Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Режим и технологии орошения сельскохозяйственных культур сточными водами 9
1.1.Принцип экологической обоснованности применения сточных вод в орошаемом земледелии 9
1.2. Опыт использования сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур 15
1.3 Режим орошения и вопросы продуктивности кукурузы 22
Глава 2. Объекты, условия и методика проведения исследований 27
2.1. Природные условия северо-западных провинций Йемена 27
2.2. Общие сведения о земледелии в северном Йемене 34
2.3. Характеристика почвы опытного участка 35
2.4 Схема опыта, объекты и методика исследования. 41
2.5 Агротехника возделывания кукурузы на зеленую массу 46
Глава 3. Формирование городских сточных вод, их очистка, химический состав, агроирригационная и санитарно-бактериологическая оценка 48
3.1.Формирование городских сточных вод и сооружения по их очистке 48
3.2. Химический состав городских сточных вод, используемых для орошения кукурузы на зеленую массу 50
3.3. Агроирригационная:оценка состава" сточных вод г.Хаджа и пригод ность их для сельскохозяйственного использования. 58
Глава 4. Особенности режима орошения и водопотребления кукурузы, при орошении сточными водами. 64
4.1 .Понятие об экологически обоснованных режимах орошения 64
4.2. Режим орошения кукурузы 66
4.3. Динамика влажности и- влагозапасов почвы в зависимости от режимов орошения кукурузы, на зеленую массу 78
4.4. Суммарное водопотребление посевами кукурузы 89
4.5. Биоклиматическая характеристика испарения воды посевами кукурузы на зеленую массу 107
Глава 5. Влияние режимов влажности почвы и оросительной воды на питательныи режим и химическое загрязнение почвы, урожайность, и качество зеленой массы кукурузы 113
5.1. Питательный режим почвы в зависимости от ее водного режима и удобрительного, действия оросительной воды 113
5.2. Загрязнение почвы тяжелыми металлами в зависимости от ее водного режима и химического состава оросительной воды 120
5.3. Динамика роста.и развития кукурузы на зеленую массу при различных водных режимах почвы и источника оросительной воды. 127
5.4. Накопление зеленой массы кукурузы и ее урожайность в зависимости от водного режима и содержания питательных веществ в оросительной воде — 135
5.5 Связь суммарного потребления воды посевами кукурузы с уровнем формируемой урожайности зеленой массы 143
5.6. Качество зеленой массы кукурузы в зависимости от водного режима почвы и источника оросительной воды 147
Глава 6. Энергетическая и экономическая эффективность возделывания кукурузы на зеленую массу в условиях орошения городскими сточными водами 152
6.1 Энергическая оценка возделывания кукурузы на зеленую массу при орошении сточными водами 152
6.2.Эколого-экономическая эффективность использования сточных вод для орошения кукурузы на зеленую массу 155
6.3. Экономическая оценка орошения кукурузы на зеленую массу сточными водами 157
Выводы 161
Рекомендации производству 166
Список использованной литературы 167
Приложение 185
- Опыт использования сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур
- Агротехника возделывания кукурузы на зеленую массу
- Химический состав городских сточных вод, используемых для орошения кукурузы на зеленую массу
- Динамика влажности и- влагозапасов почвы в зависимости от режимов орошения кукурузы, на зеленую массу
Введение к работе
Актуальность темы. В засушливых условиях северного Йемена при существующем дефиците водных ресурсов, отсутствии крупных водоисточников и недостатке природных вод для орошения большой интерес представляют городские сточные воды. Опыт многих стран мира показывает, что экономически целесообразно и экологически оправдано использование городских сточных вод после их очистки на орошение сельскохозяйственных культур. При этом помимо экономии природных вод происходит почвенная доочистка сточных вод, прекращается сброс в поверхностные водоисточники и загрязнение подземных вод, обеспечивается утилизация питательных веществ, содержащихся в сточных водах, уменьшается антропогенная нагрузка на природную среду.
В северном Йемене при возделывании кукурузы на зеленую массу режимы орошения устанавливаются визуально, без учета сортовых особенностей и дифференциации числа поливов по фазам развития, что приводит к нерациональному использованию воды и сдерживает рост урожая.
Применение сточных вод для орошения кукурузы позволит значительно уменьшить себестоимость получаемой продукции с одновременным увеличением урожайности без заметного снижения качества продукции.
Однако исследования по режиму орошения кукурузы сточными водами при возделывании на зеленую массу в условиях северного Йемена практически не проводились. В связи с этим разработка рациональных режимов орошения кукурузы, возделываемой на зеленую массу, сточными водами на горных красно-бурых почвах северного Йемена, обеспечивающих получение высоких качественных урожаев и повышение почвенного плодородия, является актуальной задачей.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является выявление особенностей водопотребления и разработка оптимального режима орошения кукурузы на зеленую массу при поливах сточными водами, обеспечивающих получение экономически выгодных урожаев высокого качества при эффективном использовании оросительной воды на горных красно-бурых почвах северного Йемена.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
-дана эколого-ирригационная и санитарно-бактериологическая оценка применяемых для орошения сточных вод после их очистки на городских сооружениях;
- изучены различные режимы орошения городскими сточными водами при возделывания кукурузы на зеленую массу и обоснован оптимальный режим орошения;
- установлены закономерности водопотребления кукурузы при возделывании на зеленую массу и формирование водного режима почвы в условиях дифференцированного водообеспечения условно очищенными городскими сточными водами;
- выявлено влияние поливов сточными водами различного химического состава на питательный режим почвы и её загрязнение;
- установлено влияние режимов орошения на рост, развитие, урожайность и качество зеленой массы кукурузы;
- определена энергетическая, эколого-экономическая и экономическая эффективность орошения кукурузы сточными водами при возделывании на зеленую массу.
Научная новизна работы. Выявлены закономерности влияния городских сточных вод г.Хаджа на водный режим горной красно- бурой почвы, питательный режим, загрязнение почв тяжелыми металлами, на рост, развитие, урожайность и качество зеленой массы кукурузы . В первые для условий горных красно-бурых почв северного Йемена разработан рациональный режим орошения кукурузы, возделываемой на зеленую массу, сточными, смешанными и грунтовыми водами при поливах по бороздам.
Установлены нижний предел оптимальной предполивной влажности почвы, оросительная норма, число вегетационных поливов, размеры поливных норм и распределение поливов по фазам вегетации кукурузы на зеленую массу.
Выявлены закономерности водопотребления и формирования водного режима почвы по фазам развития растений в условиях дифференцированного водообеспечения сточными водами. Определены численные значения биологических коэффициентов испарения для расчёта оросительной нормы. Установлены закономерности роста и развития растений, динамика накопления зеленой массы в зависимости от водного режима и питательной ценности сточных вод. Определена урожайность и качество кукурузы, а также коэффициента водопотребления при разных водных режимах почвы и поливах сточными, смешанными и грунтовыми водами.
Объекты и методы исследований. Объектом исследования являются сточные воды г. Хаджа (северный Йемен), прошедшие городские очистные сооружения; горные красно-бурые почвы и посевы кукурузы.
Полевой опыт закладывался в соответствии с требованиями методики полевого опыта по Б.А.Доспехову (1985), методических указаний ВНИИ кормов им В.В.Вильямса (1987), методики полевого опыта в условиях орошения (1983), методических рекомендаций по определению энергетической эффективности орошения (1989). Статистическая обработка экспериментальных данных проведена методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов с применением современных компьютерных программ.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Формирование, очистка и химический состав стоков их агроирригационная и санитарно-гигиеническая оценка.
-
Режим орошения городскими сточными водами, обеспечивающий формирование урожайности зелёной массы кукурузы в среднем 52 т/га.
-
Особенности и закономерности формирования водопотребления кукурузы ,возделываемой на зелёную массу, по фазам развития в зависимости от водного режима почвы и состава сточных вод.
-
Закономерности влияния водного режима и оросительной воды (сточной, смешанной и грунтовой) на питательный режим и химическое загрязнение горной красно- бурой почвы.
-
Закономерности влияния влагообеспеченности посевов при поливах сточными, смешанными и грунтовыми водами на рост, развитие, урожайность и качество зелёной массы кукурузы.
Практическая значимость работы. На основе результатов исследований разработан рациональный режим орошения кукурузы условно очищенными городскими сточными водами, позволяющий улучшить питательный режим почвы и получать высокие урожаи зеленой массы (на уровне 45,75-55,75т/га) с хорошим качеством продукции при снижении потребления природной воды; установлены нормы, сроки, число поливов и оросительная норма при орошении кукурузы на зеленую массу сточными водами. Оптимизация водного режима почвы для получения высоких и качественных урожаев зеленой массы кукурузы обеспечивается дифференциацией предполивного порога влажности почвы по межфазным периодам, глубины увлажнения и нормированием водопотребления. Рекомендуемый режим орошения кукурузы на зеленую массу сточной водой позволяет получать дополнительный урожай и дополнительную прибыль по сравнению с поливом грунтовой водой.
Результаты исследований могут быть использованы сельскохозяйственными предприятиями северного Йемена при планировании режимов орошения сточными водами, а также проектными, производственными организациями при проектировании и эксплуатации гидромелиоративных систем на земледельческих полях орошения с использованием сточных вод.
Личный вклад автора заключается в постановке и проведении полевых опытов, математической обработке и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований. Автором разработаны оптимальные параметры режима орошения кукурузы на зеленую массу сточными водами на горных красно-бурых почвах и даны рекомендации производству. Выполнена оценка экономической эффективности водосберегающей технологии возделывания кукурузы на зеленую массу при оптимальном режиме орошения и регулировании питательного режима почв путем внесения сточных вод.
Апробация работы. Результаты экспериментальных исследовании и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях преподавателей, молодых ученых и аспирантов аграрных вузов РФ (Москва, РУДН) в 2008, 2009 и 2010 гг. и ежегодно на заседании кафедры почвоведения и земледелия РУДН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 1 работа в журнале, рекомендованном ВАК России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы, и изложена на 203 страницах машинописного текста, иллюстрирована 15 рисунками, содержит 46 таблиц и 17 приложений. Список использованной литературы включает 187 источников на русском и других языках.
Опыт использования сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур
Выращивание сельскохозяйственных культур с использованием сточных вод на орошение считается весьма перспективным. Благоприятное воздействие сточных вод и их осадка на качественные показатели растений неоднократно отмечалось в трудах ВР.Вильямса, М.Ф.Буданова, ВТТМарымова, Л.И.Сергиенко, А.А.Вакулина, Г.Е.Мерзлой, Тарарина Ю.И., Михеева В.А., Ясониди О.Е., Цирекидзе Р.В. и других исследователей (Буданов М.Ф., 1965; Вакулин А.А., Абрамов Б.А., 1984, Вильяме
, В.Р., 1948, 1950; НИИССВ Прогресс г.Москва, 1998, Марымов В.И., 1975, Тимченка И.И., 1972, Цикеридзе Р.В., 1982, Ясониди О.Е., 1981). Во многих странах активно используют сточные воды для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Для стран зарубежья характерна довольно пестрая картина применения сточных вод для орошения полей. Так, в Германии для орошения используется около 100 млн. м3 сточных вод в год, орошаемые площади составляют 25 тысга. (Афанасьева Т.В., Ва силенко В.И.,1979). В Нидерландах степень использования стоков составляет 30-40%, в Австралии и Бельгии около 30%. В Великобритании потребление воды для орошения составляет менее 1% от общего водопотребления. Водозабор на питьевые нужды на 60% обеспечивается за счет грунтовых вод и для предотвращения их загрязнения сточные воды практически не применяются (Федосеев В.И., Овцов Л.П., Элик Э.Е., 1990).
Польские ученые получили положительные результаты по использованию сточных вод из г. Пулава для рекультивации деградированных почв (Богатырёв СМ., 1999). В Японии за год перерабатывается около 65ТО м сточных вод, из них эффективно используемых 93% направляется на улучшение лугопастбищных и сельскохозяйственных земель. В Болгарии городские сточные воды для орошения сельскохозяйственных культур и лесных массивов применяются после механической очистки. Наиболее распространено орошение сточными водами в странах с жарким климатом.
Сельское хозяйство Индии для орошения сахарного тростника, хлопчатника и кормовых культур ежесуточно применяет 18 млн. м сточных вод (Аблдов А.Н., 2000), причем большую их часть подают на орошение без предварительной очистки. В Мексике городскими сточными водами после выдержки их в течение нескольких месяцев в прудах-накопителях орошают 41,5 тыс. га земель. Площадь орошения сточными водами в Китае свыше 1400 тыс.га. Широко используются сточные воды в Канаде, США (Львович А.И., 1968, Эльпинер Л.И., Васильев B.C., 1983). В Израиле 80% сточных вод после очистных сооружений направляется на орошение, причем 86% таких земель заняты хлопчатником, около 9 % садами и цитрусовыми.
В России сточными водами орошается свыше 300 тыс. га, что предотвращает ежегодный сброс в водоемы свыше 400 млн. м сточных вод (Овцов Л.П., Музыченко Л.А.). Положительный опыт орошения сточными водами получен во многих регионах России. Одной из крупнейший оросительных систем является Бортническая (23 тыс. га), использующая очищенные сточные воды г. Киева (Аврамчук, Сармцкий, 1974).
Н.Р. Усманов, В.А, Демин (1977) указывают, что полив городскими и бытовыми сточными водами г. Аханграна при оросительной норме 5-6 тыс. м3/га дает почве 150-200 кг азота, 50-60 фосфора, 60-80 калия, до 200 кг кальция. При использовании на полив кукурузы городских сточных вод в Узбекистане (Усманов и др., 1982) выявлено, что содержание нитратов было от 6,4 до 6,8, подвижного фосфора-45-63, подвижного калия 308-330 мг/кг. При использовании стоков на орошение многолетних трав произошла эффективная очистка сточной жидкости, прошедшей метровый слой серой лесной почвы. Химический состав фильтрата сточной воды был близок к составу речной и грунтовой воды (АлешенкоМ.Г.1985).
Результаты исследований Т.Л. Сало и др. (1987) показали, что орошение городскими сточными водами на бедных питательными веществами почвах эффективно только при внесении органических и минеральных удобрений. В питательном режиме черноземных почв при орошении сточными водами, как отмечает Ю.Г. Бескровный, В.Н, Бойко (1989), происходит увеличение валового и легкогидролизуемого азота, содержание его подвижных форм (аммиачного и нитратного) несколько снижается вследствие более интенсивного вы- носа урожаем орошаемых культур. Происходит также снижение валового содержания фосфора, что связано с переходом фосфорных соединений почвы в более подвижные формы под воздействием микрофлоры сточных вод и последующем использовании растениями, поэтому рекомендуют увеличивать нормы внесения фосфорных удобрений,.
Практика использования сточных вод на орошение и результаты научных исследований показывают, что на кислых почвах нельзя применять сточные воды с кислой реакцией, на щелочных почвах - с щелочной; на почвах, имеющих засоление, нельзя использовать сточные воды, имеющие высокую минерализацию; на солонцовых почвах нежелательно применять воды с высоким содержанием солей и неблагоприятным соотношением катионов Na и Са. На дерново-подзолистых почвах допустимо применение сточных вод с повышенным содержанием солей Na и с повышенной концентрацией растворенных солей.
В.Т. Додолина (1986, 1988). указывает, что наибольшее количество биогенных элементов, осадка и органических веществ поступает в почву со сточными водами крахмальных и крахмалопаточных заводов, гидролизных, дрожжевых, спиртовых и маслосырозаводов. Эти виды сточных вод имеют высокий агромелиоративный потенциал, с ними в почву поступает 300-900 кг/га азота, 150-225 кг/га калия, до 146 кг/га фосфора и 230-1000 кг/га кальция (В.Т. Додолина, 1990).
К.П. Седовой (1982) выявлено, что в результате длительного орошения хозяйственно-бытовыми сточными водами дерново-подзолистой почвы в Московской области и их окультуривания водно-физические свойства почв существенно улучшились. Ежегодно за счет орошения сточными водами оросительной нормой 4-5 тыс. м3/га в почву поступает до 3-4 т/га органических веществ в,виде осадка сточных вод. Обогащение почвы органическими веществами заметно снизило величину плотности сложения (на 13-15%), особенно в верхних почвенных горизонтах. Водный режим окультуренных почв стал более благоприятным и устойчивым (Гугняев и др., 1982).
Агротехника возделывания кукурузы на зеленую массу
В 2007-2009 гг. в наших опытах исследуемой культурой была кукуруза на зеленую массу районированного среднеспелого гибрида «сорта Тха-ма». По результатам сортоиспытания высота растения достигает до 240 см, не полегает, масса 1000 зерен от 250 до ЗООг, период вегетации составляет 100-110 дней, количество листьев 12 - 14. Этот гибрид нашел широкое распространение во всех зонах Йемена. Все мероприятия по обработке почвы и проведению сельскохозяйственных работ проводились в соответствии с общепринятой агротехникой как для данной зоны, так и страны в целом. В зональную агротехнику вносились изменения и дополнения в связи с изучаемыми приемами согласно схеме опыта.
После уборки предшественника (яровой пшеницы) ежегодно проводилось внесение органических удобрений (навоза) из расчета 10 т/га, предпахотное дискование и вспашка отвальным плугом. Обработка почвы перед посевом начиналась с покровного боронования зубовыми боронами в два следа: на глубину 0,12-0,14 м и на глубину заделки семян. Способ посева кукурузы -широкорядный с междурядьями 0,7 м, глубина заделки семян 0,06-0,08 м. Средний срок сева 10-15 июня, период вегетации 90-100 дней. Норма высева достигала 100 тыс. всхожих семян на 1 га. Посев осуществлялся сеялкой, затем проведено послепосевное прикатывание.
Уход за посевами кукурузы в период вегетации складывался из проведения международных обработок, внекорневых подкормок расчетными дозами и поливов согласно схеме опыта. За период вегетации было проведено три культивации и три раза нарезались поливные борозды. После третьей культивации поливы проводились по старым бороздам. Минеральные азотные удобрения из расчета 80 кг/га действующего вещества вносились два раза при первой и второй культивациях, а фосфорные удобрения в количестве 60 кг/га и калийные 40 кг/га д. в. вносились однократно в период проведения первой культивации. В опыте гербициды не применялись и очистка полей от сорной растительности осуществлялась вручную. Уборку кукурузы на зеленую массу производили в фазе массового выметывания султана, на зеленую массу - в фазе молочно-восковой спелости початков. Более ранние сроки уборки приводят к недобору и снижению качества зеленого корма, а слишком поздние -к снижению содержания питательных веществ. Рис.3.1 Объемы сточных вод в зависимости от их состава в Республике Йемен, % В Йемене наибольший объем сточных вод составляют хозяйственно-бытовые воды (примерно 85%). Сточные воды городов и населенных пунктов составляют примерно 12% от общего объема сточных вод, а сточные воды промышленных предприятий -3 % (рис. З.1.). Сточные воды г. Хаджа в основном формируются за счет коммунально-бытового сектора. Промышленные предприятия представлены фабриками и мечетями с небольшим объемом химически загрязненных стоков. Объем сточных вод из г. Хаджа по месяцам года изменяется. Наибольший его объем приходится на осенне-зимний период. Данные по поступлению сточных вод на очистные сооружении приведены на рис.
Сточные воды г. Хаджа поступают по напорным коллекторам в главный коллектор, затем на городские очистные сооружения. В процессе очистки сточных вод происходит: удаление из сточной жидкости взвешенных минеральных и органических веществ (механическая очистка); освобождение от патогенной микрофлоры (обеззараживание или дезинфекция); обеззараживание и утилизация осадка (биологическая очистка). Механическую очистку проводят с целью выделения содержавшихся в сточных водах нерастворенных загрязнений. Первым сооружением механической очистки является решетка. Она служит для задержания крупных отбросов - бутылок, тряпок, бумаги, ваты и т.д., мешающих работе последующих сооружений. Далее отбросы подаются в дробилку для их измельчения. После решеток сточная жидкость поступает в песколовки, в которых происходит осаждение до 60% песка. После песколовок в сточной жидкости остаются нераство-ренные взвешенные вещества, преимущественно органического происхождения. Для их удаления используют первичные отстойники. Осветленная сточная вода отводится, осадок остается в приямке. Минеральные и органические вещества в коллоидном и растворенном состоянии не могут быть удалены из стоков механическим путем. Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, обеспечивающих окислительные процессы и минерализацию органических веществ.
Сооружения для биологической очистки стоков на очистных сооружениях включают аэротенки, биофильтры, вторичные отстойники. Распад и минерализация органических веществ при биологической очистке сточных вод происходят за счет жизнедеятельности сапрофитной микрофлоры, ее биохимических, ферментативных процессов. Освобождение сточных вод от органических веществ протекает в две фазы. Первая - фаза сорбции, в основе ее лежат физи- ко-химические процессы адсорбции органических веществ и коллоидов поверхностью микробной клетки. Вторая фаза - последовательное окисление растворенных и адсорбированных органических веществ, в основе которого лежат собственно биологические процессы усвоения микробами органических веществ в качестве пластического и энергетического материала.
После биологической очистки на биофильтрах и аэротенках сточная жидкость поступает на вторичные отстойники для осаждения оторвавшейся биологической пленки или активного ила. Время пребывания сточной жидкости зависит от способа биологической очистки и колеблется от 0,75 до 1,5 ч.
Заключительный этап обработки городских сточных вод - обеззараживание. Выпуск в водные объекты даже биологически очищенных сточных вод неизбежно связан с угрозой внесения в них патогенных бактерий и вирусов-возбудителей кишечных инфекций. Общая технологическая схема очистных сооружений г. Хаджа и отдельные элементы сооружений механической и биологической очистки приведены в приложении 2-4.
Химический состав городских сточных вод, используемых для орошения кукурузы на зеленую массу
Химический состав сточных вод существенно отличается от вод поверхностных источников. При сельскохозяйственном использовании сточных вод оценивают химические и агрохимические их показатели: содержание взвешенных веществ, соотношение одно- и двух- валентных катионов, состав биогенных элементов (азот, фосфор, калий), активность ионов водорода, содержание микроэлементов, тяжелых металлов, органических веществ.
Чистой считается вода, содержащая взвешенные вещества в пределах 4-10 мг/л, аммонийный азот до 0,1 мг/л, БПК5 1,1-1,9 мг02/л, окисляемость -1,5-2,5 мгО/л. Загрязненная вода содержит соответственно 20-50, 0,4-1,0, 3,0-3,9 и 4; очень грязная - 100, 3, 10 и 15 (Г.П. Беспамятнов и др., 1975).
В сточных водах содержатся загрязнители органического и минерального происхождения. При этом следует отметить, что "загрязнители"- понятие относительное. Так, для водных ресурсов соединения азота, фосфора, калия, органические вещества опасны и вредны. Они вызывают цветение воды, снижают содержание в ней кислорода. В то же время для почвы и растений эги вещества полезны и жизненно необходимы.
Очищенные сточные воды г. Хаджа характеризуются (табл. 3.1 и приложение 1) слабо-щелочной реакцией (рН 7,5-7,9) с содержанием сухого остатка 1373-1381 мг/л. Прокаленный остаток был на 43,6-45,4% меньше сухого и в среднем составил 761 мг/л. В целом сточные воды г. Хаджа после их очистки можно отнести к слабо-минерализованным. Электропроводность сточной воды при поступлении ее на головную станцию составляла 2040, а после очистки снизилась до 1816 MKS/CM. Эти данные свидетельствуют об определенной солености сточной воды и о возможных ограничениях её использования. Содержание взвешенных веществ в очищенной сточной воде по годам исследований было невысоким, в пределах 189-205 мг/л. Согласно принятым в Йемене нормативам содержание взвешенных веществ в сточной воде, используемой для орошения, не должно превышать 1100 мг/л.
По содержанию анионов сточные воды относятся к бикарбонатно-сульфатно-хлоридному типу. При этом отношение иона хлора к сульфат-иону превышает единицу. По характеру засоления по катионам сточные воды относятся к магниевому типу, так как отношение Na/(Ca+Mg) меньше единицы, а отношение Mg/Ca больше единицы. Обеспеченность основными элементами питания сточных вод средняя по В. Т.Додолиной (1975): азота общего 44,67 мг/л, калия - 31 и фосфатов - 19,2 мг/л в среднем за 2007-2009 гг.
Содержание азота в аммиачной форме не должно превышать 80%. В изучаемых сточных водах его содержится 62,7% от общего азота. Содержание нитратов и нитритов в сточной воде находилось в пределах допустимого. В среднем за три года исследований в очищенной сточной воде оно составляло в среднем 15,6 мг/л при ПДК = 45мг/л, а нитритов 0,92 мг/л при ПДК = 3,0. Таким образом, количество нитратов и нитритов было ниже ПДК и в среднем составляло 0,52 ПДК и 0,3 ПДК соответственно.
Допустимое содержание биогенных элементов (азота, фосфора Рг05, калия КгО) в сточных водах определяется в зависимости от величины оросительной нормы, а суммарное их поступление в почву не должно превышать выноса их с урожаем. Допустимая концентрация биогенных элементов рассчитывается по формуле:
МсК где CNP K - допустимая концентрация азота, фосфора, калия в поливной воде, мг/л; В - средневзвешенная по севообороту величина выноса урожаем азота, фосфора или калия, кг/га; Мс - средневзвешенная по севообороту оросительная норма, мм; К - коэффициент усвоения элементов питания растениями, для наших условий для азота равен 0,7, фосфора и калия -0,6. В целях восполнения выноса биогенных элементов с урожаем необходимо внесение органических и минеральных удобрений. Важным показателем качества сточных вод при орошении сельскохозяйственных культур является ХПК (химическое потребление кислорода). По годам исследований величина ХПК в сточной воде изменялась от 327 до 336 мг/л, что является высоким и может привести к ухудшению почв, но в то же время будет способствовать накоплению органических соединений. Согласно нормативным данным, содержание ХПК в оросительной воде не должно превышать 25 мг/л. Колебаний химического состава очищенных (сточных) вод по годам исследований не наблюдалось.
Грунтовые воды, используемые для орошения, характеризуются небольшим содержанием взвешенных веществ (в среднем 65 мг/л), невысоким ХПК (в среднем 36 мг/л) и малым количеством биогенных элементов. Общая минерализация воды по сухому остатку по годам исследований изменялась в. пределах 872-897 мг/л, т.е. грунтовая вода является пресной. Прокаленный; остаток меньше сухого примерно в 2 раза (в среднем 423 мг/л), что указывает на наличие в воде значительных примесей органических соединений. Водородный показатель в среднем 7,3, что свидетельствует об очень слабой щелочной реакции
Смешанные сточные воды представляют собой смесь грунтовых и городских сточных вод в соотношении 1:1. Сухой остаток в смешанной воде по годам исследований изменялся от 1045 до 1063 мг/л, т.е. по степени минерализации смешанную воду можно отнести к слабоминерализованной. Прокаленный остаток солей в смешанной воде был ниже сухого в среднем на 30 % . В смешанной воде из анионов преобладал бикарбонат-ион (НСОз), а из катионов натрий (Na+). Взвешенные вещества и ХПК в среднем за годы исследований соответственно составляли 137 и 187 мг/л. По содержанию биогенных элементов смешанные сточные воды характеризуются средней удобрительной ценностью. Реакция - слабощелочная. Городские сточные воды, прошедшие механическую и биологическую очистку заметно загрязнены тяжелыми металлами. Особенно отмечается повышенное содержание кадмия. Согласно нормативным данным содержание в сточной воде того или иного тяжелого металле должно быть не более 80% от ПДК (Безднина С.Я, 2005). Экологическую опасность сточных вод, содержащих тяжелые металлы, можно оценить по формуле: где Со- концентрация данного тяжелого металла в оросительной воде, мг/л; ПДКорв- предельно-допустимая концентрация в оросительной"воде изучаемого тяжелого метала, мг/л; ЭО - экологическая опасность сточной воды по содержанию тяжелых металлов(табл.3.2). Показатель ЭО характеризует кратность превышения концентрации тяжелого металла в сточной воде над его ПДК в оросительной воде.
Динамика влажности и- влагозапасов почвы в зависимости от режимов орошения кукурузы, на зеленую массу
В районе проведения исследований атмосферные осадки обычно выпадают в период с марта по август и влага в почве накапливается, главным образом, в этот сезон года, влажность почвы увеличивается, запасы влаги в почве возрастают на 30-40 мм и более, причем они сосредотачиваются в пахотном и частично в подпахотном слое на глубине 30-45 см, а глубокое промачивание почвы редко достигает 1 м. За этот период (с марта по август) сумма осадков по многолетним данным составляет 152 мм, а их распределение позволяет в очень засушливых условиях Северного Йемена возделывать яровую-пшеницу, сорго и другие малотребовательные к влаге культуры без орошения, используя систему обработки почвы, способствующую сохранению и накоплению влаги в почве. Но при» этом урожайность сельскохозяйственных культур очень низкая. Агротехнических мероприятий недостаточно для создания оптимального увлажнения сельскохозяйственных культур, особенно в засушливый период с сентября по февраль.
В засушливых районах с недостаточным естественным увлажнением урожайность прежде всего лимитируется почвенной влагой. В районе исследования грунтовые воды залегают глубоко и в обеспечении растений влагой участия не принимают. Основным источником почвенной влаги являются атмосферные осадки и оросительная вода. Наши исследования по возделыванию кукурузы на зеленую массу проводились в 2007-2009 гг. в период с июня по сентябрь. За этот период атмосферных осадков выпадало от 76,2 до 78,4 мм, что недостаточно для формирования урожая кукурузы на зеленую массу.
Так как в мае и июне выпадает незначительное количество осадков и почва сильно пересыхает, то для получения полноценных всходов кукурузы нами ежегодно проводился предпосевной полив грунтовой водой нормой 500 м3/га, а в период роста и развития кукурузы - вегетационные поливы. Данные по динамике влажности почвы и запасам влаги в почве за 2007-2009 гг. приведены в табл. 4.7-4.9 и на рис. 4.1-4.3. В вариантах 1-3 при поддержании влажности почвы не ниже 70 % НВ в течение всей вегетации начальные запасы почвенной влаги в метровом слое почвы в 2007г. составили 3020 , м3/га, что соответствует 85,1 % НВ. В этот период запасы влаги составляли 1475м3/га, при влажности верхнего слоя почвы (0-50 см) 21,85 % массы почвы, или 85,4% НВ, что обеспечивало благоприятные условия для получения полноценных всходов кукурузы. В период вегетации кукурузы (июнь-сентябрь) влажность слоя почвы 0-50 см в межфазный период «посев-11-й лист" и 0-70 см в фазы Л 1-й лист-молочная спелость" и -молочная спелость-молочно-восковая спелость" поддерживалась поливами и не опускалась ниже заданного уровня. Колебания фактической влажности почвы перед поливами в период вегетации 2007г. были в пределах 69,7-72,6 % НВ, отклонения от расчетной величины ±1-3 % НВ. В период уборки кукурузы на зеленую массу (1 октября 2007г) влажность почвы в слое 0-70 см составила 68,8% НВ при влагозапасах 1668 м3/га, что создало необходимые условия для уборки зеленой массы кукурузы. В этот период в метровом слое почвы влажность снизилась до 64 % НВ, а запасы влаги в почве -до 2270 м /га.
В вегетационные периоды 2008 и 2009 гг. в динамике влажности почвы и влагозапасах прослеживалась аналогичная картина. На фоне предпосевного полива в период посева влажность в верхнем слое почвы 0-50 см составляла 80,4% НВ в 2008г. и 81,0 % НВ в 2009гг, а влагозапасы сохранялись на уровне 1372 и 1384 м /га соответственно в 2008 и 2009 гг., создавая оптимальные условия для формирования дружных всходов кукурузы. В метровом слое в этот период влажность почвы составляла 85,4 % НВ как в 2008г., так и в 2009г, а вла гозапасы возросли до 3030 м /га. отклонения от заданной влажности составляли ±(1,2-2,4) % НВ. На период уборки кукурузы на зеленую массу влажность почвы понизилась до 65,2-66,5 % НВ в слое почвы 0,7 м и до 61,2-61,8% НВ в слое 1 м, а влагозапасы - до 1580-1609 и 2173-2192 м /га соответственно.
Запасы влаги перед поливами в слое почвы 0-50 см в первый межфазный период составляли 1175-1240 м3/га, а во второй период в почвенном слое 0-70 см-1703-1754 м3/га.
При режиме предполивной влажности почвы - 80 % НВ в течение периода вегетации в вариантах 7-9 на фоне предпосевного полива различия в режиме и динамике влажности почвы по годам из-за примерно одинаковых погодных условий были несущественны (табл. 4.8).
В период посева кукурузы влажность верхнего слоя почвы 0-5Осм составляла 85,1 % НВ в 2007г, 85,6 % НВ в 2008г и 85,1 % НВ в 2009г. Влагозапа-сы соответственно составляли 1432, 1401 и 1417 м /га. Такая влажность почвы обеспечивала своевременное появление всходов кукурузы. В периоды вегетации 2007-2009гг. заданная влажность расчетного слоя почвы поддерживалась поливами. Увлажняемый слой почвы изменялся в пределах 0,5-0.7м. Фактическая влажность перед поливами была в пределах 78,4-82,8 % НВ, отклонения от расчетной величины не превышали ± (1,6-2,8%) НВ.
В период уборки влажность почвы снижалась до 77,9-80,2 % НВ в слое 0-70 см и до 81,6-82,0 % НВ в слое 0-100см, что оптимально для своевременной уборки зеленой массы кукурузы. К уборке кукурузы влагозапасы в метровом слое почвы снизились до 2850-2870 м /га. Запасы влаги в почве перед поливами в первый межфазный период в слое почвы 0-50 см варьировали в пределах 1342-1413 м3/га, а во второй период в слое почвы 0-70 см в диапазоне 1901-2003 м /га.
В вариантах с дифференцированным водообеспеченнем при поддержании предполивной влажности почвы 70 % в первый межфазный период (посев-11-й лист), 80 % во второй межфазный период (11-й лист-молочная спелость) и 70 % в третий период (молочная спелость-молочно-восковая спелость) на фоне предпосевного полива отклонения расчетной предполивной влажности почвы от фактической не превышали ± (2,5-3,4) % НВ. Фактическая влажность активного слоя почвы перед поливами изменялась от 68,7до 72,8% НВ в первый межфазный период и от 79,3 до 83,4 % НВ во второй период. В период посева кукурузы влажность почвы в слое 0-50 см по годам исследований изменялось от 83,6 до 85,4 % НВ и была благоприятной для всходов. В период уборки кукурузы влажность почвы составляла 67,9-72,8 % НВ, в слое 0-70 см и 68,2-70,9 % НВ в слое 0-100см, что благоприятно для уборки зеленой массы кукурузы по сухой почве, (табл.4.9).
