Введение к работе
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.
