Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема утилизации осадков сточных вод (ОСВ) в качестве удобрения сельскохозяйственных культур 8
1.1 Состав и свойства осадков сточных вод . 8
1.2 Ценность ОСВ какудобрения 12
1.3 Требования к использованию осадков сточных вод для удобрения 16
2. Условия проведения опытов, объекты и методы исследований 25
2.1 Почвенно-климатические условия , 25
2.2 Объекты исследований 29
2.3 Обоснование схемы полевых опытов 31
2.4 Методики наблюдений, учетов и анализов 37
3. Влияние норм внесения ОСВ на урожайность и качество зеленой массы кукурузы 39
3.1 Урожайность и качество зеленой массы 39
3.2 Экологическая оценка продукции 41
4. Влияние ОСВ на свойства чернозема выщелоченного в зависимости от систем основной обработки почвы (способов их заделки) 45
4.1 Агрофизические параметры... 45
4.2 Биологическая активность и питательный режим 56
4.3 Засоренность почвы и посевов 63
4.4 Содержание тяжелых металлов 73
5. Урожайность и качество зеленой массы кукурузы и викоовсяной смеси при применении ОСВ в качестве удобрения на фоне разных систем основной обработки почвы 79
5.1 Урожайность зеленой массы кукурузы и ее качество. 79
5.2 Урожайность викоовсяной смеси в качестве сидерата и возврат элементов питания в почву 83
5.3 Экологическая оценка продукции 86
6. Последействие ОСВ в качестве удобрения 90
6.1 Урожайность зерна озимой ржи и яровой пшеницы 90
6.2 Качество продукции зерновых культур 92
6.3 Продуктивность звена севооборота озимая рожь — кукуруза — яровая пшеница 96
7. Экономическая и энергетическая оценка технологий возделывания сельскохозяйственных культур с использованием ОСВ в качестве удобрения (на примере возделывания кукурузы) 99
7.1 Экономическая эффективность 99
7.2 Биоэнергетическая оценка 102
Выводы 111
Предложения производству 113
Список использованной литературы 114
Приложения 140
- Требования к использованию осадков сточных вод для удобрения
- Обоснование схемы полевых опытов
- Биологическая активность и питательный режим
- Урожайность викоовсяной смеси в качестве сидерата и возврат элементов питания в почву
Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема сохранения почвенного покрова и плодородия почвы, как основы сельскохозяйственного производства и основы экологического благополучия окружающей среды и биосферы в целом, в настоящее время приобретает глобальное значение. Она обостряется в связи с резким сокращением применения органических и минеральных удобрений. В решении ее, наряду с другими агротехническими приемами, направленными на повышение плодородия почвы и продуктивности культур, приобретает большое значение применение местных нетрадиционных ресурсов в качестве удобрения. К последним относятся и осадки городских сточных вод.
Следует отметить, что утилизация осадков сточных вод (ОСВ), которые накапливаются в больших городах и промышленных центрах миллионами тонн и представляют серьезную экологическую угрозу, является одной из назревших нерешенных проблем. Известные способы утилизации ОСВ (сжигание, захоронение, сбрасывание в моря или океаны и др.) связаны с большими затратами и не решают проблему экологической безопасности. В то же время по многочисленным данным ОСВ содержат большое количество органического вещества (до 45...60 % и более), азота (до 6 %), фосфора (до 2,5...3,0 % Р2О5), калия (до 0,3...0,5 % К^О), микроэлементов и могут быть использованы в качестве удобрения сельскохозяйственных культур. В мире применяется до 30...35 % образующихся ОСВ, в России по ориентировочным данным — не более 5...7 %. Сдерживающим фактором является присутствие в них токсикантов (прежде всего тяжелых металлов) и необходимость обязательного научного обоснования применения в каждом случае, т. к. состав ОСВ разных городов отличается качественным и количественным разнообразием химических соединений и присутствующих элементов.
Исследования являются составной частью плана научной работы ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия».
Цель и задачи исследований. Цель исследований - изучить эффективность использования осадков сточных вод г. Ульяновска (Левобережье) в каче-
стве удобрения сельскохозяйственных культур в зернопропашном севообороте на фоне различных систем основной обработки почвы.
В программу исследований входило решение следующих задач:
установить агрохимическую ценность осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрения;
провести предварительные опыты по выявлению безопасных норм внесения ОСВ в почву;
определить влияние ОСВ на свойства чернозема выщелоченного (агрофизические параметры, биологическая активность и питательный режим, содержание тяжелых металлов и др.);
изучить прямое действие ОСВ на урожайность и качество зеленой массы кукурузы и однолетних трав (викоовсяная смесь) и последействие - озимой ржи и яровой пшеницы;
выявить наиболее эффективные способы заделки ОСВ в почву;
дать экологическую, экономическую и энергетическую оценку технологиям возделывания сельскохозяйственных культур с использованием ОСВ в качестве удобрения.
Научная новизна. Впервые проведены комплексные исследования по изучению возможности использования осадков сточных вод Левобережья г. Ульяновска в качестве удобрения сельскохозяйственных культур и экспериментально определены безопасные нормы и эффективные способы заделки их в почву. Установлено положительное влияние ОСВ на агрофизические, агрохимические свойства чернозема выщелоченного, урожайность сидеральных и кормовых культур. Выявлены закономерности изменения содержания тяжелых металлов в почве и поступления их в сельскохозяйственную продукцию в зависимости от способов заделки ОСВ. Проведена экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности технологий возделывания сельскохозяйственных культур с использованием в системе удобрений осадков сточных вод.
Практическая значимость. Результаты исследований позволяют экологически безопасно утилизировать осадки сточных вод г. Ульяновска в качестве
удобрения сельскохозяйственных культур. Урожайность зеленой массы кукурузы и викоовсяной смеси при этом повышается, соответственно на 11...28 и 30...36 %. Внесение ОСВ под сидеральные культуры способствует сохранению плодородия почвы и повышению урожайности последующих культур: озимой ржи на 10...17 %, яровой пшеницы (после кукурузы, под которую внесены ОСВ)-на 8...41 %,
На защиту выносятся следующие положения:
агрохимическая и экологическая оценка осадков сточных вод как удобрения;
закономерности изменения свойств чернозема выщелоченного, в т.ч. содержания тяжелых металлов, при внесении ОСВ в почву;
возможность и целесообразность утилизации ОСВ Левобережья г. Ульяновска в качестве удобрения сидеральных и кормовых культур;
- агрономическое, экономическое, биоэнергетическое и экологическое
обоснование технологий возделывания сельскохозяйственных культур с исполь
зованием ОСВ в качестве удобрения.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований апробированы в СПК «Красноярский» Чердаклинского района Ульяновской области и используются в учебном процессе при чтении лекций по дисциплине «Использование нетрадиционных сырьевых ресурсов в качестве удобрения сельскохозяйственных культур».
Апробация работы. Результаты исследований и положения диссертации докладывались и обсуждались на внутривузовских научных. конференциях Ульяновской ГСХА (2001...2003 гг.), на Всероссийской научно - практической конференции «Актуальные вопросы мониторинга экосистем антропогенно-нарушенных территорий» (Ульяновск, 2000), научной конференции «Молодые ученые - агропромышленному комплексу» (Ульяновск, 2001), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2001», «Ломоносов - 2002», «Ломоносов - 2003» (Москва, 2001, 2002, 2003), областной межвузовской научно-практической конференции «Молодые
ученые — агропромышленному комплексу» (Ульяновск, 2002), Всероссийской научно-производственной конференции «Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России» (Ульяновск, 2003) , Международной научно-практической конференции «Пути решения проблем повышения адаптивности, продуктивности и качества зерновых и кормовых культур» (Самара, 2003).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 139 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству, включает 39 таблиц, 13 рисунков и 73 приложений (в т.ч. 54 табл. фактического материала). Список литературы включает 255 источников отечественных и зарубежных авторов.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю, профессору А.Х. Куликовой, коллективу кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии и ст. преподавателю кафедры химии УГСХА СВ. Шайкину за поддержку и помощь при выполнении работы.
Требования к использованию осадков сточных вод для удобрения
Воробьева Р.П. и др. (2000) считают, что ОСВ в почву можно вносить под кормовые, технические и зерновые культуры в дозах, равных подстилочному навозу до 80 т/га. Внесение ОСВ в норме 40 т/га показало, что в почве повышается микробиологическая активность и содержание NPK; как валовых, так и доступных их форм было выше на 10 %, чем на удобренном перегноем почве и до 22 %, чем на неудобренных землях. Аналогичные данные приводят Дурихина Н.В. и Курганова Е.В. (2001).
Исследованиями Максакова В.И. (2000) установлено, что наиболее оптимальным вариантом использования ОСВ является компостирование с навозом. При применении в чистом виде экологически безопасной нормой внесения в условиях Притамбовья являлась норма 12,5 т/га. По результатам многолетних исследований с использованием осадков сточных вод в качестве удобрения кормовых, зерновых и технических культур Воробьева Р.П. и др. (2000) рекомендуют применение ОСВ в Алтайском крае в норме от 10 до 80 т/га. По данным Мерзлой Г.Е. (1995) осадок сточных вод Курьяновской станции (Московская область) по удобрительной ценности и по действию на урожайность сельскохозяйственных культур не уступал традиционному подстилочному навозу. Мускаев Д.А. и др. (1987), Котти В.К. (1989) установили, что осадки сточных вод г. Владимира заметно увеличивают сбор клубней картофеля. Вегетационные опыты в Волго-Вятском ВНИПТИХИМ [Ишкаев Т.Х. и др., 1989] с нормой ОСВ 50 и 100 г/кг (125 и 250 т/га) показали, что урожайность зеленой массы кукурузы возросла на 130...139 %, гречихи — на 109...121 % при внесении из расчета 125 т/га. Более высокие нормы не оказали существенного влияния на дальнейший рост урожайности. Многие авторы [Сергиенко Л.И. и др., 1996; Воробьева Р.П. и др., 2000] считают, что удобряющий эффект ОСВ определяется, в основном, наличием в них азота, содержащегося в том или ином виде в ОСВ, и, главным образом, зависит or его минеральной формы. Органическая же часть освобождается медленно, в первый год порядка 15... 17 % [Nerudova М.,1984].
Наряду с источником азота ОСВ могут играть важную роль в пополнении запасов фосфора в почве, что связано с усиленным применением фосфорсодержащих моющих средств в быту, а также с тем, что фосфор и его соединения обладают меньшей подвижностью и растворимостью в отличие от калия, который легко вымывается и уносится с очищенными водами [Schfafer К., Kick Н., 1970]. Считается, что фосфор в ОСВ более, чем на 50% от общего его количества представлен медленно гидролизуемыми органическими формами [Hinedi Z.R., Chang А.С., Lee R.W.K., 1988]. По данным De-Haan S. (1980) каждый житель Нидерландов ежегодно сбрасывает в канализацию до 1 кг фосфора и извлечение данного элемента в количестве 0,9 кг позволит удовлетворить нужды растениеводства. Однако при современной технологии очистки сточных вод достигается максимум половинный отбор фосфора [Goker E.G., 1983]. Наличие в ОСВ значительного количества фосфора обусловливает возможность использования осадков сточных вод в качестве фосфорного удобрения [Касатиков В.А., 1991].
Евилевич А.З. (1979) считает, что наибольший эффект от осадков сточных вод достигается при добавлении к ним калийных удобрений. Такое сочетание дает хорошие результаты в благоприятных по условиям увлажнения годы. В противном случае действие минеральных удобрений ослабевает, а в засушливые годы может наблюдаться понижение урожайности культур. Такого же мнения придерживаются Туровский И.С. и Ромашкевич И.Ф. (1968). По данным этих авторов ОСВ без добавки фосфорно-калийных удобрений значительно уступали в удобрительной ценности. Авторы также указывают, что осадки, внесенные однажды, обладают значительным последействием, не уступающим прямому их действию.
Peterson А.Е., и др. (1992) считают, что ОСВ следует применять в нормах, не превышающих потребности кукурузы в азотных удобрениях. Clapp J., Dowdy R.H., Larson W.E., Zinden D.R. (1993) также изучали ОСВ на предмет разработки высокоэффективных экологически безопасных технологий возделывания сельскохозяйственных культур с использованием их в качестве удобрения. Показано, что осадки сточных вод способствуют получению высоких урожаев кукурузы.
Skousen J., dinger С. (1993) изучали возможность рекультивации отвалов добычи каменного угля с помощью ОСВ и показали высокую их эффективность. При внесении больших норм ОСВ в почве увеличилось содержание органического вещества с 1,5 до 2,2 %, количество подвижных форм меди — в 4,6 раз, цинка — в 5,1 раза. На ненарушенной почве вблизи отвалов с естественной травянистой растительностью внесение осадков приводило к повышению их продуктивности в 1,5 ...2,8 раз.
В исследованиях Smith S., Henry С, Harrison R. (1992) на трех типах почв вносили осадки сточных вод от 23 до 470 т/га. Отмечено изменение величины емкости поглощения, содержания органического углерода, общего азота по профилю почв. Урожайность культур повышалась на 20...32 %.
По мнению Summer Malkom Е. (2000) применение муниципальных сточных вод и их осадков в качестве удобрения в США является наиболее эффективным направлением их утилизации, способствующим повышению урожайности сельскохозяйственных культур и отвечающим требованиям, предъявляемым при мониторинге качества окружающей среды. Многие из антропогенных отходов могут рассматриваться в качестве замены минеральных удобрений.
По мнению Water S. (1991) применение ОСВ в южной Африке на почвах сельскохозяйственного назначения - один из путей экономически выгодной их утилизации. ОСВ содержат основные элементы питания, в особенности N и Р, микроэлементы (Zn, Си, Мо, Мп), улучшают физические свойства почвы, ее структуру, водоудерживающую способность и повышают урожайность культур.
Обоснование схемы полевых опытов
Наибольшая годовая сумма осадков наблюдалась в 1999 году - 728 мм, наименьшая в 2002 году - 418. Размах варьирования при этом составил 310 мм, а коэффициент вариации - 23 %. Однако распределение осадков по месяцам было неравномерным (прил. 1, 2). Вегетационный период 2002 года отличался наиболее низкой влагообеспеченностью: сумма осадков за май-июнь составил 67 мм, за май-июль - 114 мм, а за май-август — 135 мм. В тоже время сумма осадков в 2001 году соответственно составила 156, 156 и 206 мм, а в 2003 году - 156, 224 и 268 мм.
Из последних 5-ти лет май 1999, 2000, 2002 гг. был холодным со среднемесячными температурами 9,4...9,8 С. В 2001 году относительно прохладная погода наблюдалась до второй декады июля, в 2003 г - до конца июня.
Наиболее неблагоприятные условия перезимовки озимых культур сложились в 2002...2003 гг., когда в конце ноября - начале декабря сильные морозы (до 30 С и ниже) без снежного покрова привели к промерзанию почвы до 10... 15 см и гибели узла кущения озимой ржи. Вследствие этого посевы озимых (в том числе и на опытном поле) были крайне изреженными.
Анализ динамики атмосферных осадков и теплового режима показывает, что современная экологическая обстановка характеризуется обострением засушливости в одни периоды и проявлением избыточного увлажнения в другие, что приводит к уязвимости посевов и не позволяет полностью реализовать биологический потенциал возделываемых культур.
В соответствии с особенностями природных условий, являющихся факторами почвообразования, почвенный покров Ульяновской области отличается большим разнообразием. Он представлен сложным сочетанием разнообразных черноземов 69,1 %), не менее разнообразных серых лесных почв (23 %), пере-гнойно-карбонатных почв, солонцов и т.д.
Исследования и описание почвенного покрова территории, занимаемой ныне Ульяновской областью, начались с экспедиций В.В. Докучаева (1883) и почвам региона посвящены работы целого ряда авторов [Колосов И.П,, 1948, 1950,1953; Нолль И.Ф., 1964, 1966; Марковский А.Г., 1966, 1972; Кол ос кова А.В., 1968; Селютин А.В., 1973; Щербаков АЛ., Рудай И.Д., 1983 и др.].
Опытное поле УГСХА расположено на территории Чердаклинского района Ульяновской области, относящейся к левобережному агропочвенному району, расположенному на надпойменной террасе р. Волга. Основными почвооб-разующими породами являются древнеаллювиальные отложения в виде разнообразных суглинистых осадков. Рельеф землепользования - слабоволнистая равнина с высотой над уровнем моря 45...50 м, представлена комплексом древних (среднечетвертичных) террас долины р. Волга. Микро- и мезорельеф - линейные и блюдцеобразные понижения [Почвы Поволжья, 1974].
Почва опытного поля - чернозем выщелоченный средиемощный средне-суглинистый по гранулометрическому составу, характеризуется следующими морфологическими признаками: Апах. 0 - 25 см. Темный, зернистопылевато-комковатый, среднесуглинистый, густо пронизан корнями растений, переход постепенный, А 25 - 38 см. Темный с сероватым оттенком, зернисто-комковатый, среднесуглинистый, полуразложившиеся остатки растений, имеются ходы червей, переход постепенный. АВ 38-55 см. Серовато-коричневатый, комковато-ореховидный, средне-суглинистый, уплотнен, переход книзу заметен слабо. Bi 55 - 84 см. Светлокоричневато-бурый, комковатый или призмовидно-комковатый, среднесуглинистый, плотнее, чем АВ, с ясным глянцем на структурных отдельностях, переход слабыми языками, более заметен. В284 - 143 см. Желтовато-коричневатый, бесструктурный, легкосуглинистый, рыхлый, гумусовые языки и потеки до 115 см, бурное вскипание с 84 см. С 143 см и глубже. Желтый, бесструктурный, легкосуглинистый, рыхлый, слабые псевдомицеллии карбонатов. На опытном поле исходное содержание гумуса составляло 4,91 ...5,28 %, обеспеченность Р205 по Чирикову очень высокая (21,4 мг/100 г), К20 — высокая (13,3 мг/100 г), рН солевой 6,3...6,7 (1987 г.). Сумма поглощенных оснований в верхнем горизонте составляла 28,8...39,0 мг-эквивалент на 100 г почвы, степень насыщенности основаниями достигала 94,2. ..98,2 %. Средняя дата готовности почвы к проведению весенних полевых работ -21 апреля. Грунтовые воды располагаются на глубине 12-ти метров, а водоносный слой на глубине 35...55 метров и не оказывают влияния на формирование урожайности сельскохозяйственных культур. В целом чернозем выщелоченный на опытном поле Ульяновской ГСХА характеризуется достаточно высоким уровнем плодородия и способна сформировать урожайность зерновых культур до 5,0...6,0 т/га, В учхозе УГСХА в отдельные годы на площади 15 тыс. га она достигала 3,5...4,0 т/га. Однако наблюдается значительная неустойчивость урожайности зерновых и других культур, что, прежде всего, объясняется особенностями гидротермических условий, складывающихся в отдельные годы.
В качестве объектов исследований были выбраны осадки сточных вод с иловых карт очистных сооружений «Левобережье» г. Ульяновска. Левобережье г. Ульяновска представляет территорию с 150 тысячным населением и крупными промышленными предприятиями, как АО «Авиастар», завод им. Володарского и др. Ежегодное поступление сточных вод на очистные сооружения составляет 35...40 тыс. м3. Необходимость научного обоснования возможности использования осадков сточных вод в качестве удобрения вызвано тем, что иловые карты очистных сооружений переполнены и представляют серьезную экологическую угрозу.
Биологическая активность и питательный режим
Почва — сложнейшая система, одним из основных компонентов которой являются живые организмы. Состояние микробных ассоциаций и их функциональной деятельности определяет биохимический потенциал почвы и является критерием оценки ее плодородия [Аристовская Т.В., 1988; Салишев Л.И., Бах-тизин Н.Г. и др., 1993]. В то же время почвенная биота наиболее чутко реагирует на малейшее антропогенное воздействие и является «зеркалом» этих изменений. Поэтому из множества почвенно-экологических факторов — физических, химических, агрохимических и биологических - последние способны наиболее адекватно отражать состояние почвенной экосистемы.
Активность почвенной микрофлоры, направленность ее деятельности определяется многими факторами: в первую очередь поступлением или наличием в почве органического вещества, водным и температурным ее режимами [БерестецкиЙ О.А., Возняковская Ю.М., 1984]. Следовательно, как системы обработки, так и осадки сточных вод являются факторами, активно влияющими на жизнедеятельность микроорганизмов.
Литературные сведения о характере влияния систем обработки на общую биологическую активность почвы и, соответственно, на урожайность культур, противоречивы. Например, Сидоров М.И., Мухортов Л.Н. (1982) и Витер А.Ф. (1984) считают, что плоскорезная обработка черноземов заметно снижает биологическую активность в слое 0...30 см, так как при этом увеличивается плотность почвы и падает активность всех ферментов, интенсивность нитрификации, азотфиксации и других процессов. По исследованиям других авторов биологическая активность больше выражена при безотвальных способах обработки почвы [Берестецкий О.А., 1984; Янбухтина Р.Н., 1989; Агафонова Я.М., 1996].
Что касается влияния ОСВ на биологическую активность почвы, то многие авторы отмечают ее повышение [Жукова Л.А, и др., 1998; Воробьева Р.П. и др., 2000; Дурихина Н.В., Курганова Е.В., 2001; Селивановская СЮ. и др., 2002]. Однако тяжелые металлы, присутствующие в осадках, могут отрицательно влиять на численность практически всех физиологических групп микроорганизмов [Левин СВ. и др., 1989; Давыдовская Е.Н., Орлова О.В., 1999]. При этом внесение сидерата снижало отрицательное действие тяжелых металлов на микрофлору и способствовало сохранению биоценоза.
Одним из наиболее часто применяемых информативных показателей биологической активности почвы является интенсивность разложения в ней клетчатки микроорганизмами. Так как разрушение клетчатки определяется присутствием в почве доступных азота, фосфора и других элементов питания для целлюлозоразрушающих микроорганизмов, то степень ее распада по мнению Мишустина Е.Н. (1970) отражает общую напряженность хода микробиологических процессов.
Наблюдения за распадом льняной ткани, проведенные нами под посевами викоовсяной смеси (табл.19), показали неоднозначное влияние как систем обработки, так и осадков сточных вод на биологическую активность почвы.
Прежде всего значительно более высокая биологическая активность почвы под посевами викоовса по всему пахотному слою наблюдалась по отвальной системе обработки почвы, которая в 1,3 раза превышала 2-й, в 1,4-3-й и в 1,6 раз 4-й варианты опыта. Последнее, по-видимому, связано с отмеченным ранее более плотным сложением почвы по плоскорезной и поверхностной системам обработки. По исследованиям Куликовой А.Х. (1997) увеличение плот-ности черноземов до 1,25 г/см и более приводило к значительному ухудшению условий жизнедеятельности микроорганизмов и снижению биологической активности почвы. Следует также отметить, что в среднем за 2 года, и особенно в 2002 году, отмечалась низкая биологическая активность в верхнем слое почвы по всем вариантам опыта, несмотря на то, что по плоскорезной и поверхностной системам обработки все растительные остатки заделываются в этот слой. По-видимому, в данном случае оказала влияние недостаточная влагообеспечен-ность этого слоя, а также достаточно низкие среднесуточные температуры. В порядке значимости факторов, обусловливающих состояние биологической активности почвы, степень увлажнения и температурный режим занимают одно из ведущих мест. По мнению ряда авторов [Хабиров И.К, 1978; Янбухти-на Р.Н., 1989; Агафонова Я.М., 1996] влияние технологий обработки почвы на биологическую активность необходимо рассматривать через призму ее водного режима.
По нашим данным внесение ОСВ не привело к заметному изменению распада льняной ткани по всем вариантам опыта. Вероятно, невысокое содержание органического вещества в осадках 10-летнего хранения не оказало существенного влияния на деятельность целюллозоразлагающих микроорганизмов. Возможно также отмечаемое рядом авторов негативное воздействие присутствующих в ОСВ тяжелых металлов на состояние почвенной биоты.
С деятельностью микроорганизмов тесно связан питательный режим почвы. При этом, как уже отмечалось, обработка почвы и удобрения позволяют направленно регулировать интенсивность микробиологических процессов, и следовательно, питательный режим в лучшую сторону [Михайлов Л.Н., 1992, 1995]. В исследованиях Касатикова В.А. (1990, 1991) при ежегодном внесении ОСВ наблюдалось значительное улучшение агрохимических свойств дерново позолистой почвы: в слое 0...20 см содержание гумуса возрастало при нормах 45, 90, 180, 360 т/га на 0,12...0,42, 0,59 % соответственно. Значительно повышалось содержание Р2О5 и в меньшей степени — КгО. Аналогичные данные приводят Воробьева Р.П. и др. (2000): при внесении ОСВ в норме 40 т/га увеличивалось содержание N Р К как валовых, так и доступных форм на 10 % на удобренном перегноем фоне и до 22 % - на неудобренном фоне. О положительном влиянии ОСВ на агрохимические свойства свидетельствуют исследования Иванова А.И. и др. (1998), Дорошкевич С.Г., Убугуно-ва Л.Л. (2002). Содержание основных элементов питания в почве при внесении ОСВ в наших опытах приведено в таблицах 20 и 21, прил. 11 ...16. По данным ряда авторов [Ишкаев Т.Х. и др., 1989; Михайлов Л.Н. и др., 1990, 1991, 1993, 1998; Отаббонг Э. и др., 2001; Nerudova М., 1984] осадки сточных вод оказывают заметное влияние, прежде всего, на азотный режим почвы. Об этом же свидетельствуют наши данные. Внесение ОСВ под викоовсяную смесь привело к увеличению содержания азота в пахотном слое на 32 % по отвальной системе обработки почвы и от 8 до 18 % - по остальным вариантам. По-видимому, это нельзя объяснить только внесением азота с ОСВ: в зависимости от систем обработки почвы активизация деятельности микроорганизмов и образование подвижных форм азота происходит в разной степени. Как уже отмечалось выше, под посевами викоов-сяной смеси по отвальной системе основной обработки почвы наблюдалась более высокая биологическая активность по всему пахотному слою.
Урожайность викоовсяной смеси в качестве сидерата и возврат элементов питания в почву
Анализ данных урожайности зеленой массы кукурузы (табл. 26) в опыте позволяет определить реакцию культуры как на применяемые системы обработки почвы и внесение ОСВ, так и факторы, оказывающие в связи с этим наиболее сильное влияние на ее формирование.
Прежде всего следует отметить, что за все годы исследований с момента закладки стационарного опыта (1988 г.) урожайность зеленой массы кукурузы независимо от складывающихся погодных условий была значительно выше по отвальной системе обработки почвы, обусловленная ее повышенной требовательностью к строению пахотного слоя и питательному режиму в соответствии с биологическими особенностями. 2001-2003 годы в этом отношении не явились исключением: урожайность по вспашке (1-й вариант, контроль) в среднем была выше на 14,5 т/га, чем в варианте с плоскорезным рыхлением на такую же глубину (28...30 см) и на 12,9 т/га — с поверхностной обработкой. В отдельные годы (2001) разница в урожайности зеленой массы между 1-ми 2-м вариантами достигала 18,5 т/га.
На этом фоне внесение осадков привело к значительному достоверному повышению урожайности, которое в отдельные годы и по отдельным вариантам составляло от 4,0 до 15,8 т/га, а в среднем за 3 года - от 5,4 до 9,1 т/га. При этом следует отметить, что прибавка урожайности от внесения ОСВ была выше по плоскорезному (в т.ч. поверхностному) фону, что, безусловно, связано с улучшением как агрофизического состояния, так и питательного режима, о чем было сказано выше. Зависимость урожайности зеленой массы кукурузы от вышеуказанных факторов описывается следующим уравнением множественной корреляции [Кильдинов Г.С. и др., 1980; Доспехов Б.А., 1985]. у - 119,874 - 83,495 X, + 2,986 Х2, где X] - плотность почвы (г/см3), Хг - содержание минеральных форм азота (мг/кг).
В уравнение включены только значимые для формирования урожайности факторы. В частности, исключены содержание подвижного фосфора и калия. Коэффициенты парных корреляций между урожайностью и данными показателями низкие (0,22 и 0,26) и показывают слабую связь между ними. В то же время корреляционный анализ показал наличие сильной линейной связи между урожайностью зеленой массы кукурузы и плотностью почвы, а также содержанием минеральных форм азота, которые на 47,8 % и на 18 % определяли формирование фитомассы. Последнее объясняет снижение урожайности культуры по плоскорезной и поверхностной системам основной обработки почвы, которые не обеспечивают оптимальные условия агрофизического состояния. Кроме того, по данным вариантам ухудшается и азотный режим почвы, который также является одним из существенных факторов формирования урожайности. Внесение ОСВ снижает негативное влияние данных факторов и прибавка урожайности зеленой массы по 2-му и 4-му вариантам была выше.
Не менее важным показателем является качество продукции как зеленой массы кукурузы, являющейся кормом сельскохозяйственных животных, так и однолетних трав с точки зрения повышения плодородия почвы (в данном случае смесь викоовса возделывается в качестве сидеральной культуры).
Судя по результатам анализов, при внесении ОСВ происходило заметное увеличение содержания азота и сырого протеина в зеленой массе кукурузы, что свидетельствует о повышении белковой ценности корма. Значительное повышение содержания азота и сырого протеина наблюдалось по второму и четвертому вариантам и на 31,5 % - по комбинированной системе основной обработки почвы. Однако, несмотря на это, в связи с большей урожайностью культуры общий сбор белка по вспашке на 19 и 20 % превышал варианты с плоскорезной и поверхностной системами обработки почвы и составлял 9,73 ц с одного гектара. Ненамного уступала контролю комбинированная в севообороте система обработки почвы.
Таким образом, наиболее эффективным способом внесения осадков сточных вод при возделывании кукурузы является заделка плугом под зяблевую обработку, в том числе и при комбинировании систем обработки почвы в севообороте.
