и pH меняются незначительно.
В последующие 6 месяцев (включая зимний период) отмечается замедле ние процесса минерализации органического вещества ОСВ (с возрастанием зольности на 3 %) и резкое увеличение содержания подвижного фосфора – в 2, раза.
По валовому содержанию тяжелых металлов (табл. 2) осадок характери зуется как слабо загрязненный (нормативы ГОСТ РФ): без превышений ПДК для ОСВ (0,02 0,19 ПДК);
но по отношению к ОДК первой группы почв зафик сированы превышения концентраций тяжелых металлов практически для всех элементов (1,2 - 2,4 ОДК), кроме свинца (0,85 ОДК). Содержание подвижных форм тяжелых металлов значительно ниже существующих ПДК для ОСВ и ОДК для первой группы почв (0,13 - 0,46 ОДК).
Таблица 2 Содержание тяжелых металлов в ОСВ Виды удобрения Тяжелые металлы Pb Cd Cu Zn Ni Cr Mn Hg As Валовое содержание, мг/кг Осадок 27,4 1,2 66 94,1 27,6 96,1 317,3 0,17 0, ПДК ОСВ I гр. 250 15 750 1750 200 500 - 7,5 ОДК почвы I гр. 32 0,5 33 55 20 80 - - Подвижные формы, мг/кг Осадок 1,92 0,2 1,39 3,16 1,25 0,95 57 - ПДК ОСВ I гр. 6 - 3 23 4 - - - ПДК почвы I гр. 6 0,5 3 23 4 6 - - Используемые в качестве органосодержащего наполнителя древесные опилки хвойных пород (традиционно получаемые с мебельной фабрики) харак теризуются пониженной влажностью (24%), высоким содержанием углерода (49%). Высокая поглотительная способность опилок позволяет существенно снизить общую влажность получаемого компоста.
Компостирование проводилось в буртах с размером 1х1х1,5м, объемом 1,5 м, в которых содержится около 1 т компостной смеси. Соотношение осадка к опилкам равно 1:0,16 по массе на натуральную влажность и 1:0,548 при расчете по сухому веществу. Микробиологические препараты применяли в дозе 20 л препарата (в разбавлении 1:10 коммерческих препаратов) на 1 т сухого вещества, с концентрацией препаратов 5х185КОЕ/г для БАРКОНА и 5х109КОЕ/г для БИОФОРСЕ.
Компостирование продолжалось в течение года, при этом в первые два месяца компостируемую смесь еженедельно перемешивали для поддержания оптимального температурного режима.
Процесс компостирования смеси ОСВ с опилками при добавлении микро биологических деструкторов протекает в термофильном режиме с температур ным максимумом, наблюдаемом на 27-29 сутки (рис. 1). Микробиологические добавки оказали существенно влияние на интенсивность биотермического про цесса компостирования ОСВ с опилками. Максимальная температура в случае контроля составила 42оС, в компостах с препаратом БИОФОРСЕ она повыша лась до 48оС, с препаратом БАРКОН – до 52оС.
Температурный режим компостирования, о С С 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 Время эксперимента сутки Контроль, БАРКОН, Т емпература воздуха BIOFORCE, Рис. 1. Температурный режим компостирования ОСВ с опилками в качестве наполнителя и биопрепаратами.
Температура выше 26оС (пороговой температуры между внешней средой и началом мезофильного режима компостирования) на варианте контроля сохраняется 34 дня. При применении препарата БИОФОРСЕ отмечается его увеличение на 2 дня, а в случае препарата БАРКОН – на 5 дней. Ещё более четкие отличия проявляются при анализе длительности периода с температу рами выше 35 и 45оС. В случае контроля количество дней с превышением температуры 35оС составило 12 дней, с БИОФОРСЕ – 18 дней, а с БАРКОН – 30 дней (т.е. 2,5 раза больше, чем на контроле). Превышение температуры 45оС отмечается только в вариантах с биопрепаратами: 3 дня в компосте с препаратом БИОФОРСЕ и 6 дней – с препаратом БАРКОН.
Выявленная динамика температурного режима свидетельствует о наи более высокой минерализующей активности микрофлоры в компосте с микро биологическим препаратом БАРКОН, который устойчиво поддерживает досто верно более высокую температуру – по сравнению с контролем.
Длительность повышенной температуры компостирования – очень важ ный фактор обеззараживания компостов от болезнетворных микроорганизмов.
Проведенные исследования санитарно-экологического состояния исследуемых ОСВ и компостов выявили сохранение их неудовлетворительного качества по содержанию болезнетворных микроорганизмов во всех вариантах проведенных исследований (табл. 3). Остается актуальной задача дальнейшего наращивания и устойчивого сохранения повышенных температур (до 62оС) в процессе компостирования – при обеспечении минимального объема побочных потерь органического вещества ОСВ и сопряженных выбросов парниковых газ.
Таблица 3. Санитарно-гигиенические показатели исследуемых ОСВ и компостов.
Влажность, Титр анаэробных Наличие Вариант Коли-титр клостридий сальмонеллы % Сентябрь 2010 г.
Осадок присутствуют 75,6 0,001 0, Компост контроль присутствуют 74,2 0,001 0, Компост с присутствуют 73,2 0,001 0, БАРКОН Компост с присутствуют 76 0,001 0, БИОФОРСЕ Апрель 2011 г.
Осадок присутствуют 76 0,001 0, Компост контроль присутствуют 77 0,001 0, Компост с присутствуют 69 0,001 0, БАРКОН Компост с присутствуют 77 0,001 0, БИОФОРСЕ СанПиН отсутствует 75 1 0, 2.1.7.573- Используемые для компостов ОСВ характеризуются (табл. 4) относи тельной высокой зольностью (51,0%) и валовым содержанием калия (0,54%), повышенным содержанием азота (2,17%) и фосфора (3,05%). По содержанию подвижных форм основных элементов питания осадок отличается пониженным содержанием нитратного азота (4,5 мг /кг N - NO3), очень высоким содержанием подвижного фосфора (1019 мг/кг PO) и обменного калия (154 мг/кг KO).
Таблица 4. Агрохимические характеристики исследуемых ОСВ и компостов.
Вес Валовое Содержание подвиж Золь Вариант ком- ных форм, мг/кг содержание, % поста, ность pHKCL % N P2O5 K2O N-NO3 P2O5 K2O кг Исходные материалы компоста Используемый 51,0 2,17 3,05 0,54 4,5 1050 154 6, для компостов 0,7 ОСВ (n=3) Опилки 1,6 1,02 0,40 0,12 4, (наполнитель) Свежие компостные смеси К25 Контроль 1000 27,8 1,28 2,24 0,28 2,2 904 136 6, К25 БАРКОН 1000 28,0 1,26 2,30 0,27 2,4 916 127 6, К25БИОФОРСЕ 1000 27,6 1,29 2,24 0,24 2,7 912 138 6, Состояние компостов Сентябрь 2010 г.(3 месяца компостирования) К25 Контроль 775 32,8 1,38 2,84 0,29 4,8 1904 169 7, К25 БАРКОН 810 32,9 1,32 2,76 0,32 4,4 1579 142 7, К25 БИОФОРСЕ 830 34,4 1,45 2,76 0,34 4,9 1661 159 7, Состояние компостов Апрель 2011 г.(10 месяцев компостирования) К25 Контроль 610 34 1,33 2,56 0,37 5,7 1697 182 6, К25 БАРКОН 645 34,5 1,26 2,44 0,36 6,7 1741 163 6, К25 БИОФОРСЕ 662 34,3 1,43 2,49 0,42 7,1 1750 164 6, Чрезмерно высокое содержание подвижных форм фосфора осложняет применение ОСВ в качестве удобрения – наряду с его сильной обсеменённо стью патогенной микрофлорой и высоким содержанием тяжелых металлов.
Частичному улучшению агроэкологического качества осадка способству ют применяемые в качестве наполнителя при компостировании ОСВ опилки хвойных пород, которые характеризуются низкой зольностью (1,6%), понижен ным содержанием азота (1,02%), фосфора (0,4%) и калия (0,12%). Их исполь зование позволяет нормализовать основные показатели осадка (табл. 4).
Содержание элементов питания и их соотношение в свежих компостах существенно отличается от ОСВ. В сравнении с осадком, компост-контроль характеризуется пониженными значениями зольности (27,8%), содержанием азота, фосфора (соответственно – в 1,7 и 1,4 раза). В свежем компосте также отмечено значительно снижение (по сравнению с ОСВ) содержания подвижных форм азота (=2,3 мг/кг N-NO3), фосфора (=146 мг/кг PO) и калия (= мг/кг KO) Свежие компосты с добавлением биопрепаратов-деструкторов достовер но не отличаются от контрольного варианта компоста по зольности, содер жанию валового калия и подвижных форм фосфора. В то же время, свежий компост с БАРКОН характеризуются незначительным снижением обменного калия (на 9 мг/кг KO), и оба варианта компостов с биопрепаратами – незна чительным повышением содержания нитратного азота, подвижного фосфора и частичной нейтрализацией реакции среды (=0,2 pHKCl).
Для учета потери массы при компостировании в компостную смесь были заложены марлевые пакеты с 1 кг компоста, которые взвешивали при закладке и по завершению компостирования. Через 3 месяца компостирования масса компоста в контроле сократилась на 22,5 % – 225 кг в пересчет на общую массу бурта, по сравнению со свежим осадком (рис. 2).
масса компоста в кг КОНТРОЛЬ БАРКОН БИОФОРСЕ апрель 2011г. сентябрь 2010г. апрель 2011г.
Рис. 2. Динамика потери в массе исследуемых компостных смесей.
Масса компоста в том же варианте в зимний период сократилась до кг, общие потери составили 390 кг. В экспериментах с биопрепаратами отмечается некоторое снижение скорости минерализации (и уменьшения массы) компостов: на 190 и 165 кг (19 и 16,5 %) – в случае БАРКОН, и на 170 и 168 кг – в случае БИОФОРСЕ. Таким образом, для варианта компостирования с БИОФОРСЕ характерны как минимальные потери веса, так и их наиболее равномерный характер, что косвенно свидетельствует об относительно устой чивом функционировании микробиоты.
После трех месяцев компостирования наблюдается значительное повы шение концентрации в компосте зольных элементов (на 4 абсолютных или относительных %), двукратное увеличение содержания нитратного азота и под вижного фосфора, нейтрализация реакции среды до 7,0 pHKCl (см. табл. 4).
Трехмесячные компосты с добавлением микробиологических деструкто ров характеризуются пониженным (относительно контроля) содержанием под вижного фосфора и обменного калия. Максимальное различие с контролем отмечаются: по содержанию зольных элементов и валового азота – у компоста с БИОФОРСЕ (повышение концентраций);
а по содержанию нитратного азота, подвижных форм фосфора и калия – у компоста с БАРКОН (снижение кон центраций). В десятимесячном компосте наблюдается дальнейший рост кон центрации зольных элементов и калия, с некоторым понижением валового фосфора.
Постепенное повышение при компостировании значения реакции среды (рНKCl) является следствием ускоренной минерализации органической части компоста с повышением содержания зольных частиц (рис.3). Отдельно отметим отличия в сезонной динамике реакции среды ОСВ и контрольного компоста, где четко выражено временное подкисление после трех месяцев компости рования. В компостах с биопрепаратами-деструкторами, наоборот, в этот период наблюдаются максимальные в эксперименте нейтральные значения рН.
Динамика изменения pH 7, 6, 6, pH 6, 6, 6, 6, 6, июнь июль сентябрь Апрель 2011г.
ОСВ КОНТРОЛЬ БАРКОН БИОФОРСЕ Рис. 3. Динамика изменения pH в осадке и компостах В результате компостирования наблюдается значительное снижение содержания в компостах большинства тяжелых металлов – в сравнении с осадком (табл. 5). Более высокое содержание ионов тяжелых металлов отме чено в компосте с БАРКОН: концентрации цинка, никеля и меди – соответ ственно, на 9,3;
5,1 и 4,1 % выше, чем в контрольном варианте. Возможно, это связано с большей степенью минерализации в термофильных фазах. Наимень шее содержание ТМ отмечалось в компосте с БИОФОРСЕ. Следует отметить, что валовое содержание тяжелых металлов во всех компостах оказалось значи тельно ниже ПДК для ОСВ (0,05 - 0,12 ПДК). Содержание подвижных форм ТМ – значительно ниже ПДК для ОСВ и первой группы почв (0,08 - 0,49 ПДК).
По суммарному влиянию на валовое содержание ТМ и содержание в компосте их подвижных форм наилучшие показатели получились у компоста с препа ратом БИОФОРСЕ.
Таблица 5. Содержание подвижных форм ТМ в ОСВ и компостах, мг/кг сухого вещества.
Тяжелые металлы, мг/кг Варианты* Pb Cd Cu Zn Ni Cr Mn Валовое содержание Осадок 27,4 1,20 66,0 94,1 27,6 96,1 317, Компост-контроль 23,7 0,93 46,4 84,6 17,7 74,8 265, Компост с БАРКОН 22,7 0,85 46,9 83,3 16,1 70,5 262, Компост с БИОФОРСЕ 19,2 0,82 44,1 82,8 15,1 61,0 249, ОДК ОСВ I гр. 250 15 750 1750 200 500 ОДК/ПДК почвы I гр. 130 2,0 132 220 80 90 Подвижные формы Осадок 1,92 0,20 1,39 3,16 1,25 0,95 Компост-контроль 0,74 0,09 0,98 3,01 0,68 0,48 Компост с БАРКОН 0,73 0,18 1,49 3,12 1,19 0,98 Компост с БИОФОРСЕ 0,69 0,13 1,02 2,97 0,95 0,62 ПДК ОСВ I гр. 6 - 3 23 4 - ПДК почвы I гр. 6 0,5 3 23 4 6 * для ОСВ данные на июнь 2010 г. (закладка опыта), для компостов – на сентябрь 2010 г.
Глава 4. Влияние осадка сточных вод и биологически модифицированных компостов на агроэкологические свойства дерново подзолистой супесчаной почвы Влияние ОСВ и компостов на его основе на основные характеристики дерново-подзолистых супесчаных почв исследовалось на протяжении двух лет в мелкоделяночном опыте на Опытном поле ВНИИОУ. Внесение ОСВ и компостов на их основе существенно увеличило содержание доступных форм нитратного азота в почве (рис. 4).
Содержание нитратного азота (N - NO3) в фазе всходов увеличивалось, в сравнении с контрольным вариантом, на 34-65 % и было максимальным в вари анте с применением компоста с БАРКОН – 26,2 мг/кг (рис. 4). Из-за низкой влажности почвы в фазах осеннего кущения (7-9 %) и выхода в трубку (4,9 5,6%) содержание этой формы азота было очень незначительным – вплоть до предела обнаружения. Нитрификация затухала и вновь выровнялась в фазу колошения. В фазу колошения содержание N - NO3 в вариантах с компостами было ниже, чем в контрольном варианте и варианте с ОСВ, что объясняется более интенсивным использованием N - NO3 повышенной биомассой растений.
мг/кг Контроль ОСВ Компост Компост с Компост с контроль БАРКОН БИОФОРСЕ всходы кущение выход в трубку колошение Рис. 4. Динамика содержания нитратного азота в пахотном горизонте под озимой пшеницей (на абсолютно сухое вещество).
Содержание азота в аммиачной форме было низким во всех фазах развития пшеницы и по вариантам различалось мало (Касатиков и др., 2011;
2012). Контрольный вариант без использования ОСВ характеризуется невы соким содержанием минеральных форм азота в фазе всходов озимой пшеницы и их резким снижением – в последующих ( рис. 4).
В случае применения ОСВ происходит трехкратное повышение содер жания минерального азота в фазе всходов, в результате даже его последующее резкое снижение не сопровождается дефицитом минеральных форм азота.
Замена ОСВ компостом сопровождается двукратном снижением стартового содержания азота в фазе всходов (тем не менее, оно в полтора выше, чем в варианте контроля).
кг/га Контроль ОСВ Компост Компост с Компост с контроль БАРКОН БИОФОРСЕ всходы кущение выход в трубку колошение Рис. 4. Динамика запасов содержания минеральных форм азота в пахотном горизонте дерново-подзолистой почвы под озимой пшеницей, кг/га.
Суммарные запасы минерального азота в течение вегетационного пери ода в пахотном горизонте почвы не превышали 12 кг/га в фазу кущения. В варианте с БИОФОРСЕ отмечаются наиболее высокие значения минерального азота среди компостов в фазе всходов и наиболее равномерное его распределе ние по фазам кущение-выход в трубку-колошение.
Таким образом, внесение в супесчаную дерново-подзолистую почву све жего органического вещества с ОСВ и компостами способствовало суще ственному повышению содержания в ней минеральных форм азота – не выходя за пределы экологически допустимых значений (рис. 4).
В течение всей вегетации наибольшее содержание нитратного азота отмечалось на варианте с внесением ОСВ. Компостирование ОСВ способ ствовало сезонной стабилизации пула минерального азота в пахотном гори зонте исследуемой дерново-подзолистой почвы легкого гранулометрического состава. Наилучшее последействие отмечается в варианте применения компо ста с биопрепаратом БИОФОРСЕ.
Разовое внесение органоминеральных удобрений на основе ОСВ в дозах 30 т/га оказало существенное, но неоднозначное влияние на целый ряд агро химических свойств исследуемой супесчаной дерново-подзолистой почвы (табл. 6).
Таблица 6. Агрохимическая характеристика пахотного горизонта дерново подзолистой супесчаной почвы (озимая пшеница, 2011).
Вариант Год Ca..+Mg...
Cобщ., N PO KO pHKCl Hгидр. E V,% опыта анализа % мг/кг мг.-экв./100 г Контроль 2010 г.* 0,834 172 260 256 6,1 0,5 6,00 6,50 92, 2011 г.** 0,824 29 230 262 6,1 0,54 5,02 5,56 ОСВ 30 т/га 2010 г.* 0,767 263 220 280 6,1 0,49 5,58 6,07 2011 г.** 0,848 41 350 278 6,2 0,76 5,50 6,26 Компост 2010 г.* 0,764 267 210 282 6,2 0,49 5,57 6,16 контроль 30 т/га 2011 г.** 0,835 27 340 284 6,2 0,69 5,78 6,47 Компост 2010 г.* 0,854 271 300 290 6,2 0,48 5,74 5,92 БАРКОН 30 т/га 2011 г.** 1,026 24 490 295 6,3 0,68 5,58 6,26 Компост 2010 г.* 0,766 279 300 273 6,2 0,43 5,63 6,06 БИОФОРСЕ 30т/га 2011 г.** 1,045 25 360 284 6,4 0,56 5,67 6,23 Примечание: * – август 2010 г. – до закладки опыта, ** – июль 2011 г. – сразу после уборки озимой пшеницы.
Прежде всего, следует отметить увеличение содержания Cобщ. – макси мально выраженное в вариантах применения компостов с микробиологичес кими добавками. Так в варианте с использованием компоста с БАРКОН содержание Cобщ. возросло на 16,7 относительных %, в случае с БИОФОРСЕ – даже на 26,6 отн. %. Данная зависимость обусловлена более интенсивной гумификацией органического вещества компостов с изучаемыми микробиоло гическими добавками и проявляется в большей степени при осеннем внесении компостов.
Среди подвижных форм основных элементов питания максимальной по ложительной динамикой характеризуется содержание подвижного фосфора, возрастающее в результате применения компостов и ОСВ от 1,2 до 1,6 раз.
В результате применения ОСВ и компостов несколько повышается значе ние pHKCl,но одновременно незначительно повышается гидролитическая кис лотность, и снижается степень насыщенности почвенного поглощающего ком плекса. По совокупности проанализированных агрохимических и физико-хими ческих характеристик почв наиболее благоприятные изменения отмечаются в варианте компоста с БИОФОРСЕ.
Содержание тяжелых металлов в применяемых ОСВ и компостах, по большинству элементов, существенно ниже ОДК, поэтому их применение в качестве органоминерального удобрения под озимую пшеницу не привело к значительному повышению экологической нагрузки на почву (табл. 7).
Таблица 7. Влияние компостов на основе ОСВ на содержание ТМ в пахотном горизонте супесчаной дерново-подзолистой почвы под озимой пшеницы, 2011 г.
Элементы Вариант Zc Cd Cu Cr Ni Pb Zn Валовое содержание Контроль 0,38 2,62 4,55 4,87 9,23 27,19 0,52 3,43 4,90 5,04 11,41 37, ОСВ 30 т/га 2, 1,4* 1,3 1,1 1,0 1,2 1, 0,45 3,21 4,59 4,95 11,33 35, Компост без добавок 30 т/га 1, 1,2 1,2 1,0 1,0 1,2 1, 0,49 3,34 4,67 5,02 11,38 35, Компост с БАРКОН 30 т/га 2, 1,3 1,3 1,0 1,0 1,2 1, 0,47 3,27 4,60 4,98 11,35 36, Компост БИОФОРСЕ 30т/га 1, 1,2 1,2 1,0 1,0 1,2 1, ОДК в почве, мг/кг 2 132 90 80 130 Подвижные формы Контроль 0,10 0,12 0,12 0,32 0,52 0,74 0,14 0,15 0,14 0,41 0,72 0, ОСВ 30 т/га 2, 1,4 1,2 1,2 1,3 1,4 1, 0,12 0,14 0,13 0,34 0,60 0, Компост без добавок 30 т/га 1, 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1, 0,13 0,15 0,14 0,33 0,64 0, Компост с БАРКОНОМ 30 т/га 2, 1,3 1,2 1,2 1,0 1,2 1, 0,13 0,14 0,13 0,36 0,68 0, Компост с БИОФОРСЕ 30т/га 2, 1,3 1,2 1,1 1,1 1,3 1, ОДК в почве, мг/кг 0,5 3,0 6,0 4,0 6,0 23, * - В числителе – содержание ТМ, мг/кг;
в знаменателе – Кс – коэффициент накопления ТМ.
Максимальное значение показателя суммарного валового загрязнения почвы составили 2,4 при применении ОСВ, при существенном снижении (до 1,9-2,1) в вариантах применения компостов. Увеличение содержания подвиж ных форм элементов-загрязнителей в пахотном горизонте почвы было также незначительным (с Zc=2,8 при применении ОСВ), с более контрастным сниже нием показателя суммарного загрязнения в вариантах применения компостов.
Глава 5. Сравнительный анализ влияния исследуемых компостов на основе ОСВ, с использованием микробиологических препаратов (БАРКОН, БИОФОРСЕ), на урожайность культур и качество растительной продукции.
Компосты и ОСВ оказали достоверное положительное влияние на уро жайность и качество выращиваемых в опыте зерновых культур (табл. 8).
Достоверные прибавки урожайности озимой пшеницы получены в размере 37 46 % к контролю. При этом не выявлено преимущественного влияния на уро жайность компостов с микробиологическими добавками – в сравнении с традиционными способами компостирования ОСВ с опилками.
Таблица 8. Урожайность озимой пшеницы Заря Масса Прибавка Урожайность, Сырой Вариант г/м2 белок, % г/м зерен, г % Контроль 246 - - 48,54 11, ОСВ 30 т/га 352 106 43 49,76 10, Компост без добавок 30 т/га 359 113 46 47,42 10, Компост с БАРКОН 30 т/га 340 94 38 47,45 10, Компост с БИОФОРСЕ 30 т/га 336 90 37 49,38 11, HCP05, г/м2 29,4 1, Применение ОСВ в дозе 30 т/га под озимую пшеницу обеспечило существенную разницу урожая ( в сравнении с контролем), равную 106 г/м или 41,4 %, а с изучаемыми компостами эта разница составила от 90 до 113 г/м.
Достоверная прибавка зерна к контролю без удобрений получена на варианте с применением компоста, приготовленного обычным способом – 45,9 %, при прибавках в 38,2 % для компоста с добавлением БАРКОН и 37,2 % – для компоста с добавлением БИОФРСЕ.
По содержанию белка наилучшие результаты получены в варианте при менения компоста с БИОФОРСЕ: на 12-19 относительных % выше, чем в дру гих вариантах с компостами, и на 7 отн. % выше, чем на контроле – со зна чительно более низкой урожайностью пшеницы.
Химический анализ растений ( табл. 9) показал, что в зерне озимой пшеницы значительно увеличилось содержание азота при внесении ОСВ – на 0,31 %. В 2 из 3 вариантов с применением компостов содержание N было даже несколько ниже, чем в контроле: 1,93-1,68 %. Содержание этого элемента в соломе на всех вариантах изменялось незначительно по отношению к контролю. Заметно повышено содержание фосфора в зерне (до 17 относитель ных %) и калия – в соломе (до 30 относительных %). Расчеты показали, что коэффициент использования калия из удобрений составил 57-79 %.
Таблица 9. Химический состав растений озимой пшеницы, % В зерне В соломе Вариант N P2O5 K2O N P2O5 K2O Контроль 1,94 0,91 0,48 0,43 0,10 1, ОСВ 30 т/га 2,25 0,93 0,47 0,44 0,13 1, Компост контроль 30 т/га 1,88 1,00 0,48 0,45 0,12 1, Компост с БАРКОН 30 т/га 1,68 1,06 0,50 0,44 0,23 1, Компост с БИОФОРСЕ 30 т/га 1,93 1,00 0,53 0,39 0,13 1, По характеру и сбалансированности изменения содержания основных элементов питания в зерне наилучшие показатели были получены в варианте применения компоста с добавлением БИОФРСЕ.
Применение ОСВ и компостов в качестве удобрений с дозой сухих ве ществ около 12-15 т/га повышает концентрацию тяжелых металлов в почве, но их невысокое фоновое содержание и повышенная абсорбционная способность применяемых компостов не допускают превышений в сельскохозяйственной продукции (зерно, солома) предельно допустимых концентраций ТМ (табл. 10).
Содержание ТМ в зерне и соломе существенно ниже МДУ. Наибольшее увеличение интегрального показателя загрязнения тяжелыми металлами Zc в зерне вызвали хром и свинец. Содержание Cr в зерне возросло с 0,07 мг/кг на контроле до 0,17 мг/кг при применении ОСВ и до 0,13 мг/кг при применении компостов. Замена ОСВ компостами позволяет снизить интегральный пока затель загрязнения зерна ТМ до 2 раз – в вариантах компостов с биопрепара тами-деструкторами.
Содержание поступления ТМ в соломе выше, чем в зерне (наибольший рост наблюдается при внесении ОСВ), и понижающий загрязнение эффект замены ОСВ компостами в этом случае проявляется гораздо слабее. Тем не менее, ни в одном варианте опыта не отмечается превышения МДУ для сочных и грубых кормов.
Таблица 10. Содержание ТМ в растениях озимой пшеницы в мг/кг, 2011 г.
Элементы Вариант Zc Cd Cu Cr Ni Pb Zn Зерно Контроль 0,186 3,48 0,07 0,16 0,13 33,65 0,197 6,35 0,17 0,28 0,27 41, ОСВ 30 т/га 5, 1,1 1,8 2,4 1,8 2,1 1, 0,171 4,47 0,12 0,26 0,21 34, Компост-контроль, 3, т/га 1 1,3 1,7 1,6 1,6 0,177 4,54 0,11 0,23 0,17 35, Компост с БАРКОН, 2, 30 т/га 1 1,3 1,6 1,4 1,3 0,174 4,19 0,13 0,21 0,19 34, Компост с 2, БИОФОРСЕ, 30т/га 1 1,2 1,9 1,3 1,5 Солома Контроль 0,164 1,07 0,07 0,45 0,44 9,23 0,23 2,84 0,1 0,74 0,57 29, ОСВ 30 т/га 6, 1,4 2,6 1,4 1,6 1,3 3, 0,191 2,47 0,09 0,65 0,53 24, Компост-контроль, т/га 1,2 2,3 1,3 1,4 1,2 2, 0,204 2,64 0,09 0,66 0,49 24, Компост с БАРКОН, 5, 30 т/га 1,2 2,5 1,3 1,5 1,1 2, 0,213 2,69 0,09 0,69 0,51 25, Компост с 5, БИОФОРСЕ, 30т/га 1,3 2,5 1,3 1,5 1,2 2, МДУ (сочные и 0,3 30 0,5 3 5 грубые корма), мг/кг *В числителе – содержание ТМ, мг/кг;
в знаменателе – Кс – коэффициент накопления ТМ.
Выводы 1. Ежегодно растущие объемы производства осадков сточных вод и крайне низкие, по сравнению с развитыми странами, объемы их наиболее экологически эффективной сельскохозяйственной утилизации в России актуализируют зада чи агроэкологических исследований технологий применения ОСВ и их после действия на качество получаемой при этом сельскохозяйственной продукции и почв. Это особенно актуально для почв легкого гранулометрического состава, с пониженным уровнем эффективного плодородия и экологической емкости к антропогенным воздействиям.
2. Проведенные исследования состава осадка сточных вод (ОСВ) города Владимира и компостов, получаемых на их основе с использованием в качестве наполнителя опилок хвойных пород и микробиологических препаратов деструкторов, показали хорошую эффективность последних для ускорения биотермического процесса компостирования – на 8-9 суток (14% стандартного периода), с устойчивым значительным повышением температуры компости рования – на 8-12С.
3. Компостирование ОСВ с применением опилок хвойных пород в ка честве наполнителя и исследуемых микробиологических препаратов позволяет существенно улучшать агроэкологическое качество получаемых компостов:
снижение валового содержания азота с 2,17 до 1,56%, фосфора – с 3,05 до 2,24%, и уменьшение валового содержание и содержания подвижных форм тяжёлых металлов – в среднем, в 1,5 раза.
4. Применение разовых повышенных доз компостов на основе ОСВ с микробиологическими деструкторами (30 т/га, или 12-15 т/га сухого вещества) на пахотных дерново-подзолистых супесчаных почвах Владимирской Мещеры способствовало значительному повышению содержания в них органического углерода (до 16-27 относительных % ) и подвижного фосфора ( в среднем, на мг/кг P2О5) – без значимых отрицательных воздействий на агроэкологическое качество почв (содержание нитратного азота и тяжелых металлов сохраняется в рамках допустимых значений).
5. Применение компостов и ОСВ оказало достоверное положительное влияние на урожайность и качество выращиваемой в опыте озимой пшеницы.
Достоверная прибавка зерна к контролю без удобрений получена на варианте с применением компоста, приготовленного обычным способом – 45,9 %, при прибавках в 38,2 % для компоста с добавлением БАРКОН и 37,2 % – для компоста с добавлением БИОФРСЕ. В варианте применения компоста с БИО ФОРСЕ получены наилучшие результаты по содержанию белка: на 12- относительных % выше, чем в других вариантах с компостами, и на 7 отн. % выше, чем на контроле – со значительно более низкой урожайностью пшеницы.
6. Сравнительный анализ эффективности применения двух исследуемых микробиологических препаратов (БАРКОН и БИОФОРСЕ) показал более высокий суммарный агроэкологический эффект применения БИОФОРСЕ:
среднее превышение температуры компостирования на 7-12С, более сбаланси рованный и устойчивый характер содержания подвижных форм NPK, наимень шие и равномерные потери веса компоста при его длительном созревании-хра нении, максимальную стабилизацию содержания подвижных форм тяжелых металлов, и лучшее последействие применения компоста на агроэкологическое качество супесчаных дерново-подзолистых почв и зерна озимой пшеницы.
7. Дополнительных агроэкологических исследований требуют вопросы дальнейшего повышения температуры компостирования для обеззараживания компостов от болезнетворных микроорганизмов и снижения отрицательного агроэкологического последействия многократного применения повышенных доз компостов ОСВ на бедных дерново-подзолистых почвах легкого грануло метрического состава.
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ 1. Рауэлиаривуни А.С., Васенев И.И., Касатиков В.А. Агроэкологическая оценка последействия обогащенных микробиологическими деструкторами компостов на основе ОСВ на дерново-подзолистую супесчаную почву Владимирской Мещеры // Агрохимический вестник. 2013. № 2. С. 43-46.
Материалы в сборниках трудов конференций:
2. Рауэлиаривуни А.С., Васенев И.И. Экспериментальные обеспечения агро экологической оценки воздействия компоста на основе осадков сточных вод на дерново-подзолистые почвы // Материалы международной конфе ренции молодых ученых, посвященной 145-летию Академии имени К.А.
Тимирязева. 2010. Т.1., с. 126.
3. Касатиков В.А., Рауэлиаривуни А.С., Шабардина Н.П. Влияние биологи чески модифицированных компостов на макро- и микроэлементный сос тав зерновых культур и их урожайность // Биологизация адаптивно-ланд шафтной системы земледелия – основа повышения плодородия почвы, роста продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранения окру жающей среды: Материалы Всероссийской научно-практической конфе ренции Белгородского НИИИСХ РАСХН. 2012. Т. 2. С. 111.
4. Касатиков В.А., Рауэлиаривуни А.С., Шабардина Н.П. Влияние биологи чески модифицированных компостов на агробиологические и экологи ческие свойства почвы // Материалы Всероссийской юбилейной научно– практической конференции «Научное обеспечение земледелия СКФО», посвященной 100– летию Ставропольского НИИСХ. 2011. С. 234-235.
5. Касатиков В.А. Рауэлиаривуни А.С., Шабардина Н.П. Влияние биологи чески модифицированных компостов на агрохимический состав почвы, макроэлементный состав зерновых культур и их урожайность // Материа лы координационного совещания «Высокоэффективные системы исполь зования органических удобрений и возобновляемых биологических ресурсов». ВНИИОУ, 2012. С. 48-51.