Введение к работе
Актуальность темы. Тяжелые металлы (ТМ) встречаются во всех объектах окружающей среды и являются одним из основных компонентов её антропогенного загрязнения. Постоянными источниками поступлений тяжелых металлов в почву и растения, наряду с другими загрязнителями, являются используемые для орошения сточные воды.
Для снижения негативного воздействия сточных вод на окружающую среду необходимо совершенствовать систему их очистки и предусматривать наиболее эффективное направление их утилизации. Мировой опыт сельскохозяйственного использования сточных вод показывает, что около 60% имеющихся стоков пригодны для орошения. В Египте сточные воды используются в недостаточных объемах без оценки их качества и пригодности для орошения сельскохозяйственных культур. Исследования по многолетнему внесению городских сточных вод и их влиянию на загрязнение почв и растений тяжелыми металлами практически отсутствуют. Имеющиеся публикации по тяжелым металлам при утилизации сточных вод посвящены в основном влиянию их на дикорастущие растения, и в гораздо в меньшей степени - на сельскохозяйственные культуры. В связи с этим изучение влияния длительности орошения сельскохозяйственных культур городскими сточными водами на загрязнение почв и растений тяжелыми металлами в условиях Египта является актуальной проблемой, как для защиты водных источников от загрязнения, так и для воспроизводства и повышения плодородия почв, урожайности сельскохозяйственных культур при сохранении в допустимых пределах качества продукции
Цель и задачи исследований. Основной целью исследования являлась комплексная оценка многолетнего внесения сточных вод г. Александрия и их влияние на загрязнение аллювиальных и пустынных желто-бурых почв тяжелыми металлами, питательный режим, урожайность кукурузы на зеленую массу и качество кормовой продукции.
Для выполнения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Изучен химический состав сточных вод, дана их агроирригационная и санитарно-гигиеническая оценка;
-
Обоснован режим внесения городских сточных вод, обеспечивающий благоприятный водный режим аллювиальных и пустынных желто-бурых почв;
-
Изучен состав соединений тяжелых металлов и выявлено влияние многолетнего внесения сточных вод на загрязнение аллювиальных и желто-бурых почв тяжелыми металлами;
-
Установлено влияние многолетнего внесения городских сточных вод на питательный режим аллювиальных и пустынных желто-бурых почв;
5. Дана оценка влияния многолетнего внесения сточных вод на
урожайность кукурузы, возделываемой на зеленую массу, ее загрязнение
тяжелыми металлами, химический состав и качество продукции;
6. Определена энергетическая, эколого-экономическая и экономическая эффективность возделывания кукурузы на зеленую массу при внесении сточных вод.
Научная новизна работы. Изучен химический состав сточных вод г. Александрия, после их очистки на городских сооружениях и дана им комплексная агроирригационная и санитарно-гигиеническая оценка. Выявлено влияние многолетнего внесения сточных вод, на загрязнение аллювиальных и желто-бурых почв тяжелыми металлами, питательный режим и на растения кукурузы.
Описано поведение тяжелых металлов в системе «сточные воды - почва -растение». Определено содержание тяжелых металлов в сточных водах и почвах. Дана оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами при многолетнем внесении сточных вод. Изучен фракционный состав соединений тяжелых металлов в почвах. Показано, что при орошении сточными водами происходит интенсивная аккумуляция всех форм соединений тяжелых металлов в верхнем слое 0-20 см аллювиальной и пустынной почв, миграция Си и РЬ достигает глубины 40 см, a Cd - 1,0 м. Выявлено, что групповой состав тяжелых металлов изменяется в зависимости от вида металла, продолжительности внесения сточных вод и почвенных условий. Определены пределы изменений соединений тяжелых металлов и их удельный вес от суммы всех соединений. Выявлено, что в их составе доминируют прочно связанные соединения осадочной и остаточной фракций. Установлены уровни накопления и распределения тяжелых металлов по слоям в аллювиальной и желто-бурой почв в зависимости от длительности внесения стоков.
Установлено влияние сточных вод и длительности их использования на питательный режим почв. Составлены корреляционные зависимости содержания питательных элементов в почве от исходного содержания в почве и в сточной воде. Проведена оценка накопления тяжелых металлов в растениях кукурузы; выявлены закономерности и составлены корреляционные зависимости содержания тяжёлых металлов в зелёной массе кукурузы от их содержания в почве. Изучено влияние многолетнего внесения сточных вод на урожайность кукурузы, возделываемой на зеленую массу, химический состав и содержание нитратов в зеленой массе. Показано, что многолетнее орошение сточными водами приводит к загрязнению зеленой массы кукурузы кадмием.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Химический состав нормативно-очищенных сточных вод г. Александрия, их комплексная агроирригационная и санитарно-гигиеническая оценка и принципы экологической обоснованности их применения.
-
Групповой состав соединений тяжелых металлов, их распредение по слоям аллювиальной и желто-бурой почв при орошении городскими сточными водами.
-
Особенности и закономерности загрязнения аллювиальных и желто-бурых почв тяжелыми металлами и их подвижными соединениями при орошении сточными водами.
4. Воздействие поливов сточными водами на питательный режим
аллювиальной и желто-бурой почв. Корреляционные связи содержания
питательных элементов в почве в зависимости от их исходного содержания в
почве и в сточных водах.
5. Закономерности формирования урожайности кукурузы на зеленую массу, её
загрязнение тяжелыми металлами и качество кормовой продукции в
зависимости от длительности внесения городских сточных вод.
Практическая значимость работы. Утилизация городских сточных вод на полях орошения позволяет предотвратить их сброс в природные водные источники и не допустить их загрязнения тяжелыми металлами. Обоснована технология экологически безопасного внесения в почвы городских сточных вод. В острозасушливых условиях Египта при возделывании кукурузы на зеленую массу на аллювиальной почве оросительная норма составляет 6,8 тыс. м /га и на желто-бурой почве - 7,8 тыс. м3/га. Прибавка урожая кукурузы, возделываемой на зеленую массу в течение первых трех лет орошения сточными водами, по сравнению с контролем (полив речной и грунтовой водой) увеличивается в среднем на 6-7% за счет поступления в почву питательных веществ и микроэлементов со сточной водой, без заметного ухудшения качества кормовой продукции. При многолетнем орошении сточными водами происходит загрязнение почв и кормовой продукции тяжелыми металлами.
Результаты исследования могут быть использованы для разработки методических материалов по диагностике степени загрязнения почв и растений, питательного режима почв и условий питания растений в зависимости от химического состава сточных вод и длительности их использования.
Объекты и методика исследований. Объектом исследования являются сточные воды, прошедшие очистные сооружения г. Александрия, аллювиальные и пустынные желто-бурые почвы и посевы кукурузы, возделываемой на зеленую массу. Опыт закладывался в производственных условиях в соответствии с требованиями методики полевого опыта по Доспехову (1985). Лабораторные исследования по определению тяжелых металлов проводились по методикам, изложенным в работах Tessier et al (1979), Jeng and Bergserh (1992) и др. Статистическая обработка экспериментальных данных проведена методами математической статистики.
Апробация работы. Результаты экспериментальных исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях преподавателей, молодых ученых и аспирантов аграрных вузов РФ (РУДН) в 2009 и 2010 гг. и ежегодно на заседании кафедры почвоведения и земледелия РУДН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 4 работы в журналах, рекомендованных ВАК России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы, и изложена на 183 страницах машинописного текста, иллюстрирована 12
