Экологическая оценка воздействия барды послеспиртовой при использовании ее в качестве удобрения на состояние базовых компонентов агроэкосистемы в условиях серых лесных почв верхнего Поволжья (стр. 1 )

На правах рукописи

КОРЧЕНКИНА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ БАРДЫ

ПОСЛЕСПИРТОВОЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЕЕ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ НА СОСТОЯНИЕ БАЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ

АГРОЭКОСИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ

ВЕРХНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 03.02.08 – экология (биология)

06.01.04 – агрохимия (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Москва – 2013

Работа выполнена на кафедре агрохимии и агроэкологии ФГБОУ ВПО

«Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель:	доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Официальные оппоненты:	заведующий кафедрой сельскохозяйственной радиологии и экологии Калужского филиала РГАУ-МСХА им. , кандидат биологических наук, профессор доцент кафедры биологической и общей химии Ярославской государственной медицинской академии, доктор сельскохозяйственных наук
Ведущая организация:	ГНУ Удмуртский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится 28 ноября 2013 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени

Текст автореферата размещен на сайте РГАУ-МСХА имени : www.timacad.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ – МСХА имени .

Автореферат разослан «____» _______________ 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Проблема отходов является одной из наиболее острых экологических проблем современности. Постоянное образование их в огромных количествах представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья людей (Агроэкология…, 2000; Мерзлая, Лысенко, 2002; Климова, Починова, 2009; Сидоренко, 2009 и др.). В таких условиях поиск путей безопасной утилизации отходов и перевод их в разряд вторичных материальных ресурсов является основой поддержания устойчивости региональных экосистем и биосферы в целом.

Все более значительный вклад в общие объемы образования отходов вносят предприятия, перерабатывающие сельскохозяйственную продукцию. Так, производство спирта сопровождается образованием значительного количества барды послеспиртовой (на 1 дал спирта приходится порядка 12 дал барды), характеризующейся высокой влажностью, кислой реакцией и наличием в ее составе биогенных элементов (Ненайденко, 1998; Шилов, Бакуменко, 2011; Ненайденко, Ильин, 2012). Свойства отхода позволяют использовать его на корм скоту в свежем или переработанном виде. Однако при этом возникает ряд проблем, в том числе значительные затраты на транспортировку барды естественной влажности или на ее обезвоживание и получение сухого кормопродукта. В результате, несмотря на требование ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции», диктующего необходимость полной утилизации барды, отход в ряде случаев сбрасывается в пруды накопители, которые являются источником мощного негативного воздействия на компоненты окружающей среды. В связи с этим возникает необходимость поиска новых ресурсосберегающих и экологически безопасных направлений утилизации данного материала.

В качестве такового в последние годы рассматривается возможность использования барды послеспиртовой как удобрения. В 2008 г. был принят ГОСТ «Удобрения органические на основе органогенных отходов растениеводства и предприятий, перерабатывающих растениеводческую продукцию. Технические условия», в котором фильтрат барды отнесен к органическим удобрениям. В отдельных почвенно-климатических зонах проведены исследования по влиянию средних доз (менее 100 т/га) отхода на урожайность сельскохозяйственных культур и свойства почвы ( и др., 1997, 1998, 2002, 2008, 2012; Гурин и др., 2009; Ушаков, 2011 и др.). Однако объем полученных экспериментальных данных является недостаточным и, прежде всего, в части оценки влияния на компоненты агроэкосистемы повышенных и высоких доз данного материала, что обуславливает актуальность проведения исследований, направленных на выявление потенциальных негативных экологических последствий, которые могут возникнуть в агроэкосистеме на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой.

Цель и задачи исследований

Целью исследований являлась оценка воздействия высоких доз барды послеспиртовой при утилизации ее в качестве органического удобрения на базовые компоненты агроэкосистемы в условиях серых лесных почв Верхнего Поволжья.

В программу исследований входило решение следующих задач:

· анализ агроэкологического состояния и продуктивности серых лесных почв с участков утилизации барды послеспиртовой;

· оценка воздействия возрастающих доз барды послеспиртовой на урожайность зерновых (яровая пшеница, овес) и кормовых (викоовсяная смесь) культур, а также некоторые показатели химического состава и экологической безопасности продукции;

· выявление тенденций изменения агрохимических и агроэкологических свойств серых лесных почв в зависимости от дозы внесения барды послеспиртовой;

· изучение целесообразности совместного внесения барды послеспиртовой и традиционных агрохимических средств (минеральных удобрений и извести) при возделывании зерновых (яровая пшеница, овес) культур;

· оценка фосфатного состояния серых лесных почв на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой.

Научная новизна

Выявлены основные тенденции изменения агроэкологического состояния серых лесных почв на фоне систематического внесения высоких доз барды послеспиртовой. Установлено, что наряду с положительными процессами (увеличение содержания гумуса и подвижных форм фосфора и калия), происходит значительное ухудшение физико-химических свойств почв. При этом продуктивность зерновых культур на почвах участков утилизации на 30-50 % выше, чем на почвах фоновых участков. Изучены зависимости между высокими дозами барды, продуктивностью сельскохозяйственных культур, безопасностью растениеводческой продукции и изменениями показателей почвы, в том числе характеризующих ее санитарно-гигиеническое состояние. Впервые рассмотрены особенности фосфатного режима почвы на фоне использования высоких доз барды послеспиртовой.

Основные положения, выносимые на защиту:

· длительная утилизация высоких доз барды в агроэкосистеме приводит к ухудшению физико-химических свойств серой лесной почвы, увеличению содержания валовых и доступных форм элементов питания растении и практически не влияет на санитарно-гигиеническую характеристику почвы;

· продуктивность серых лесных почв с участков утилизации барды существенно выше, чем продуктивность фоновых аналогов, не испытывающих воздействия, связанного с внесением отхода;

· применение высоких доз барды послеспиртовой способствует существенному увеличению продуктивности зерновых и кормовых культур, количественное проявление эффекта зависит от дозы внесения отхода и биологических особенностей культуры;

· под влиянием высоких доз барды послеспиртовой происходит повышение концентрации азота, фосфора и калия в растительной продукции, увеличение содержания нитратов в викоовсяной смеси;

· разовое внесение высоких доз барды послеспиртовой в светло-серую лесную почву способствует ухудшению ее физико-химических свойств и значительному увеличению содержания подвижных форм фосфора и калия, причем эффект напрямую зависит от дозы отхода;

· содержание тяжелых металлов в серых лесных как на фоне длительной утилизации барды послеспиртовой, так и на фоне разового внесения ее высоких доз, а также в растительной продукции, полученной в этих условиях, изменяется незначительно;

· совместное внесение барды и минеральных удобрений позволяет получить дополнительную прибавку урожая зерновых культур, а известкование устраняет негативные последствия, возникающие вследствие утилизации кислого отхода, оптимизируя физико-химические свойства почвы;

· на фоне утилизации барды послеспиртовой происходит изменение фосфатного состояния серых лесных почв – увеличивается относительная доля органофосфатов, а также доля фосфатов, связанных с железом и алюминием.

Практическая значимость

Результаты исследований применяются при разработке системы обращения с отходами на предприятиях по производству спирта Нижегородской области, а также государственными природоохранными органами при планировании контроля за их деятельностью. Полученные материалы используются сельскохозяйственными предприятиями, расположенными в непосредственной близости от спитрзаводов, для принятия решения о целесообразности использования барды в качестве органического удобрения. Отдельные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин «Сельскохозяйственная экология», «Агрохимия», «Оценка воздействия на окружающую среду» и «Охрана окружающей среды и рациональное природопользование».

Апробация работы

Результаты исследований были доложены на ежегодных конференциях аспирантов и научно-педагогических работников Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, гг.), на научно-практической конференции «Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях» (Н. Новгород, 2010), на международной научно-практической конференции «Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений» (Н. Новгород, 2011), на научно-практической конференции студентов и аспирантов факультета почвоведения, агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, 2012), а также на международной конференции при Пермской летней полевой школе молодых ученых «Теория и практика проведения агрохимических исследований» (Пермь, 2013). Общее количество опубликованных работ представлено 9 наименованиями (3,7 усл. печ. л., личное участие – 2,3 усл. печ. л.). В журналах, рекомендуемых ВАК РФ, опубликовано 3 работы (из них по теме диссертации 1 работа).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа содержит введение, 6 глав содержательной части, выводы и предложение производству. Она изложена на 170 страницах, содержит 59 таблиц, 9 рисунков и 15 приложений. Список литературы включает 154 наименования, в т. ч. 5 публикаций иностранных авторов.

Диссертационная работа выполнена в НГСХА в соответствии с комплексным тематическим планом научных исследований (номер государственной регистрации темы 012Автор выражает признательность коллективу кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА, возглавляемому проф., доктором с.-х. наук , и директору ГНУ Нижегородский НИИСХ Россельхозакадемии, кандидату с.-х. наук за организационную и моральную поддержку на этапе подготовки диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

На основании анализа публикаций российских и зарубежных исследователей дана общая характеристика проблемы обращения с отходами в современных условиях, насмотрены наиболее перспективные направления их утилизации (Титова и др., 2009; Садиуллина, 2010; Семенова, 2010; Государственный доклад …, 2012; Тиньгаев, 2010; Бычкова, 2012; Игленкова, 2013; Титова, Дабахова, 2013). Показан положительный опыт использования широкого спектра отходов в качестве органических удобрений в различных почвенно-климатических зонах (Алиев, 2001; Титова и др., 2003; Давыдов и др., 2005; Мерзлая, 2005; Селивановская и др., 2007; Варламова, 2008; Караксин, Титова, 2008; Постников и др., 2008; Сидоренко, 2009; Кирейчева и др., 2010; Куликова и др., 2010; Перегудов, Шилова, 2011). Выявлены потенциальные негативные экологические последствия, которые могут сопровождать процесс утилизации отходов в агроэкосистеме.

Представлен обзор основных результатов исследований по использованию барды послеспиртовой в качестве органического удобрения, свидетельствующих, что несение данного отхода повышает продуктивность сельскохозяйственных культур и улучшает питательных режим почвы (Коротаев и др., 1996; Ненайденко и др., 1997, 1998, 2002, 2008, 2012; Умнов, Дабахова, 2008; Арсеньев, Ежков, 2009; Гурин и др., 2009; Ковалев и др., 2009; Крючков и др., 2011; Тюрникова, Зинина, 2011; Ушаков, 2011; Шилов, Бакуменко, 2011; Кузяева, 2012). Установлено, что объем имеющихся в настоящее время экспериментальных данных является недостаточным для оценки возможности утилизации высоких доз барды послеспиртовой и прогнозирования возникающих при этом экологических последствий.

Глава 2. Объекты, условия и методы проведения исследований

Основным объектом исследований являлась послеспиртовая барда, усредненная химическая характеристика которой представлена в таблице 1.

1. Химический состав барды послеспиртовой

Показатель	Значение
Массовая доля сухого остатка, %	3,7
Показатель активности водородных ионов, ед. рН	4,3
Массовая доля питательных веществ в пересчете на сухое вещество, мг/кг:
- азот общий (N)	3900
- фосфор общий (Р2О5)	686
- калий общий (К2О)	1230
Кальций в пересчете на сухое вещество, мг-экв./100 г	1,75
Магний в пересчете на сухое вещество, мг-экв./100 г	2,1
Сульфаты в пересчете на сухое вещество, мг/кг	687
Нитраты, мг/л	3,5
Массовая доля примесей тяжелых металлов в пересчете на сухое вещество, мг/кг:
цинк	36,76	никель	12,70
медь	7,57	марганец	15,68
свинец	34,59	кобальт	10,00
кадмий	8,11	железо	14,05
хром	10,00

Программа предусматривала исследование почв с участков утилизации барды послеспиртовой с целью оценки последствий длительного (5 лет) воздействия слива на поверхность почвы высоких доз отхода (в среднем 400 т/га). Участки утилизации расположены в Воротынском районе Нижегородской области в зоне серых лесных почв. Их характеристика представлена в главе 3.

Для комплексной оценки агрохимических и экологических условий произрастания культурных растений на почвах, отобранных с участков утилизации, были заложены вегетационные опыты № 1 (темно-серой лесная среднесуглинистая почва, 2008 г.) и 2 (светло-серая лесная легкосуглинистая почва, 2009 г.). В качестве фона использовали почву с участков, территориально примыкающих к изучаемым, характеризующуюся близкими почвенными свойствами, но не испытывающую нагрузку, связанную с утилизацией отхода. Схема опытов представлена в таблице 2.

2. Схема опытов № 1 и 2

Содержание вариантов	Условное обозначение
1. Почва с территории, прилегающей к участку утилизации	1. Фон
2. Почва с участка утилизации	2. Уч. утилизации
3. Почва с участка утилизации + известкование	3. Уч. утилизации + известь
4. Почва с участка утилизации + минеральные удобрения	4. Уч. утилизации + NРК
5. Почва с участка утилизации + известкование + минеральные удобрения	5. Уч. утилизации + известь + NРК

Минеральные удобрения вносили в дозе по 0,2 г азота, фосфора и калия на 1 кг почвы в составе аммиачной селитры, двойного суперфосфата и сульфата калия; известь – из расчета 1,6 г/кг почвы. В опыте № 1 выращивали яровую пшеницу сорта Амир, в опыте 2 – овес сорта Привет.