. Эколого-агрохимическая оценка и оптимизация применения в качестве удобрений органосодержащих отходов производства (стр. 1 )

На правах рукописи

ВАРЛАМОВА ЛАРИСА ДМИТРИЕВНА

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЙ

ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 06.01.04 – Агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Саранск – 2007

Работа выполнена на кафедре агрохимии и агроэкологии

Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук профессор

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук профессор

доктор сельскохозяйственных наук профессор

доктор сельскохозяйственных наук профессор

Ведущая организация: ГНУ Ульяновский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства РАСХН

(п. Тимирязевский)

Защита состоится 5 октября 2007 г. в _______ часов

на заседании диссертационного совета Д 212.117.11 при Мордовском государственном университете имени .

Адрес: г. Саранск, п. Ялга, , ауд. 223.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке имени Мордовского государственного университета имени .

Автореферат разослан «______» _________________________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований

Среди основных экологических проблем современности важнейшее место занимает проблема отходов, которые в настоящее время образуются в огромных количествах и при их размещении в окружающей среде являются источником ее загрязнения, ухудшают санитарно-эпидемиологические и эстетические качества природы. Одним из возможных путей решения данной проблемы является утилизация отходов, т. е. возвращение их в материальный круговорот, что имеет важное экологическое, экономическое и энергосберегающее значение ( и др., 2006). При этом наиболее привлекательным направлением использования органосодержащих отходов различных производств является их применение в качестве нетрадиционных удобрений при выращивании сельскохозяйственной продукции, что, в свою очередь, является целесообразным и с агрономической точки зрения. Однако следует учитывать, что применение отходов может сопровождаться рядом серьезных негативных процессов. Так, при утилизации органосодержащих отходов промышленного производства (например, осадков коммунально-бытовых сточных вод) возможно загрязнение почв, растительной продукции и природных вод тяжелыми металлами и органическими поллютантами, а использование в земледелии больших объемов органосодержащих отходов промышленного животноводства
(свиного навоза, птичьего помета и т. д.) в ряде случаев сопровождается загрязнением почв патогенной микрофлорой и экологически опасным увеличением содержания в почве биогенных элементов.

Снижение негативного воздействия на окружающую среду может быть достигнуто двумя способами. Первый предполагает разработку безопасных технологий применения нетрадиционных удобрительных материалов (дозы внесения, способы заделки в почву, выбор культур и т. д.). Второй способ основан на улучшении качества органосодержащих отходов путем их переработки с последующей оптимизацией их использования в агроэкосистеме. Наиболее перспективными вариантами переработки отходов производства в ценные удобрительные материалы являются их компостирование (в том числе – вермикомпостирование) и анаэробное сбраживание, которое, к тому же, сопровождается получением биогаза.

Изучение возможности использования нетрадиционных удобрений, разработка оптимальных технологий их применения, учет эффективности переработки отходов и ряд других вопросов, сопряженных с их утилизаций в сельскохозяйственном производстве, должны сопровождаться комплексными исследованиями, которые позволят оценить влияние удобрений на продуктивность фитоценоза, качество и безопасность растениеводческой
продукции, агрохимические и биологические свойства почвы и т. д.

Цель и задачи исследования

Целью исследований являлось изучение агрономической и экологической возможностей использования свиного навоза, птичьего помета, осадков сточных вод и продуктов их переработки (продукт метанового сбраживания птичьего помета – «Урожай-С», химически очищенные ОСВ, грунты, компосты и вермикомпосты) в земледелии с разработкой эффективных и безопасных технологий их внесения.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

·  изучение влияния разового и длительного применения свиного навоза и куриного помета на урожайность и кормовую ценность сельскохозяйственных культур, а также агрохимические свойства почвы;

·  оценка продукта переработки птичьего помета – «Урожай-С» как нетрадиционного удобрительного материала и стимулятора роста растений;

·  выявление влияния осадка сточных вод с нормативным содержанием тяжелых металлов на урожайность, качество и безопасность получаемой продукции сельскохозяйственных культур;

·  оценка эффективности химического метода очистки осадков сточных вод (ОСВ) по изменению содержания тяжелых металлов в осадке и влиянию на безопасность полученной продукции;

·  разработка базовой технологии вермикомпостирования ОСВ, изучение эффективности и безопасности использования полученных удобрений в земледелии;

·  выявление возможности использования ОСВ как компонента почвогрунтов для выращивания цветочных культур в оранжерее и в зеленом строительстве;

·  оценка действия изучаемых видов и доз удобрений на биологическую активность почвенной биоты.

Научная новизна

Установлено, что использование отходов промышленного животноводства (жидкий свиной навоз и птичий помет) в качестве удобрений в повышенных и очень высоких дозах не угнетает развитие кормовых культур, но снижает их питательную ценность, в основном, за счет увеличения содержания клетчатки. Систематическое применение этих удобрений на легких дерново-подзолистых почвах приводит к резкому повышению запасов подвижного фосфора и дисбалансу основных элементов питания.

Изучение нового удобрения («Урожай-С»), полученного методом метанового сбраживания куриного помета, показало, что он оказывает положительное влияние на всхожесть семян; существенно повышает урожайность растений; начиная с дозы 5 т/га, стимулирует биологическую активность почвы, увеличивая содержание в ней подвижных форм питательных элементов, что в целом обуславливает его высокую агрономическую эффективность.

Установлено, что использование осадков сточных вод с нормативным содержанием в них тяжелых металлов, а также химически очищенных ОСВ в качестве удобрений под сельскохозяйственные культуры, существенно увеличило урожайность, не оказав при этом влияния на качество и безопасность полученной продукции. Показана возможность использования ОСВ, содержащих повышенное количество тяжелых металлов, в качестве компонентов почвогрунтов в зеленом строительстве и цветоводстве: не выявлено угнетающего действия

осадков на выращиваемые растения.

Дана комплексная оценка возможности использования ОСВ, птичьего помета, навоза КРС и соломы в качестве компонентов для вермикомпостирования: установлены состав и соотношения компонентов, которые позволили получить агрономически эффективные и экологически безопасные удобрительные материалы.

Защищаемые положения

·  влияние отходов промышленного птице - и свиноводства на урожайность, качество и безопасность основных сельскохозяйственных культур, а также на агроэкологические свойства почвы;

·  эффективность нового удобрения «Урожай-С» – продукта переработки птичьего помета методом метанового сбраживания;

·  возможность использования неочищенных и химически очищенных осадков сточных вод в качестве нетрадиционных удобрений в земледелии, зеленом строительстве и цветоводстве;

·  вермикомпостирование – один из эффективных приемов снижения опасности применения нетрадиционных удобрительных материалов в качестве органических удобрений.

Практическая значимость

Результаты исследований служат теоретической и практической основой для регламентирования использования осадков сточных вод в качестве удобрений в сельском хозяйстве, зеленом строительстве и цветоводстве.

Установлено, что нормированное применение органосодержащих отходов народного хозяйства в качестве источника минерального питания растений агрономически эффективно и экологически безопасно.

Научные эксперименты по изучению нового удобрения «Урожай-С» позволили рекомендовать его широкое использование для удобрения посевов, что явилось основанием для внедрения данного удобрения в сельскохозяйственное производство южных районов Нижегородской области.

Полученный материал позволяет рассматривать вермикомпостирование как перспективный прием повышения агроэкологической ценности осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрения.

Основные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин: агрохимия, система удобрения, сельскохозяйственная экология, охрана окружающей среды и рациональное природопользование, оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза.

Апробация работы

Результаты исследований были доложены на международных съездах, симпозиумах и конференциях (Горки, 1996; Москва, 1997, 1998; Суздаль, 2000; Ставрополь, 2002; Нижний Новгород, 2003; Новосибирск, 2004; Владимир, 2004, 2006), всероссийских научно-практических конференциях в высших учебных и научно-исследовательских заведениях городов Москвы (1998, 1999, 2005), Нижнего Новгорода (1998), Йошкар-Олы (2001), Кирова (2001, 2002), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава

Нижегородской ГСХА.

По теме диссертации автором опубликовано 35 печатных работ, в том числе одна монография (в соавторстве).

Изучаемое в опыте жидкое органическое удобрение «Урожай-С», полученное методом метанового сбраживания, внедрено в производство в двух хозяйствах Нижегородской области на площади 430 га. Грунты на основе ОСВ для выращивания чайно-гибридных роз прошли испытания в оранжерее МУП «Цветы» г. Н. Новгорода.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа содержит 8 глав содержательной части, выводы и рекомендации производству. Она изложена на 345 страницах, содержит 136 таблиц, 19 рисунков и 56 приложений. Список литературы включает 471 наименование, в т. ч. 49 публикаций иностранных авторов.

Выражаю искреннюю благодарность всему коллективу кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА и директору Центра агрохимической службы «Нижегородский» проф. Шафронову Олегу Дмитриевичу за консультативную, организационную и моральную поддержку при проведении исследований и подготовке диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Проблема отходов в современном мире

Оценены возможности и эффективность использования в сельском хозяйстве в качестве удобрения органосодержащих отходов птице - и свинокомплексов, а также осадков сточных вод. Дан обзор технологий по переработке этих отходов с получением более ценных и безопасных удобрений.

2. Объекты и методы проведения исследований

Основными объектами изучения служили жидкий свиной навоз, получаемый при гидравлической системе удаления из животноводческих помещений; птичий помет (отход производства при клеточном содержании птицы с механизированной уборкой помета); удобрение, полученное методом анаэробного сбраживания жидкого помета – «Урожай-С»; осадки сточных вод Нижегородской станции аэрации МУП «Нижегородский водоканал», предназначенной для очистки коммунально-бытовых и промышленных сточных вод; грунты, компосты и вермикомпосты, полученные с использованием ОСВ (рис. 1). Обобщенная агрохимическая и агроэкологическая характеристика отходов и продуктов их переработки приведена в таблицах 1 и 2.

Часть результатов, обсуждаемых в данной работе, получены в коллективных исследованиях: опыты по изучению применения в полеводстве бесподстилочного куриного помета проведены совместно с доктором с.-х. наук, профессором и кандидатом с.-х. наук , жидкого свиного навоза − с кандидатом с.-х. наук, доцентом , очищенных осадков сточных вод − с кандидатом с.-х. наук, профессором , вермикомпостов − с кандидатом с.-х. наук, доцентом под общим руководством заведующей кафедрой агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА, доктора с.-х. наук, профессора Титовой испытания жидкого органического удобрения «Урожай-С» проведены совместно с сотрудниками центра агрохимической службы «Нижегородский».

Грунты

Очищенный осадок

Вермикомпост

«Урожай-С»

Рис. 1. Логическая схема проведения исследований

В работе обобщены результаты 8 модельных лабораторных, 7 вегетационных, 10 микрополевых, 2 полевых и 7 опытов, проведенных в производственных условиях. Опыты проведены на вегетационной площадке кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА, на опытном поле учхоза НГСХА «Новинки», в трех районах Нижегородской области и СМП «Цветы» г. Нижнего Новгорода. Эксперименты выполнены в период 1996–2005 гг. в рамках бюджетных и внебюджетных научных исследований кафедры агрохимии и агроэкологии, ответственным исполнителем которых была автор работы.

Основная часть исследований проведена на светло-серых лесных легко - и среднесуглинистых почвах с содержанием гумуса 1,3-2,0 %, рНkcl 4,6-6,1 ед., подвижных соединений Р2О5 – 120-340 мг/кг, К2О – 66-221 мг/кг; 3 опыта были заложены на серых лесных среднесуглинистых почвах с содержанием гумуса 2,2-3,0 %, рНkcl 5,3-5,8 ед., Р2О5 –124-202 мг/кг, К2О – 1мг/кг; 3 опыта – на дерново-подзолистых супесчаных и легкосуглинистых почвах с содержанием гумуса 1,3-2,3 %, рНkcl 5,2-6,5 ед., Р2О5 – 99мг/кг, К2О – 57-525 мг/кг. Содержание тяжелых металлов в почвах не превышало ПДК (ОДК), но в от-

дельных случаях было выше фона.

Таблица 1 – Агрохимическая характеристика органических удобрений

Удобрение	Обозначение	рН	Сухое Вещество, %	Содержание, % на естественную влажность
N	Р2О5	К2О
Свиной навоз жидкий	ЖСН	6,7-6,8	2,5-6,6	0,16-0,25	0,10-0,28	0,02-0,17
Помет куриный бесподстилочный	ПП	7,2-7,4	30-36	0,78-1,63	1,12-2,47	0,35-0,99
Жидкое органическое удобрение «Урожай-С»	«Уро- жай-С»	7,2-7,8	1,8-3,6	0,17-0,40	0,03-0,24	0,02-0,13
Осадки сточных вод	ОСВ	6,5-7,6	44-75	0,40-0,63	0,50-4,48	0,14-0,38
Компосты	К	6,5-7,1	50-68	0,97-1,60	0,32-0,66	0,29-0,97
Вермикомпосты	ВК	6,5-7,1	41-61	0,37-1,10	0,16-0,89	0,31-0,79
Навоз КРС подстилочный полуперепревший	Навоз	6,4-6,7	27-30	0,56-0,62	0,21-0,24	0,58-0,71

Таблица 2 – Содержание ТМ в органических удобрениях,

мг/кг сухого вещества

Удобрение	Cd	Cu	Pb	Zn	Ni	Cr
ЖСН	0,35	17,97	21,65	168,6	19,30	2,97
ПП	0,27	8,20	1,15	127,9	5,70	3,32
«Урожай-С»	0,10	0,06	1,74	1,2	0,93	0,33
Навоз	0,65	7,22	1,92	61,2	6,36	3,96
ОСВ	12	385	44	789	300	513
ТУ*	2	132	130	220	-	-
Норма**	20	1000	750	2500	300	750
ПДК***	30	1500	500	3500	400	1000

* - ТУ (навоз подстилочный крупного рогатого скота);

** - требования к нетрадиционным органическим удобрениям (Справочная книга …, 2001);

*** - ГОСТ Р17.4.3.07-2001.

Наиболее благоприятными для развития сельскохозяйственных культур были 1999 и 2003 гг. Дефицит влаги растения испытывали в 2001 и 2002 гг., а избыточным увлажнением характеризовались 1998 и 2000 гг. Хорошие условия перезимовки многолетних трав и озимых культур складывались в гг.

При анализе растительного материала, удобрений и почв использовали методы, применяемые в современной агрохимической практике. Аналитические работы проведены в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА, где выполнены анализы по определению агрохимических и биологических показателей почвы, составу удобрений и качеству растений; в лаборатории ФГУ «Центр агрохимической службы «Нижегородский» и МУП «Нижегородский водоканал», где в испытуемых объектах было определено содержание тяжелых металлов. Математическая обработка результатов исследований проведена с использованием методов дисперсионного и корреляционного анализов, а также метода вариационной статистики.

3. Применение в сельском хозяйстве органосодержащих отходов

промышленного свино - и птицеводства

Исследования с дозами птичьего помета и свиного навоза

Влияние возрастающих доз удобрений на урожайность и качество кормовых культур. В зоне расположения крупных животноводческих предприятий чаще всего применяют максимально возможные, а иногда и сверхлимитные количества органических удобрений. В таких условиях возникает необходимость определения предельных доз их использования, не оказывающих существенного негативного влияния на состояние агроэкосистемы, прежде всего, на фитоценоз. При этом на первом этапе исследований актуальным являлось проведение исследований по сравнительной оценке действия изучаемых органических удобрений и эквивалентного количества минеральных.