Влияние осадка сточных вод на химические показатели почвы и накопление тяжелых металлов растениями

28

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………  ……………….…… 3

ГЛАВА I. Обзор литературы

1.1. Методы утилизация осадков городских сточных вод………………5

1.2. Опыт применения осадка сточных вод………………………………6

1.3. Опасность применения осадка сточных вод…………………………8

1.4. Тяжелые металлы в системе почва-растение……………………….10

Глава II. Методика исследований

2.1. Закладка полевого опыта……………………………………………14

2.2. Определение химического состава почв и растений………………15

2.3. Тест на фитотоксичность ОСВ………………………………………16

2.4.  Математическая обработка результатов…………………………   16

2.5.  Химические показатели осадка…………………………………….16

Глава III. Результаты исследований

3.1. Тест на фитотоксичность вытяжки ОСВ на проростках…………..17

3.2 Влияние внесения ОСВ на агрохимические показатели почв……  18

3.3 Влияние внесения ОСВ  на уровень содержания тяжелых металлов  в почве……………………………………………………………………..22

3. 4.  Влияние внесения ОСВ на содержание тяжелых металлов в органах Овса посевного……………………………………… …………24

3.5.  Влияние внесения ОСВ на урожайность Овса посевного………..28

Выводы…………………………………………………………………………..29

Список литературы………………………………………………  ……………30

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

              Одной из острых проблем крупных и малых городов является ежегодный прирост объемов осадков сточных вод и биомассы активного ила на иловых полях. По итогам работы муниципального унитарного предприятия города Ижевска «Ижводоканал» одной из важных задач на 2009 г. было сокращение объемов складирующегося осадка, образующегося на сооружениях,  и его утилизация. На сегодняшний день обезвоженный осадок вывозится на иловые поля, площадь которых составляет порядка 120 га. Нерешенность вопросов организованной утилизации или  захоронения  осадков  с иловых площадок привели к предельному их заполнению и, соответственно, необходимости их освобождения или выделения новых свободных земель, которые находятся в большом дефиците.

По мнению агрономов, одним из таких путей утилизации может стать использование осадков сточных вод в качестве удобрения в сельском хозяйстве, что обусловлено достаточно большим содержанием в них биогенных элементов. Правильное применение ОСВ позволит повысить плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечит охрану окружающей среды. Однако основным фактором, сдерживающим применение ОСВ в растениеводстве, является наличие в них солей тяжелых металлов, которые оказывают негативное влияние на почву и растения. Следовательно, для оптимального решения данного вопроса имеется ряд трудностей и много еще неразрешенных задач.

Для правильного использования осадков городских сточных вод в качестве удобрений, необходимо в каждом конкретном регионе организовать всестороннее изучение их химического состава, определить влияние ОСВ на плодородие почв, урожай и качество сельскохозяйственных культур.

Цель исследований: изучить влияние осадка сточных вод на химические показатели почвы и накопление тяжелых металлов растениями (на примере Avena sativa L.) .

Для достижения цели решались следующие задачи:

   заложить полевой опыт по внесению различных доз двух типов осадков: с иловых полей и с цеха механического обезвоживания;

   провести тест на фитотоксичность ОСВ;

   в конце вегетационного периода определить основные агрохимические показатели почв;

   измерить содержание тяжелых металлов в системе почва-растение (на примере Avena sativa L.);

   снять морфометрические показатели Avena sativa L.

   провести математическую обработку результатов.

Глава I. Обзор литературы

1.1. Методы утилизация осадков городских сточных вод

Отходы городского коммунального хозяйства, в том числе и осадки сточных вод (ОСВ) в крупных городах и населенных пунктах порождают массу проблем в связи с их утилизацией.

Существует ряд способов утилизации ОСВ: сбрасывание в моря и океаны, сжигание, захоронение в почвенной среде, обезвреживание и использование в качестве органических удобрений, как добавка при приготовлении различных компостов и т.д. В Японии, например, уже в 1981г. в эксплуатации находилось около 500 установок конечной переработки и за год перерабатывалось около 65х108 м3 сточных вод, при этом количество полученного ила составило около 24х105 м3. Они состоят на 80% из обезвоженного брикета, на 11% из пепла сжигания (пепла, получаемого в результате сжигания после обезвоживания) и других отходов (сухой или дигерированный ил) в количестве 9%.Указанные отходы ( 42% ) захоронивают в землю, сбрасывают в море (36%), в объеме 15% эффективно используют. Из эффективно используемых отходов 93% приходится на улучшение лугопастбищных и сельскохозяйственных земель. Главный упор делается на применение канализационного ила в качестве удобрений. [5]

Одним из способов утилизации ОСВ является его использование в качестве органоминерального удобрения, при этом одновременно решается ряд задач: исключается необходимость хранения (захоронения), повышается плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, не загрязняется окружающая природная среда.

Ил со станций очистки сточных вод общественной канализации представляет собой важнейший источник органических, питательных и биологически активных веществ. Непосредственное удобрение илом со станций очистки сточных вод является выгодным способом использования этих отходов, если они используются соответствующим образом при определенных природных и производственных условиях. Благодаря экономической выгоде, которую приносит непосредственное удобрение илом его потребителям и поставщикам, а также всему народному хозяйству, указанный способ использования ила признается и применяется во всем мире.

Уровень использования отходов городов и осадка сточных вод в сельском хозяйстве стран СНГ пока невысок. В почву вносится не более 4-6% осадка сточных вод с очистных сооружений крупных городов. Большая часть отходов вывозится на свалки, создающие опасные очаги загрязнения окружающей среды. При этом безвозвратно теряются              содержащиеся в отходах полезные компоненты.

1.2. Опыт применения осадка сточных вод

Первые исследования по изучению удобрительной ценности канализационного ила (ОСВ) были проведены П.С. Севастьяновым (1931-1937), который пришел к заключению, что осадки сточных вод могут приравниваться к навозу и минеральным удобрениям. По сравнению с данными традиционно применяемыми удобрениями, ОСВ по данным Э. Рюмбензам и Э. Рау (1969) содержат общего азота и фосфора в 1,5-2,0 раза больше, чем  навоз КРС, а содержание органического вещества достигает до 75%.

              Польские ученые из г. Пулава провели исследования с осадком сточных вод на почвах различного гранулометрического состава. Добавление осадка в дозах 5 и 10%  сопровождалось сильным увеличением численности бактерий, грибов, актиномицетов   свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов (в том числе Clostridium). В тоже время численность целлюлозолитической микрофлоры не изменилась. Выявлено активное разложение соединений С и N. За период инкубации количество органического углерода уменьшилось на 14-31%, N -на 0-20 %, также наблюдалось уменьшение доли растворимых форм фосфора. Резко уменьшилось содержание подвижных форм Zn (вытяжка 0,005 М ДТПА). Ими сделан вывод, что ОСВ может быть использован для рекультивации деградированных почв. Однако не рекомендовано применять осадок на почве с емкостью поглощения катионов <5 мг-экв/100г ввиду относительно высокого содержания в ней цинка [30].

Проведенные опыты по влиянию ОСВ на химический состав почвы показал, что ежегодное внесение осадка в дозе 6,6 и 13,2 т/га в течение 12 лет повысило содержание фосфора до 455 и 666 кг/га соответственно. При этом не было отмечено неблагоприятного влияния ОСВ на рост растений кукурузы и на баланс в них питательных веществ [31].

Исследовательская работа по изучению и использованию ОСВ проводится и в нашей стране. Результаты исследований, проведенных на дерново-подзолистых почвах с различными видами ОСВ, свидетельствуют об их положительном влиянии на урожайность сельскохозяйственных культур. Прибавки урожая пропашных зерновых культур в микрополевом опыте от ОСВ в дозе 30 т/га сухого вещества составили 20-25%. В полевом опыте сбор сена викоовсяной смеси от внесения 10 и 30 т/га ОСВ повысился соответственно на 6,6 и 19,7%. Наличие тяжелых металлов в зеленой массе викоовсяной смеси, выращенной при внесении ОСВ и в почве после ее уборки, в указанных опытах не превышало ПДК. [7]

Интересен опыт Ставропольского СХИ в совхозе « Константиновский » с кукурузой на силос. Иловые осадки сточных вод г. Пятигорск вносили по вариантам: 1 - контроль, 2 - нитрааммофос, 3 - иловый осадок – в дозах 60, 120 и 180 т/га. Агрохимический анализ почв показал, что содержание гумуса и реакция среды были постоянны во всех вариантах и во все периоды (соответственно 5,1-5,6% и 7,5-7,8%). Увеличение содержания в почве фосфора в период уборки урожая, по сравнению с предшествующим периодом, свидетельствовало о том, что после формирования репродуктивных органов происходил отток фосфора в почву. В этот период снижалось количество фосфора в зеленой массе кукурузы. [32]

Установлено, что ОСВ городских очистных сооружений в умеренных дозах способен повышать содержание гумуса и биологическую активность почвы, устойчивость растений к экстремальным погодным условиям. Оптимальная норма под зерновые под основную обработку - 20т/га, под кукурузу - 40т/га. На 3-й год можно возделывать сахарную свеклу за счет высокого последействия. Хорошие результаты дает внесение ОСВ под зяблевую вспашку в сочетании с известью (10:1). Эффективно сочетание умеренной дозы ОСВ (20 т) с уменьшенной в 3 раза расчетной дозой NРК. Химический состав сельскохозяйственной продукции, выращенной с применением указанных норм ОСВ, не хуже контрольных образцов. [33]

Многие авторы считают, что удобряющий эффект осадков сточных вод, главным образом определяется наличием в них азота. В первый год внесения осадка растения главным образом используют минеральную форму азота из осадка, а органический азот доступен на более поздних сроках в связи с его медленным высвобождением в результате его минерализации. Так в первый год из органической части высвобождается путем минерализации около  15-17% азота [9].

Обобщая литературные данные, можно констатировать, что ОСВ обладает высоким удобряющим эффектом при выращивании сельскохозяйственных культур и все же при их применении должны учитываться климатические условия региона, типы почв, виды осадка и конкретно вид выращиваемой культуры.

1.3. Опасность применения осадка сточных вод

Использование осадка требует осторожности. Осадки сточных вод зачастую сильно загрязнены солями таких тяжелых металлов, как Cr, Cd, Hg, Cu, Pb, Co, Zn, Mo [34]. Особенно данная проблема характерна для промышленных центров. Соли тяжелых металлов могут накапливаться в почве, воде, организме, в больших концентрациях проявляя канцерогенное и мутагенное действия. Также необходимо учитывать тот факт, что сточные воды заражены гельминтами и патогенной микрофлорой, способные вызывать вспышки заболеваний таких как дизентерия, гельминтоз и др. Кроме того в них могут содержаться избыточное количество нитратов, и токсические вещества (полихлорированные бифенилы, алифатические соединения, эфиры, моно- и полициклические ароматические вещества, фенолы, нитрозамины).

В целях уменьшения загрязнения почв при использовании в качестве удобрений осадка городских сточных вод, последний следует применять в строго контролируемых условиях, и учитывать тот факт, что почвы по- разному реагируют на его внесение. Критериями пригодности почв для внесения в них осадка городских сточных вод является топография и уклон местности, структура, водопроницаемость и дренаж почв, поверхностный сток и эрозионные процессы, затопляемость территории, величина влагоемкости почв, глубина залегания грунтовых вод, кислотность почвы, емкость катионного обмена почвы, и возможность защиты источников водоснабжения населения. Применение ОСВ рекомендовано на однородных выровненных участках при уклоне до 5%. Возможно применение его и при уклоне до 15%, но при условии предотвращения поверхностного стока. Исключается использование осадка на глинистых уплотненных почвах с очень низкой или чрезмерно большой водопроницаемостью, а также на оголенных и плохо дренированных почвах, где возможно периодическое избыточное увлажнение верхнего 50-см слоя. На кислых почвах с рН менее 5,5 вообще не следует применять осадок сточных вод. Поскольку в кислых условиях увеличивается подвижность тяжелых металлов. Почвы с рН 5,5-6,5 должны предварительно известковаться до величины рН, превышающей 6,5 [30].

1.4. Тяжелые металлы в системе почва -растение

В последнее время в специальной научной и сельскохозяйственной литературе появился термин "тяжелые металлы", который сразу же приобрел негативной звучание. С ним связано представление о чем-то токсичном, опасном для живого, будь то животные или растения. Тяжелые металлы - группы химических элементов, имеющих плотность более 5 г /куб. см. Термин заимствован из технической литературы, где металлы классифицируются на легкие и тяжелые. Для биологической классификации правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, т.е. к тяжелым следует относить металлы с атомной массой более 40. Представление об обязательной токсичности тяжелых металлов является заблуждением, так как в эту же группу попадают медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо - элементы, большое позитивное биологическое значение которых давно обнаружено и доказано. Важны концентрации в которых они необходимы живым организмам. Справедливее использовать термин "тяжелый  металл"   в случае, когда речь идет об опасных для животных организмов концентрациях элемента с относительной массой более 40. Микроэлементом он становится тогда, когда находится в почве, растении,  организме животных и человека  в нетоксичных концентрациях или используется в малых количествах как удобрение или минеральная добавка к корму.

Однако, имеется группа металлов, за которыми закрепилось только одно негативное понятие - «тяжелые», в смысле «токсичные». Такая группа включает ртуть, кадмий и свинец. По общему мнению их считают наиболее вероятными и опасными загрязнителями окружающей среды, так как они широко используются в промышленности и на транспорте.

Тяжелые металлы находятся в почве в различной форме. Они могут включаться в твердую фазу почвы, находиться в виде свободных ионов в почвенных растворах, в виде растворимых органоминеральных комплексов или адсорбированными на коллоидных частицах [23].

В культурном ландшафте наибольшее распространение имеют цинк, свинец, ртуть, кадмий, хром. Набор металлов, поступающих в ландшафт, зависит прежде всего от характера человеческой деятельности в данном регионе. Знание природных концентраций тяжелых металлов в почвах и растениях дает возможность судить о состоянии чистоты или загрязненности и принимать меры, направленные на сохранение почвенного плодородия и качества растениеводческой продукции. К слабо загрязненным относятся почвы с содержанием элемента от 2 до 10 кларков, к средне - от 10 до 30 кларков, к сильно - свыше 30 кларков. [26]

В условиях кислой неокультуренной дерново-подзолистой почвы уровень кадмия в 2,5 мг/кг (10 раз больше фонового), цинка - 125 мг/кг (5раз больше фонового) уже можно считать опасным. Пороговое значение содержания тяжелых металлов в почве, приводящее к их накоплению в растениях, в количестве выше, чем ПДК для разных металлов различно. Так в неокультуренной дерново-подзолистой почве такой пороговой концентрацией по свинцу является 150 мг/кг почвы, по кадмию - 0,2, по цинку - 85 мг/кг почвы. Тогда как в окультуренной дерново-подзолистой почве эти значения иные:  для свинца - 650, кобальта - 2,5, цинка – 80 мг/кг почвы; а для типичного чернозема: кобальта - 5,0, цинка - 115 мг/кг.               Экспериментальными исследованиями, проведенными на кафедре коммунальной гигиены Днепропетровского медицинского института установлено, что повышенное содержание химических веществ в почве существенно влияет на самоочищение почвы. Уровень предельной концентрации по железу составляет 5000 мг/кг, по марганцу - 1000 мг/кг.

На почвах разного типа тяжелые металлы при одних и тех же концентрациях оказывают на растения различное действие. Это обусловлено разной кинетикой и превращением этих веществ в почве. В опытах с суглинистой почвой, торфом и черноземом внесение ртути в дозе 10 мг/кг практически не вызывало изменений в элементном составе зерновых. Внесение той же дозы в песчаную почву и супесчаный суглинок привело к накоплению ртути в соломе пшеницы до 5,7 мг/кг сухой массы и невызреванию овса [24].

              Поступление тяжелых металлов в растения зависит от многих факторов: от природы и концентрации металла, от метеорологических условий, а также от особенностей вида растения и его устойчивости к действию металлов.

Основная часть высших растений повреждается избыточным содержанием тяжелых металлов. Однако многие растения способны накапливать в основном в надземных органах большие количества тяжелых металлов, многократно превышающие их концентрации в почве. Эти растения так и называются растениями-аккумуляторами, которые в процессе эволюции, произрастая на почвах геохимических аномалий, сформировали конститутивные механизмы устойчивости к тяжелым металлам, что позволяет им аккумулировать токсичные элементы в метаболически инертных органах и органеллах или включать их в хелаты и тем самым переводить в физиологически безопасные формы. Подобные виды растений начинают активно использовать для разработки технологий биологической очистки, загрязненных территорий. Степень накопления в различных частях растений различная. Так накопление свинца наиболее интенсивно идет в корневой системе, причем количество ионов металла может превышать контроль более, чем в 7 раз. В меньшей степени его накапливают листья и репродуктивные части растений. Это объяснимо тем, что в процессах метаболизма в растениях образуются разнообразные органические соединения с хелатирующими свойствами [18].

Помимо растений-аккумуляторов существуют растения-индикаторы и растения-исключатели. У растений-индикаторов содержание металла в клетках соответствует его содержанию в почве. В побегах растений-исключателей поддерживается низкая концентрация металлов, несмотря на высокую концентрацию в окружающей среде. В этом случае барьерную функцию выполняет корень.

ГЛАВА II. Методика исследований

2.1. Закладка полевого опыта

В конце июня 2011 г. на территории Ботанического сада УдГУ был заложен микроделяночный опыт по внесению различных доз двух видов осадка сточных вод: с иловых полей и с цеха механического обезвоживания. Для осадка с иловых полей характерно, что он хранился на них около 10 лет и не проходил этап механического обезвоживания. Тогда как осадок второго типа , брался сразу же после механического обезвоживания, в результате которого количество воды в нем снижено на 70 %.

              Опыт закладывался на площадках размером 1: 1 м в трехкратной повторности. Перед закладкой опыта окультуренная дерново-подзолистая легкосуглинистая почва подвергалась механической обработке.

Схема опыта (варианты):

1.      Контроль

2.      Внесение ОСВ с иловых полей (ИП) в дозе 10 т/га

3.      Внесение ОСВ с иловых полей (ИП) в дозе 25 т/га

4.      Внесение ОСВ с иловых полей (ИП) в дозе 50 т/га

5.      Внесение ОСВ с цеха механического обезвоживания в дозе 10 т/га

6.      Внесение ОСВ с цеха механического обезвоживания в дозе 25 т/га

7.      Внесение ОСВ с цеха механического обезвоживания в дозе 50 т/га

Перед внесением ОСВ в почву в него добавлялась известь и он выдерживался в течение 10 суток. Объём извести подобран согласно СанПиН 2.1.7.573-96.

              После внесения ОСВ в почву высевались семена Овса посевного в количестве 100 штук.

2.2. Определение химического состава почв и растений

              В конце вегетационного периода совместно с растениями с каждого участка отбирались в трехкратной повторности образцы почвы. После высушивания образцы подвергались механическому измельчению  и доводились до однородного состояния путем просеивания через сито 1 мм. Элементный состав образцов проводился по стандартным методикам:

- обменная кислотность потенциометрическим методом по ГОСТ 26483-85

- - сумма поглощенных оснований титриметрическим методом по ГОСТ 27821-88

- содержание подвижных форм фосфора фотоколориметрическим методом по ГОСТ 26207-91

- содержание обменных форм калия методом пламенной фотометрии по ГОСТ 26207-91

- содержание тяжелых металлов (меди, цинка, никеля и железа) определялось атомно-абсорбционным методом в ацетатно-аммонийном буфере (выявление подвижных форм металлов, доступных растениям) (pH=4,8) и в 1 н. HCl (кислоторастворимые формы, для оценки потенциального запаса металлов) при соотношении почва: раствор (1:5) на приборе «СА-10 МП» [37] .

Пробоподготовка растений заключалась в их высушивании и замере таких морфометрических показателей как, биомасса надземной и подземной части, количество зерновок длина.

Определение тяжелых металлов проводилось в различных органах растения (корнях, стеблях, листьях и зерновках) атомно-абсорбционным методом после предварительного озоления образцов при температуре 450 ˚С и последующего растворения 20% HCl в соотношении 1:5 [31].

2.3. Тест на фитотоксичность ОСВ

В качестве тест объекта использовались семеня овса посевного и горчицы. Фитотоксичность водной вытяжки ОСВ проводили следующим образом. На фильтровальную бумагу, уложенную на дно чашки Петри, раскладывали по 50 семян. Фильтровальную бумагу периодически увлажняли. В качестве тест контроля использовалась отстоянная водопроводная вода. Проращивание проводили при постоянной температуре 20±1°С, продолжительность опытов составила 3 дня и имела трехкратную повторяемость. Далее проводился подсчет проросших семян, измерение длины проростка.

2.4.  Математическая обработка результатов

Математическая обработка проводилась стандартными методами дисперсионного анализа и вариационной статистики с использованием программ Excel и Statistica 6.0.

2.5.  Химические показатели осадка

         Химический состав ОСВ с иловых полей: аммонийный азот 790мг/л, щелочность 65мг-экв/л, ЛЖК 2 мг-экв/л, распад  беззольного вещества 48%, общий азот 2,6%, белки 13,8%, общий фосфор 6,6%, никель 3186мг/кг, цинк 5932 мг/кг, хром 2635 мг/кг, медь 1686 мг/кг, кадмий 309 мг/кг, гельминты отсутствуют. Влажность 97% [1]

         Химический состав обезвоженного осадка: свинец 46,6 мг/кг, медь 216 мг/кг, никель 163,3 мг/кг, хром 389 мг/кг, кадмий 1,8 мг/кг, цинк 1268 мг/кг (более подробно в таблице №1). Содержание цист гельминтов до 100 экз./дм3, жизнеспособных до 30 экз./дм3. [3]

ГЛАВА III. Результаты и их обсуждение

3.1. Тест на фитотоксичность вытяжки ОСВ на проростках

Чувствительность разных растений к разным вредным веществам неодинакова. Поэтому тест проведен на тех растениях, которые будут выращиваться – это горчица и овес посевной. Результаты приведены в табл. 2

Таблица 2.

Результаты теста на фитотоксичность

Примечание: высаживалось по 50 семян в каждом образце

Как правило, достоверным считается результат, если средняя длина корней тестовых растений отличается от контрольной группы на 20%.

Анализ полученных данных показывает, что вытяжка ОСВ с иловых полей в сравнении с контролем оказывает слабое влияние на всхожесть и скорость  роста семян горчицы. На всхожесть семян овса влияния не выявлено, в случае с горчицей наблюдается угнетающее действие на всхожесть семян. В обоих культурах наблюдается снижение скорости роста проростков.

В вытяжках ОСВ с ЦМО всхожесть овса упала на 15-20% в сравнении с контролем, скорость роста проростков снизилась в два раза. Все семена горчицы погибли.  Возможно это связано с более слабыми механизмами защиты от токсинов.

3.2 Влияние внесения ОСВ на агрохимические показатели почв.

Важными показателями почвенного плодородия являются: кислотность, показатели содержания доступных форм фосфора, калия и обеспеченность микроэлементами. Анализ величин этих показателей до и после внесения  ОСВ в различных концентрациях дает характеристику влияния ОСВ на плодородие почвы.

Кислотность почв

В результате проведенных анализов почвенных образцов установлены параметры обменной кислотности контрольных образцов и вариантами внесения ОСВ в различных  дозах. Результаты приведены в таблице (приложение 3)

Почвы с контрольных площадок имеют близкую к нейтральной           pH 5,6 – 6, тоже характерно и для образцов с внесением ОСВ с иловых площадок, т.е. ОСВ с не оказывает влияние на кислотность почвы.

В случае с внесением ОСВ с ЦМО выявлено явное повышение знаений pH в сравнении с контролем (рис 1). pH почвы соответствует нейтральным и слабо щелочным значениям. Дисперсионный анализ достоверно выявил увеличение значений  pH по сравнению с контролем, с увеличением вносимой дозы (приложение 4).

Рис. 1 Значения pH почвенных образцов

Подщелачивание почв при внесении ОСВ с ЦМО связано с его предварительным известкованием, содержащаяся известь дает щелочную реакцию. При внесении в варианте с 50 т/га pH – 8,02, что может угнетающе действовать на рост и развитие культуры. 

Сумма поглощенных оснований

Сумма поглощенных оснований отражает общее количество катионов в почве, в том числе и тяжелых металлов.

Внесение ОСВ с ИП не оказало достоверного влияния на изменение количества СПО. При внесении ОСВ с ЦМО достоверно выявлено увеличение количества СПО в образцах почв при всех дозах.

Рис. 2 Количество СПО

Содержание  подвижного фосфора

Фосфор является дефицитным элементом питания. Валовое содержание фосфора в 2- 4 раза ниже валового количества азота и в 10 раз меньше калия, кроме этого фосфор сильнее закрепляется в почве в неподвижных формах. Также он не возобновляется биологическим путем.

Полученные данные (приложение 3) свидетельствуют об увеличении содержания при внесении ОСВ. С увеличением вносимых концентраций происходит большее обогащение почвы фосфором (рис 3)

При внесении ОСВ 10 т/га содержание фосфора увеличивается в 1,5 – 2 раза в сравнении с контролем. Внесение в больших дозах пропорционально увеличивает содержание фосфора в почве. Дисперсионный анализ свидетельствует о достоверности этих данных (приложение 4). Достоверно выявлено что ОСВ с ИП больше обогащает почву фосфором в сравнении с ОСВ с ЦМО при одинаковых дозах внесения.

Рис. 3 Содержание фосфора в почве  

Внесение ОСВ достоверно увеличивает содержание фосфора в почве, наблюдается взаимосвязь от дозы  внесения.

Содержание обменного калия в почве

              Во всех почвенных образцах содержание калия примерно одинаково. (рис 4). Достоверных различий не выявлено. За счет своей высокой подвижности излишки калия подвергаются вымыванию.

Рис. 4 Содержание калия

3.3 Влияние внесения ОСВ  на уровень содержания тяжелых металлов  в почве.

Показатели концентраций тяжелых металлов , полученные в результате исследований почвенных образцов контрольных вариантов характеризуют геохимический фон содержания их в почве участка проведения опыта. Данные приведены в (приложении 3).

На участках внесения ОСВ достоверно доказано увеличение концентраций подвижных (рис. 5)  и обменных (рис 6) форм цинка. Увеличение концентраций происходит с увеличением вносимых доз.

Рис. 5 Подвижные формы цинка

Следует отметить что содержание цинка в почвенных образцах  при внесении ОСВ с ИП достоверно выше, чем при внесении ОСВ с ЦМО.

Рис. 6 Обменные формы цинка

Дисперсионный анализ (приложение 4) подтверждает вышеуказанные данные.

Как и в случае с цинком в почве с внесением ОСВ происходит накопление подвижных форм меди (рис 7). 

Рис. 7 Подвижные формы меди почвенных образцов

При внесении ОСВ с ЦМО в дозах 10 и 25 т/га достоверной разницы с контролем нет, но при внесении 50 т/га наблюдается увеличение концентрации меди в 1,5 раза. Внесение ОСВ с ИП достоверно повышает концентрацию меди в сравнении с контролем. С увеличением вносимых доз увеличивается концентрация меди, что подтверждает дисперсионного анализа.

3. 4.  Влияние внесения ОСВ на содержание тяжелых металлов в органах Овса посевного

Рис. (8)  Содержание цинка в органах растений

Рис. (9) Содержание меди в органах растений

Рис.(10) Содержание железа в органах растений

Рис. 11 Содержание никеля в корнях растений

По всем металлам выявлено (рис 8, 9, 10, 11) , что при внесении ОСВ максимальное количество их накапливается в корневой системе. Аналогичные результаты отмечены в работах других авторов. Меньшее количество металлов накапливается в листьях и семенах, наименьшее в стеблях. Большее количество металлов выявлено в корнях растений при внесении ОСВ с иловых полей, в связи с их более высоким содержанием в осадке. Однако в результате барьерной функции корней, их поступление в надземные части растений не происходит.

3.5. Влияние внесения ОСВ на урожайность Овса посевного

Таблица 3

Влияние внесения ОСВ на урожайность зерна

Таблица 4

Влияние внесения ОСВ на урожайность надземной части

По сравнению с контролем урожайность овса посевного на площадках с внесением ОСВ с ИП возрастает с увеличением дозы. Тогда как прирост урожайности в опыте с ОСВ с ЦМО незначителен, а при дозе 50 т/га резко снижается, вероятно, это обусловлено с высокой щелочность

ВЫВОДЫ

1. Биотестирование выявило токсический эффект осадка сточных вод на показатели всхожести и длины растений. Максимальный эффект оказал ОСВ с цеха механического обезвоживания.

2. При внесении ОСВ с цеха механического обезвоживания отмечается возрастание щелочности почвы до 8,0 ед, увеличение суммы поглощенных оснований, содержание подвижного фосфора и калия. По ОСВ с иловых полей выявлены достоверное влияние только на показатели содержания фосфора и калия.

3. При внесении ОСВ увеличивается содержание тяжелых металлов в почве  в 1,5-5,0 раз, особенно в варианте с ОСВ с иловых полей.

4. Ряд накопления металлов в органах Овса посевного следующий: корень>семена>листья>стебель.

5. Урожайность Овса посевного увеличивается до 1,5 раз по сравнению с контролем в варианте с ОСВ с иловых полей. ОСВ  с цеха механического обезвоживания вызывает меньший прирост урожайности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Муниципальное унитарное предприятие «Ижводоканал». Технологический регламент очистных сооружений г. Ижевска. -  Ижевск  2006.

2.      Муниципальное унитарное предприятие «Ижводоканал». Годовой отчет о работе  ОСК в 2010 году. -  Ижевск 2011.

3.      Муниципальное унитарное предприятие «Ижводоканал». Годовой отчет о работе  ОСК в 2009 году. -  Ижевск 2010.

4.      Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.7.573-96 "Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения" (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г. N 46)

5.      Александровская З.И., Букреев Е.М., Медведев Ю.М., Юскевич Н.Н. Благоустройство городов. –М.: 1984

6.      Ковда В.А. Биохимия почвенного покрова. – М.: Наука, 1985. – 264 с.

7.      Мерзлая Г.Е., Гаврилова В.А., Савельев И.Б. и др. «Использование ОСВ на удобрения». //Химизация сельского хозяйства. 1991. с. 36-40.

8.      Морфологическая характеристика почв: Метод. указ. к курсу (География почв с основами почвоведения) / Сост. М.Ф. Кузнецов. – Ижевск: Изд-во Удмурт. ун-та, 1997. 39с.

9.      Сергеенко Л.И., Семенов Б.С., Мосиенко Н.А. и др. «Агроэкологические особенности применения осадков сточных вод в качестве удобрений».//Аграрная наука. 1993. с. 29-30

10. География Удмуртии: природные условия и ресурсы: учеб. пособие/ под ред. ИИ Рысина. Ижевск: Изд. дом «Удмуртский университет», 2009. Ч.1.

11. Методы определения микроэлементов в почвах, растениях и водах. М.: Колос, 1974. 287 с.

12. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства (издание 2). Министерство с/х РФ, ЦИНАО, М., 1992, 61 с.

13. Статистическая обработка результатов исследования почв: Метод. указ. к выполнению курсовых и дипломных работ / Сост. Н.Г. Рылова. Ижевск, 2005. 22 с. 

14. Тяжелые металлы в системе почва – растение – удобрение. / Под общей редакцией академика Овчаренко М.М.   М. 1997, 290 с.

15. Сводный доклад стран-членов СЭВ по теме 7.03.05. Будапешт, 1975, с.2-4

16. Временный максимально-допустимый уровень (МДУ) содержания некоторых химических элементов и госсила в кормах для с.-х. животных и кормовых добавках. М., 1987

17. Волуенко И. М., Меркулов М. П. Практикум по основам сельского хозяйства. – М.: Просвящение, 1975

18. Ильин В.Б., Степанова М.Д. «Распределение свинца и кадмия в растениях пшеницы, произрастающей на загрязненных этими металлами почвах». Агрохимия. 1980

19. ГОСТ 26483-85 Почвы. Приготовление солевой вытяжки  и определение ее рН по методу ЦИНАО: Введ. 01.07.86 – М., 1987

20. ГОСТ 27821-88. Почвы. Определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена.

21. ГОСТ 26207-91 Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО: Введ. 01.07.93 – М., 1992.

22. Kieken L. "Behavioun of heavy metals in soils utilisation an lang-Gern effects of metals". Uppsada.- 1983.-p. 126-134.

23. Покровская С.Ф. «Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и его влияние на сельскохозяйственное производство». //Достижения с/х науки и практики. 1981.

24. Зырин Н.Г., Катунова Е.В., Сердюкова A.B. «Нормирование содержания тяжелых металлов в системе «почва растение».//Химия в сельском хозяйстве. — 1985.

25. Цемко В.П., Паламарчук И.К., Залуцкая Г.М. «Процессы рассеяния микроэлементов в почвах. Микроэлементы в окружающей среде». Киев, 1980.

26. Попов Г.Н., Аристархова Л.Н., Собачкина Л.А. и др. «Рекомендации по применению микроудобрений в Поволжье». М.: Колос, 1984.

27. Школьник М.Я. «Значение микроэлементов в жизни растений и в земледелии». М.: Издательство АН СССР, 1950

28. Кононова М.М. Органическое вещество почвы.//Земледелие,- 1969.3.

29. Kobus L., Zaban J., Gajda A. Wplyw osadu sciekowego na aktywnosc biologicznd gleb zdegradowanych xiprzemiany wnich wegld, azotu, fost xicynku. Pam. Pulaw., 1990. -№96. -P.121-137.

30. Peterson A.E., Speth P.E., Corey R.B., Wright T., Schlecht P.L. Effects of 12 years of liquid digested sludge application on the soil phosphorus level. Amer. Soc. Agron. Annu. Meet. 1992. -Minneapolis, 1992.-P.53.

31. Котти В.К. Изменение химического состава почвы в результате применения органоминерального удобрения на основе осадка городских сточных вод // Применение удобрений, микроэлементов и регуляторов в сельском хозяйстве. -1989. С.42-45.

32. Жукова JI.A. и др. Еще раз о применении ОСВ // Химия в сельском хозяйстве. -1992. -№1. -С. 10-15.

33. Добровольский В.В. Тяжелые металлы в окружающей среде. Изд-во Московского университета, 1980. -С.3-12.

34. Кузнецов М. Ф. Химический анализ почв и растений в экологических исследованиях. Ижевск, 1997. 32 с

35. Гродзинский А.М. Роль корневых систем в химическом взаимодействии растений // Физиологически-биохимические основы взаимодействия жизни растений в фитоценозах. Киев. Наукова думка, 1974. С. 3-19.

36. Халимов Э.Н., Левин С.В., Гузев В.С. Эколо-гические и микробиологические аспекты повреждающего действия нефти на свойства почвы. Вестн.МГУ. Сер.17. Почвоведение. 1996. №.2. C.59-64.

ПРИЛОЖЕНИЕ