Автореферат (Влияние орошения городскими сточными водами на продуктивность сельскохозяйственных культур на горных красно-бурых карбонатных почвах Йемена)

На правах рукописи

САЛЕХ НАБИЛЬ МОХАММЕД НОР АДДИН

ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ ГОРОДСКАМИ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР НА ГОРНЫХ КРАСНО-БУРЫХ КАРБОНАТНЫХ ПОЧВАХ ЙЕМЕНА

Специальность 06.01.02 – мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Москва - 2010

Работа выполнена на кафедре почвоведения и земледелия Российского

университета дружбы народов

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Шуравилин Анатолий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гостищев Дмитрий Петрович

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Михалева Татьяна Аркадьевна

Ведущая организация: ФГНУ ВНИИ систем орошения и сельскохозяйственного водоснабжения « Радуга ».

Защита состоится « 20 » мая в 10⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 006.038.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова по адресу: 127550, г.Москва, ул. Б. Академическая, д. 44, к. 504.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова.

Автореферат разослан 19 апреля 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук С.Д. Исаева

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. В настоящее время все больше нарушается естественное распределение химических элементов на поверхности планеты. Во внешнюю среду поступает громадное количество разнообразных веществ. Одним из источников загрязнения природной среды являются сточные воды. Особое место среди них занимают городские сточные воды, отличающиеся разнообразием загрязняющих ингредиентов так и варьированием химического состава.

Наиболее экономически выгодной и экологически безопасной тех­нологией доочистки городских сточных вод является использование их для орошения сельскохозяйственных культур. При этом за счет содержа­ния органических веществ и микроэлементов в сточных водах происходит обогащение почвы питательными веществами и полезной микрофлорой, повышается плодородие почв и улучшается их водно-воздушный режим.

Неконтролируемое использование сточных вод на орошение приводит к повышенному содержанию в почве биогенных элементов, тяжелых металлов (ТМ), патогенных микроорганизмов. Это негативно сказывается как на объемах и качестве сельскохозяйственной продукции, так и на экологическом состоянии природной среды.

В Йемене сброс городских сточных вод в 1992 году составил 37 млн. м³, из них было очищено 20, а использовано только 6,0 млн. м³ (Хайдар, 2005). Большая часть городских сточных вод не используется и загрязняет окружающую среду.

В южном Йемене городские сточные воды используются для орошения сельскохозяйственных культур без научного обоснования. В связи с этим исследования влияния орошения условно очищенными городскими сточными водами на водный режим, плодородие и загрязнение почв, урожай и его качество, санитарно-бактериологические показатели весьма актуальны и своевременны.

Цель и задачи исследований. Основной целью исследований являлась разработка технологии орошения сельскохозяйственных культур сточными водами г. Ибб, выявление их влияния на питательный режим и химическое загрязнение горных красно-бурых карбонатных почв, урожайность и качество сельскохозяйственной продукции. В задачи исследований входило:

1. Изучить особенности формирования сточных вод г. Ибб, провести определение их состава по химическим и санитарно-бактериологическим показателям, установить эффективность работы очистных сооружений и дать агромелиоративную и санитарно- гигиеническую оценку качества сточных вод.

2. Разработать технологию полива сельскохозяйственных культур сточными водами (элементы режима орошения и водопотребления).

3. Изучить влияние орошения сточными водами на питательный режим и химическое загрязнение горных красно-бурых карбонатных почв.

4. Выполнить прогноз влияния сточных вод на распределение и накопление в почве тяжелых металлов.

5. Определить влияние орошения сточными водами на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.

6. Определить энергетическую и экономическую эффективность орошения сточными водами.

Научная новизна. Впервые для условий южного Йемена проведены комплексные исследования по изучению влияния орошения условно очищенными городскими сточными водами на водный, питательный режимы и химическое загрязнение горных красно-бурых карбонатных почв, урожайность сельскохозяйственных культур и качество продукции.

Дана агроирригационная и санитарно-гигиеническая оценка качества сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур.

Разработана технология орошения сельскохозяйственных культур городскими сточными водами. Определены нормы и сроки поливов, оросительная норма, суммарное водопотребление и коэффициенты водопотребления сельскохозяйственных культур при орошении сточными водами. Установлены биологические коэффициенты испарения для расчета оросительных норм. Выявлены закономерности влияния городских сточных вод на питательный режим и накопление тяжелых металлов в горной красно-бурой карбонатной почве, урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.

Выполнены балансовые расчеты и регрессионный анализ для прогнозирования содержания тяжелых металлов в почве при орошении городскими сточными водами.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Формирование, очистка, химический состав городских сточных вод и их агроирригационная и санитарно-токсикологическая оценка для орошения сельскохозяйственных культур в условиях южного Йемена.

2. Особенности водопотребления и элементы рационального режима орошения люцерны, яровой пшеницы и картофеля условно очищенными городскими сточными водами г. Ибб южного Йемена.

3. Воздействие поливов сточными водами на питательный режим горной красно-бурой почвы и ее загрязнение тяжелыми металлами.

4. Прогноз содержания тяжелых металлов в почве при поливах городскими сточными водами.

5. Технология орошения сточными водами, обеспечивающая получение высокой урожайности сельскохозяйственных культур без ухудшения качеством продукции. Корреляционном анализ зависимостей концентрации тяжелых металлов в зеленой массе люцерны от их содержания в почве.

Практическая значимость работы. На основании выполненных исследований разработана технология орошения городскими сточными водами люцерны, яровой пшеницы и картофеля, которая позволяет поддерживать оптимальной водный режим почвы и повысить урожайность сельскохозяйственных культур, по сравнению с поливом грунтовыми водами на 14.3-23.8 % без заметного ухудшения качества продукции.

В целях безопасного использования разработанной технологии орошения предложено соблюдать цикличность применения сточных вод в связи с возможным накоплением тяжелых металлов в почве и возделываемых культурах.

Рекомендации по технологии использования сточных вод на орошение найдут широкое применение в южном Йемене, что позволит сэкономить значительные объемы природной поверхностной и грунтовой воды.

Объекты и методика исследования. Объектом исследования являлись очистные сооружения г. Ибб (южный Йемен), условно очищенные городские сточные воды и технология орошения сельскохозяйственных культур (люцерна на зелёную массу, яровая пшеница на зерно и картофель) сточными водами, применяемая на землях крестьянского хозяйства “Аль Майтам” в окрестностях г.Ибб.

Полевые исследования проводились по стандартным и общепринятым методикам, при обработке результатов эксперимента использовались методы математической статистики.

Личный вклад автора состоит в обобщении результатов теоретических исследований, концептуальных подходов и экспериментальном обосновании технологических параметров орошения сельскохозяйственных культур городскими сточными водами. Лично автором организованы и проведены экспериментальные исследования, по результатам которых разработана технология орошения сельскохозяйственных культур (люцерны на зелёную массу, яровой пшеницы на зерно, картофеля).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных научно-практических конференциях преподавателей, молодых ученых и аспирантов аграрных вузов РФ в 2008, 2009 и 2010 гг. (Москва, РУДН). Основные положения диссертации в 2008, 2009, 2010 гг. рассматривались на заседании кафедры почвоведения и земледелия Российского университета дружбы народов.

По результатам диссертационной работы опубликовано 6 статей, из которых одна по списку ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 185 стр. текста и состоит из введения, 6 глав основного текста, выводов и рекомендаций производству, включает 47 таблиц, 18 рисунков, 4 приложения. Список использованной литературы содержит 205 наименований на русском и других языках.

Содержание работы

В первой главе на основе анализа литературных источников рассмотрены современные технологии и технические решения при очистке и использовании на орошение городских сточных вод. Приведены источники формирования сточных вод, их химический состав, методы очистки. Рассмотрены методики оценки пригодности сточных вод для орошения по химическому составу, соотношению ионов, содержанию специфических ингредиентов, свойственным различным категориям стоков. Показано положительное влияние поливов сточными водами на почвенные и микробиологические процессы. Использование сточных вод на земледельческих полях орошения рассматривается многими исследователями как надежное средство их обезвреживания, эффективный способ получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и охраны водоисточников от загрязнения. Проблемой улучшения качества сточных вод и их утилизацией занимались известные исследователи в различных странах мира.

Большинство исследователей считают, что получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур без снижения качества продукции при использовании сточных вод возможно только при соблюдении соответствующих нормативных требований и применении научно обоснованной техники и технологии орошения сточными водами, которая должна корректироваться в зависимости от природно-климатических и рельефных условий зоны.

Во второй главе дана природно-климатическая характеристика условий южного Йемена и объектов исследования; приведена схема опыта, методика исследований и агротехника возделывания сельскохозяйственных культур. Экспериментальные исследования проведены в 2007-2009 гг. на землях крестьянского хозяйства «Аль-Майтами» в окрестностях г. Ибб южного Йемена. При возделывании люцерны годовая температура воздуха в 2007-2009 гг. составляла 19.0-19.4^оС при среднемноголетней величине 18.3^оС, а годовая сумма осадков составляла 553.3 мм в 2007г., 728.4 мм в 2008г и 820.2 мм в 2009г при норме 809.9мм. Годовой дефицит влаги в 2007г. составил 975, 8 мм, а в 2008 и 2009 гг. 952,0 и 761,4 мм соответственно. В вегетационной период яровой пшеницы и картофеля (сентябрь-декабрь) средняя температура воздуха была близка к среднемноголетней величине в 2009г, а в 2007 и 2008 гг. она была выше многолетних значений на 1,0 и 1,1 ^оС при норме 16.9 ^оС. Сумма осадков была ниже нормы на 65,5 мм в 2007 г., на 10.5 мм в 2008 г. и на 19,8 мм в 2009 г. (при норме 141.8 мм). Дефицит естественного увлажнения составил 441,8-518 мм влаги.

Почвенный покров опытных участков представлен горными красно-бурыми карбонатными почвами средне- и тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Содержание гумуса в верхнем слое почвы (0-40 см) составляет 1.07-1.24 % ,карбонатов (CаCO₃) – 8.4-10 %. Почва умеренно обеспечена гумусом, низко обеспечена подвижным фосфором и высоко обеспечена обменным калием. Содержание общего азота составляет 0,059–0,065 %, подвижного фосфора 0,75–0,85 и обменного калия 11.4-12.2 мг на 100г почвы.

Емкость обмена высокая и варьирует от 33 до 39 мг-экв. на 100 г почвы. В составе обменных катионов доля натрия достигает 7,7-15 % (2,8-5,2 мг-экв. на 100 г почвы), что указывает на наличие процесса осолонцевания. Почва незасоленная.

Плотность сложения в слое почвы 0-40 см составляет 1,24-1,26 г/см³, пористость - 50 %, наименьшая влагоемкость (НВ) - 28,1%, а максимальная гигроскопическая влага - 5,0-6,8 % от массы. Почвы обладают слабой и средней водопроницаемостью. Для проведения исследований нами были выбраны три однородных по эколого-ландшафтным условиям опытных участка, где возделывалась люцерна на зелёную массу, яровая пшеница на зерно и картофель. На каждом опытном участке изучался полив грунтовыми водами из скважины (контроль-вариант 1) и орошение очищенными городскими сточными водами (вариант 2) в четырехкратной повторности (табл. 1). Исследования проводились в системе: сточные воды, почва, растения. Основными методами исследований были полевой и лабораторный. При этом использовались общепринятые методики. Анализ сточных вод выполнялся в лаборатории аграрного университета Йемена. Основные водно-физические свойства почвы определяли по методикам, изложенным в работе А.Ф. Вадюдиной, З.А. Корчагиной (1986). Определение химических показателей почв осуществлялось по методике, изложенней в руководстве Аринушкиной (1985).

1. Схема опыта

Водопотребление сельскохозяйственных культур определялось балансовым методам, поливная норма по А.Н. Костякову, влажность почвы - термостатновесовым методом. Биологические коэффиценты испарения – расчетным путем.

Урожай сельскохозяйственных культур учитывался вручную поделяночно. Оценка качества выращенной продукции проводилась на основе общего химического анализа. Полевые исследования проводились по общепринятым методам. Обработка экспериментальных данных, их анализ, оценка точности и установление эмпирических зависимостей выполнялись по методике Б.А. Доспехова (1985).

Агротехника в опыте была общепринятая для горной части южного Йемена. На первом опытном участке возделывалась люцерна сорта _"Хиджази", на втором - яровая пшеница сорта _"Бухуз-13" и на третьем - картофель сорта _"Фабюла^".