Содержание к диссертации
Введение
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 8
1.1. Актуальность проблемы использования животноводческих стоков в сельском хозяйстве 8
1.2. Сельскохозяйственная оценка животноводческих стоков для орошения и схема их утилизации .
1.3. Современные способы и техника полива животноводческими стоками 16
1.4. Задачи исследований 26
2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ . 29
2.1. Почвенно-климатические условия 29
2.2. Схема полевых опытов и конструкция увлажнительной сети опытного участка 33
2.3. Методика проведения исследований 36
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОРОСИТЕЛЬНОЙ ВОДЫ 49
3.1. Химический состав животноводческих стоков 49
3.2. Мелиоративная оценка оросительной воды 52
4. РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ
ВНУТРИПОЧВЕННОГО ПОЛИВА 55
4.1. Элементы техники и технологии внутрипочвенного полива животноводческими стоками 55
4.I.I. Распределение влаги в почвенном профиле в зависимости от пьезометрического напора 55
4.1.2. Расчет увлажнительной сети и элементов поливного режима 70
4.1.3. Влияние поливов животноводческими стоками на заиление увлажнителей 80
4.1.4. Требования к некоторым параметрам при строительстве систем внутрипочвенного орошения 86
4.2. Динамика влажности почвы и поливной режим 93
4.3. Влияние режима орошения на структуру и урожай озимой пшеницы t 99
4.4. Рост и развитие корневой системы озимой пшеницы в зависимости от режима орошения
4.5. Водопотребление озимой пшеницы при разных режимах орошения Ю9
5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ВВУТРЙП0ЧВЕНН0Г0 ОРОШЕНИЙ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИМ СТОКАМИ НА ПОЧВУ И КАЧЕСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ 121
5.1. Режим орошения и качество зерна озимой пшеницы 121
5.2. Санитарно-гигиеническая оценка сельскохозяйственной продукции и почвы в зависимости от режима орошения. 127
5.3. Влияние орошения животноводческими стоками на физические, водно-физические свойства почвы и её плодородие . 130
5.4', Особенности режима орошения при использовании животноводческих стоков 137
6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНУТРИПОЧВЕННОГО ОРОШЕНИЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИМИ СТОКАМИ 143
ВЫВОДЫ 151
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 153
ЛИТЕРАТУРА 155
ПРИЛОЖЕНИЯ 174
- Актуальность проблемы использования животноводческих стоков в сельском хозяйстве
- Почвенно-климатические условия
- Химический состав животноводческих стоков
- Элементы техники и технологии внутрипочвенного полива животноводческими стоками
- Режим орошения и качество зерна озимой пшеницы
Актуальность проблемы использования животноводческих стоков в сельском хозяйстве
По подсчетам ученых, общие запасы воды на земле составляют 1,5 миллиарда кубических километров. Но только 0,6% всех водных ресурсов - 826 тыс.км3 - находится в озерах, реках, в почве, и, в то же время, эта.пресная вода распределяется по суше крайне неравномерно (139).
Быстрое развитие промышленности требует большого количества чистой пресной воды, а в сельском хозяйстве расходы пресной воды ещё больше. Так, на I га орошаемых земель требуется в сред 9 нем около 3 тыс.м3 воды. Для получения I т зерна необходимо более I тысм3 воды, риса - 4 тыс.м3, I т хлопка - сырца - около 10 тыс.м3. В дальнейшем с развитием орошения и увеличением урожая, будет увеличиваться и потребность воды.
Кроме того, в последние годы в Советском Союзе начали проектировать и строить крупные животноводческие комплексы, которые предусматривают содержание одновременно несколько десятков тысяч голов крупного рогатого скота или свиней. А это, в свою очередь, влечет за собой появление большого количества стоков (от 500 до 3000 м3. в сутки). Надежные и дешевые способы обезвреживания таких объемов животноводческих стоков пока ещё не предложены, поэтому важным является использование их на орошении без очистки, но с предварительной подготовкой. Устройство отстойников или полей фильтрации влечет за собой выпадение из сельскохозяйственного оборота значительных площадей. В то же время, сброс в реки, водоемы и другие водоисточники не очищенных бытовых, промышленных и других стоков законом запрещается.
Указывая на опасность сточных вод для водоемов, М.И.Львович подчеркивает, что I мЗ неочищенных сточных вод загрязняет и делает непригодным для использования 50-60 м3 речной воды (94).
Ещё в 1957 году А.Г.Гусев отмечал, что больше всего загрязняются водоемы Европейской части СССР, в которые сбрасывают сточные воды около 90$ предприятий и приводит пример значительного ухудшения условий обитания водной фауны в притоке Дона - в реке Северный Донец, куда ежедневно поступает 500000 мЗ сточных вод, содержащих огромное количество вредных веществ - аммиак, сульфаты, хлориды, фенолы и др. (55).
"На всех загрязняемых рыбохозяйственных водоемах не только падает общий вылов рыбы, но и исчезают наиболее ценные промысловые породы рыб, - пишет А.Г .Гусев, - только по учтенным материалам ежегодный ущерб рыбной промышленности выражается суммой более I млрд. рублей" (55).
Об отрицательном эффекте загрязнения водных источников сточными водами указывают И.И.Гражис и Ю.И.Сабаляускас (46), Ю.ЇЇ. Бе-личенко (17), А.И.Львович (93), Н.Г.Вальтер (30), М.Шульц (191), К.Велек (32). Я.Буличек и В.Креста (27) приводят данные, согласно которым ущерб, наносимый хозяйству ЧССР сточными водами составляет свыше I млрд. крон в год. А в США, несмотря на большое количество установок искусственной биологической очистки, многие реки превратились в каналы сточных вод (2).
В настоящее время в нашей стране проблеме использования сточных вод в сельском хозяйстве на земледельческих полях орошения, которое полностью или частично исключает необходимость сброса стоков в реки и водоемы, уделяется большое внимание. Тем более, что при этом улучшается плодородие почвы и повышается урожайность сельскохозяйственных культур.
К.Маркс - основоположник научного коммунизма - указывал,что плодородие почвы необходимо пополнять определенными видами удобрений (в том числе и органическими), особенно при интенсификации земледелия: "Капиталистическое производство препятствует обмену веществ между человеком и землей, т.е. возвращению в почву её составных частей, использованных человеком в форме средств питания и одежды, т.е. нарушает вечное естественное условие плодородия почвы" (3).
Почвенно-климатические условия
Климатические условия - один из важнейших факторов географической среды, оказывающих решающее влияние на рост и развитие, сельскохозяйственных растений и почвообразовательный процесс.
По агроклиматическому районированию рассматриваемый район относится к зоне неустойчивого увлажнения. Климат Белгородской области умеренно-континентальный. Зима мягкая, высота снежного покрова 12-20 см.
По увлажнению и теплу вёсны бывают разные. Теплая весна сменяется холодной, сухая - дождливой.
Лето продолжительностью 107 дней - жаркое. Осадки выпадают в виде ливней и соцровождаются грозами. Продолжительность периода с температурой выше +10 составляет 150-158 дней.
Осень как и весна, не продолжительна. Она длится 68 дней и начинается в конце сентября. Конец осени приходится на последние числа ноября - начало декабря. В ноябре среднемесячная температура падает ниже 0. Промерзает почва, прекращаются полевые работы.
Метеорологические условия вегетационного периода позволяют значительно расширить площади под садами и более теплолюбивыми культурами.
Метеорологические условия в годы исследований показаны в таблице 2.1. Математическая оценка погодных условий района исследований по гидротермическому коэффициенту Г.Т. Селянинова (159) дается в приложении 3 таблице I.
В 1979 году в целом для вегетационного периода озимой пшеницы ГТК был равен 0,97, в I960 г. - 1,14, в 1981 г. - 0,59, в 1982 г. - 1,2. Сопоставление ГТК по отдельным месяцам теплого вегетационного периода среднемноголетнего года и периода исследований (таблица I, приложение 3) свидетельствует о том, что в 1979 году сезон был засушливым, в 1981 году - средним, в 1980 и 1982 годах - засушливость климата была незначительная.
Особенностью весны 1979 года было то, что в марте-апреле выпало 87,8$ всех весенних осадков и лишь 2,2$ - в начале мая. Весь май и июнь стояла жаркая сухая погода, 4,5$ летних осадков выпало в конце июня, а за период с 10 по 20 июля выпало 123 мм осадков, почти 2,5 месячных нормы или 67$ всех осадков, выпавших за летний период.
В 1981 году эта картина повторяется - летние осадки выпадают в период уборки пшеницы, что значительно влияет на урожай как в 1979г., так и в 1981г. А 1980 и 1982 годы были относительно влажными все месяцы вегетации, в результате чего большинство растений пшеницы полегло, что также привело к большим потерям зерна.
Хорошими показателями "сухости" климата является относительная влажность воздуха. Она характеризует степень насыщения воздуха водным паром.
Анализируя таблицу I приложения 4 можно видеть, что наибольшей сухостью отличаются май и июнь, особенно в 1979 и 1981 годах. Относительная влажность в эти месяцы была 46$ - в мае 1979 года и 52$ в июне; 56$ - в мае 1981 года и 62$ - в июне.
Химический состав животноводческих стоков
Согласно классификации сточных вод по агромелиоративным показателям, составленной В.Т.Додолиной (58), животноводческие стоки колхоза "Рассвет" относятся ко П группе, позволяющей использовать их для орошения на всех типах почв, кроме солончаков.
Стоки животноводческих комплексов имеют высокую удобрительную ценность. В их состав входят все необходимые для роста и развития растений биогенные элементы (азот, фосфор и калий), микроэлементы и органические вещества. Однако количество всех ингредиентов в неразбавленных животноводческих стоках значительно превосходит допустимые нормы. В связи с этим в период исследований мы, совместно с Белгородской санэпидемстанцией и Волгоградской гидрохимической лабораторий, регулярно следили за химическим составом животноводческих стоков, а допустимое количество ингредиентов регулировали путем разбавления стоков чистой речной воден реки Корень.
Ниже приводится химический состав неразбавленных животноводческих стоков и разбавленных чистой водой в соотношении 1:1, 1:2, 1:3 (таблица 3.1.).
Процент азота, фосфора и калия в жидком навозе колеблется в зависимости от рациона или вида корма. Так, концентрация калия в бесподстилочном навозе в 1,5 - 2 раза выше при кормлении жи -вотных картофелем, чем зерновыми или зеленой массой трав, а содержание азота и фосфора меньше на 15-30$ (45). Видимо этим можно объяснить высокое содержание калия, в исследуемых нами сто -ках, и низкое содержание азота.
Вегетационные поливы озимой пшеницы мы проводили осветленными животноводческими стоками, разбавленными в соотношении 1:3, чем достигалось оптимальное количество калия, кальция, магния и натрия. Химический состав по годам исследований дан в таблице I приложение 5.
Как видно из представленных таблиц сточные воды, предназначенные для полива имеют слабощелочную реакцию(рН = 7,6) и высо -кое содержание всех ингредиентов. Животноводческие стоки содер -жат большое количество взвешенного осадка (614 мг/л) и органических веществ, о чем можно судить по величине бихроматной окисляемости, достигающей 1462 мг/л. Воды в основном бикарбонатные, бикарбонаты представлены главным образом солями калия и кальция. Бикарбонатными условно принято считать все соли слабых кислот. Стокам свойственно невысокое содержание сульфидов (7,8мг/л) и хлоридов (78,2 мг/л).
class4 РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ
ВНУТРИПОЧВЕННОГО ПОЛИВА class4
Элементы техники и технологии внутрипочвенного полива животноводческими стоками
На выбор оптимальных параметров систем ВПО существенно влияет почвенная среда, в которой распространяется оросительная вода. Распространение потока воды при внутрипочвенном орошении происходит по верхнему активному слою почвы (особенно в неоднородных почвах, когда Ищ верхнего слоя намного превосходит К нижнего).
Верхний слой представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из огромного количества твердых минеральных и органических частиц с исключительным разнообразием форм и размеров и" взаимных расположений.
Поэтому в своих работах Б.П.Дерягин, Ф.В.Колясов (56), И.А. Роде (155) и др., рассматривая почву не системой параллельных капилляров, а пористой средой, установили ряд закономерностей передвижения влаги в почве.Передвижение почвенной влаги из одной точки в другую возможно только при наличии разности сил, которыми влага удерживается в этих точках, а именно: действие сил тяжести, менисковых, сорбционных и осмотических. За исключением силы тяжести, постоянной по величине и направлению, остальные силы изменяются в широких пределах и могут действовать в любом направлении. Суммарная сила, с которой почва стремится присоединить к себе влагу, складывается из всех перечисленных сил, и является сосущей или всасывающей силой, величина которой зависит от содержания влаги в почве.
Наибольшей подвижностью обладает влага, способная передавать гидростатическое давление и передвигаться капиллярным путем, за счет действия сил, развивающихся у криволинейных поверхностей (ме-ниской) раздела "жидкость- почвенный воздух? Давление жидкости непосредственно под мениском по сравнению с давлением на той же высоте под плоской поверхностью понижено, что и создает всасывающую силу.
Наибольшей активностью обладает влага, когда влажность почвы находится в пределах от полной влагоемкости (ИВ) до наименьшей (НВ). При влажности почвы ниже НВ до влажности разрыва капилляров (ВРК) почвенная влага уже не передает гидростатического давления, но ещё передвигается к испаряющей поверхности в основном под действием сорбционных сил. При влажности почвы ниже ВРК передвижение влаги прекращается.
При внутрипочвенном орошении количество испаряющейся воды минимально, но фильтрационные потери, особенно в однородных поч -вах, могут быть значительными. Их величина зависит от конструкции увлажнителей, пьезометрического напора над осью увлажнителя и режима влажности почвы.
В задачу наших исследований входило изучение динамики напора по длине увлажнителя и, связанного с этим, распределения влаги в почвенном профиле. Наблюдения мы проводили на трех увлажнителях длиной 115 м и внутренним диаметром 50мм. В одном случае, с целью выравнивания распределения влаги в продольном и поперечном профилях мы применили чередование различных диаметров (рис.4.1): до 70м по длине увлажнителя укладывались трубы диаметром 100мм, а на оставшихся 55м - диаметром 50мм. Резкое сужение диаметра и повышенное сопротивление трубы - увлажнителя, как известно из гидравлики, создает подпор на вышерасположенном участке трубы и позволяет выравнять пьезометрическую линию по длине увлажнителя.
Средний уклон оси трубы в первом случае 0,0034, во втором -0,0058. По длине увлажнителей было установлено пять пьезометров: первый на расстоянии 5 м от головы увлажнителя, последующие через 25-30 м. Схема установки пьезометров дана на рис. 2.9.
Режим орошения и качество зерна озимой пшеницы
Повышению качества зерна озимой пшеницы на орошении придается большое значение, особенно в Центрально-Черноземных областях (168, 177, 184).
Внутрипочвенное орошение не только увеличивает урожайность пшеницы, но и заметно улучшает его качество, повышая количество белка, улучшая стекловидность, уменьшая кислотность и т.д.
Влияние орошения животноводческими стоками на качество сельскохозяйственной продукции практически в литературных источниках не рассматривается. Так, Э.Хорасти (182) дает некоторые сведения по действию навозной жижи на качество культурных пастбищ. А также еще небольшой ряд авторов отмечают повышение содержания сырого протеина, фосфора, калия и других зоотехнических показателей при орошении сельскохозяйственных культур животноводческими стоками, это Н.П.Яковлев и В.С.Разуваев (133), Т.Н.Хруслова (182), Н.Г.Андреев, Г.Е.Мерзлая (7) и другие.
Качество выращенной продукции на опытном уч_астке ВПО приводится ниже в таблицах.
В агрохимической лаборатории колхоза "Рассвет" и на кафедре селекции и семеноводства Волгоградского сельскохозяйственного института мы регулярно проводили наблюдения качества выращиваемой сельскохозяйственной продукции. В таблицах 5.1 и 5.2 приводятся результаты наблюдений за физическими и агро-химическими показателями качества озимой пшеницы за период исследовании.
Данные таблицы 5.1 показывают, что все параметры качества пшеницы находися в пределах нормы, лучшие показатели на вариантах с режимом влажности 75-80% НВ и 65-70% НВ, худшие на богаре. Почти по всем вариантам вынос фосфора и кальция несколько превышал установленные нормы (по фосфору норма 3,71 г/кг для зерна и 1,04 г/кг для соломы, по кальцию норма 0,51 г/кг для зерна и 2,63 г/кг для соломы). Увеличение некоторых питательных веществ в выращенной сельскохозяйственной продукции от полива стоками говорит о возможности регулирования их внесением различных норм стоков.
В таблице 5.4 приведены физические показатели качества зерна и муки выращиваемой пшеницы. Как видно из этой таблицы наибольшая масса 1000 зерен была на варианте с порогом влажности 75-80% НВ и наименьшая масса - на контроле без орошения.
По влажности зерна и муки все исследуемые образцы пшеницы не выходили за пределы нормы (влажность зерна должна быть не выше 13%) и были примерно равны по значению.
Анализируя данные натуры зерна и типового состава пшеницы можно отметить, что на всех вариантах опыта пшеница относится к I подтипу качества зерна, за исключением варианта с порогом влажности 65-70% НВ и контроля без орошения.
