13759 (Использование активного ила в качестве удобрения сельскохозяйственных культур в условиях радиоактивного загрязнения территории), страница 3

В опытах анализировали периодически содержание питательных веществ в поверхностных стоках, почве и грунтовых водах. Показано, что ОСВ смогут быть хорошим источником питательных веществ для растений при экологически безопасном состоянии среды.

Определенная работа по изучению и использованию АИ проводится и в нашей стране. Результаты исследований, проведенных на дерново-подзолистых почвах с различными видами ОСВ свидетельствуют о том, что стоки богаты питательными элементами, содержание тяжелых металлов в них находится в пределах допустимых концентраций. Применение ОСВ положительно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. Прибавки урожая пропашных зерновых культур в микрополевом опыте от АИ 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% [17].

Наличие тяжелых металлов в зеленой массе викоовсяной смеси, выращенной при внесении АИ и в почве после ее уборки, в указанных опытах не превышало ПДК.

Интересен опыт Ставропольского СХИ в совхозе «Константиновский» Предгорного района с кукурузой на силос. Иловые осадки сточных вод г. Пятигорск вносили по вариантам: 1 - контроль, 2 - нитрааммофос, 3 - иловый осадок - 60 т/га, 4- то же - 120 т/га, 5- то же -180 т/га. Агрохимический анализ почв показал, что содержание гумуса и рН 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[18].

В Латвийской РНПО «Плодородие» полевые опыты в звене севооборота: картофель-кормовая свекла-ячмень провели на дерново-подзолистой супесчаной, хорошо окультуренной почве. Использовали АИ Болдерей с рН 6,9-9,5, содержанием органического вещества 76%, N - 1,39%, К - 1,82%, Р - 16,5мг/100г, Са - 295, Mg - 162,1мг/100г, срок хранения 4-5 лет. В результате действия и последействия ОСВ за 2 года нормой140т/га получено кормовых единиц с 1га - 25710, нормой 70т/га - 24980, контроль -18857. Авторами рекомендуется использование АИ в качестве удобрений с нормированным содержанием основной группы тяжелых металлов [18].

Установлено, что АИ 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 АИ под зяблевую вспашку в сочетании с известью [38]

Эффективно сочетание умеренной дозы АИ (20 т) с уменьшенной в 3 раза расчетной дозы NPK. Химический состав сельскохозяйственной продукции, выращенной с применением указанных норм АИ, не хуже контрольных образцов [33].

В полевых экспериментах изучены термофильно-сброшенные обезвоженные осадки Саратовской городской станции, содержащие 25-40% органического вещества, до 4,8% общего азота, 0,7-2,1% валового фосфора, до 0,8% подвижного фосфора, до 140 мг/кг обменного Са. Сделан вывод, что применение АИ в качестве органических удобрений не вызывает негативного воздействия на окружающую среду и сохраняет чистоту природных ландшафтов [15].

Сотрудники Волго-Вятского ВНИПТИХИМ провели вегетационные опыты с кукурузой ВИР-42 и гречихой сорта Майская на дерново-среднеподзолистой почве. В качестве удобрений использовали осадки сточных вод очистных сооружений г. Казань с влажностью 64,4%, содержанием NH4-N 3,46%, N03-N 0,03%, Р205 2,7%, К20 0,57%, Сг 1000 г/кг,

Си 500, Ni 500, Zn 67мг/кг, рН 7,2. АИ вносили по 50 и 100г/кг, что соответствует 125 и 250т/га, контроль без АИ. Анализы, проведенные через 5,10 и 15 дней после начала опыта, показали, что АИ усиливают биологическуюактивностьпочвы.Отмеченболееинтенсивныйрост растений. Урожай зеленой массы кукурузы возрос на 130-139%, а гречихи на 109-121% при внесении из расчета 125 т/га. Повышенная доза (250 т/га) не оказала существенного влияния на дальнейший рост урожая [15,17].

Многие авторы считают, что удобряющий эффект осадков сточных
вод, главным образом определяется наличием в них азота [17].

Использование общего азота, содержащего в том или ином виде Аи, в первый год зависит, главным образом, от минерального азота, который доступен растениям сразу же, органическая же часть за счет минерализации освобождается медленно, в первый год порядка 15-17%. В Аи, сброшенных в термофильных условиях, N усваивается в первый год примерно на 46,6%. Это объясняется высоким содержанием аммиачного азота [32]

Технологические операции по внесению илов в почву могут резко снизить общее содержание азота во вносимых илах. Если жидкий осадок вносится на поверхность почвы и сразу не заделывается, потери азота за счет улетучивания достигают 80% [37].

Наряду с источником азота АИ могут играть важную роль в пополнении запасов фосфора в почве. Высокое его содержание в АИ связано с усиленным применением фосфорсодержащих моющих средств в быту, а также тем, что фосфор и его соединения обладают меньшей подвижностью и растворимостью в отличие от калия, который легко вымывается и уносится с очищенными водами [38].

Усовершенствование технологии извлечения из сточных вод ОСВ фосфора, по сообщению [17]позволит с учетом того, что каждый житель Нидерландов ежегодно сбрасывает в канализацию до 1 кг фосфора, извлекать данный элемент в количестве 0,9 кг, что практически позволит удовлетворить нужды растениеводства. Однако, при современной технологии очистки сточных вод, достигается максимум половинный отбор фосфора [17].

Обобщая литературныеданные, можно констатировать, что АИ 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[43].

Тяжелые металлы в определенных случаях могут выступать в роли ведущего экологического фактора, определяющего направление и характер развития биогеоценозов. Массированное загрязнение ими внешней среды может приводить к катастрофическим токсикозам растений, животных и людей, и поэтому диагностируется сравнительно легко и быстро. Более сложно оценить токсическое действие относительно невысоких концентраций тяжелых металлов, внешне медленно и малозаметно влияющих на окружающую среду. Между тем, загрязнения именно такого рода, действуя длительное время, способны вызвать сдвиги в существующем биологическом равновесии. Почва является той биологической средой, в которой происходит накопление тяжелых металлов в результате антропогенной деятельности. Основная масса техногенно рассеянных металлов, хотя и выбрасывается в воздух, очень быстро поступает на поверхность почвы [31]. Значительная часть тяжелых металлов включается в почвообразовательные процессы (сорбируется почвенным поглощающим комплексом, связывается с органическим веществом, перераспределяется по профилю). Некоторая часть поглощается растительностью. В результате получаются техногенные геохимические аномалии тяжелых металлов [43].

Таким образом, имеющиеся научные материалы отечественных исследователей свидетельствуют о том, насколько сложна данная проблема. В мире идет интенсивный поиск путей утилизации возрастающего количества осадков городских сточных вод - продуктов жизнедеятельности человека, а так же других видов отходов городского коммунального хозяйства. Имеющиеся литературные данные по вопросам использования в качестве удобрений нельзя автоматически переносить на наши почвенно-климатические условия, а по отдельным разделам, например, влияние АИ на состав почвенных растворов и т.д. материалов практически не имеется. С учетом вышеизложенного, целью наших исследований было изучить возможности использования осадков сточных вод г. Калуги в качестве удобрений.

1.2 Загрязнение сельскохозяйственных растений и их урожая радиоактивными веществами

Радиоактивное загрязнение растений может происходить двумя путями: первый — аэральный путь, когда выпадающие из воздуха радиоактивные вещества непосредственно осаждаются на листьях, стеблях, плодах и других органах растения, и второй - непрямое загрязнение, когда в процессе почвенного питания радионуклиды поглощаются из загрязненной почвы корневой системой и поступают в надземные органы растений.

Во время выпадения радиоактивных осадков растения загрязняются преимущественно аэральным путем. Этим путем могут загрязняться не только вегетирующие растения, но также и собранный урожай, если во время выпадения радиоактивных осадков он окажется не укрытым защитными материалами на полях, площадках, токах и других местах на открытом воздухе. После окончания выпадения радиоактивных осадков из атмосферы в последующие вегетационные сезоны главным источником поступления радионуклидов в растения и накопления их в урожае становится почва. В случае многолетних хронических радиоактивных выпадений урожай может загрязняться одновременно аэральным и почвенным путями.

Как при аэральном, так и при почвенном пути главным фактором, определяющим степень радиоактивного загрязнения растений и их урожая, является величина радиоактивности, приходящаяся на единицу поверхности территории (плотность радиоактивных выпадений и плотность радиоактивного загрязнения почвы), которая обычно выражается в Кюри на 1 км2 [3,5,12,19].

Аэральное радиоактивное загрязнение растений. Радиоактивные осадки, выпадающие из атмосферы на сельскохозяйственные угодья, не задерживаются растительным покровом полностью. Часть из них минует растения и, осаждаясь в свободном пространстве между растениями, достигает поверхности почвы. Величины задерживания радиоактивных осадков растительным покровом зависят от мощности развития надземной массы растений (урожайности), степени облиственности, структуры травостоя, морфологического строения растений и степени шероховатости и опушенности их поверхностных тканей, дисперсности и физико-химических свойств радиоактивных осадков, погодных условий во время их выпадения на растительность. В зависимости от этих факторов размеры первичного задерживания радиоактивных осадков растениями могут варьировать в очень широких пределах: от 10 до 60%).

В экспериментах по изучению радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных культур было установлено, что величина задерживания радиоактивных осадков находится в прямой зависимости от урожайности надземной растительной массы. Процент задерживания для одного и того же вида растений может изменяться во времени в соответствии с изменением величины надземной биомассы в результате роста и развития растений. Так, например, при внесении в виде дождя раствора цезия-137 на посев яровой пшеницы надземной массой было задержано: в фазу кущения - 15%, в фазу выхода в трубку - 25%, в фазу цветения - 50%, в фазу молочной и восковой спелости - 60% от нанесенного количества радионуклида [1,12].

Задерживание радиоактивных осадков растительным покровом в сильной степени зависит от физико-химических свойств этих осадков. Так, при выпадении, на посев яровой пшеницы в фазу колошения растений растворимых форм радионуклидов в виде дождя первоначальное задерживание было в 5-7 раз выше, чем при выпадении твердых нерастворимых радиоактивных частиц размером 50-100мкм [19].

Различные сельскохозяйственные культуры обладают неодинаковой способностью к задерживанию выпадающих из атмосферы радиоактивных осадков, что обусловлено видовой спецификой морфологического строения растения. Так, задерживание растворимых форм радионуклидов в период максимального развития надземной массы составляет для гороха 75%>, яровой пшеницы - 70%), ячменя, овса и проса - 50%>, гречихи -40%, картофеля - 25%.

Неодинаковой способностью к задерживанию радиоактивных осадков характеризуются не только разные виды растений, но также и различные части, и органы одного и того же растения. При нанесении водного раствора стронция-90 на растения яровой пшеницы задерживание составляло: для листьев - 40%, для стеблей - 20%, для мякины - 10% и для зерна – 0,6%.

У некоторых растений хозяйственно ценные части урожая достаточно надежно защищены от непосредственного загрязнения радиоактивными осадками (зерно бобовых культур, зерно кукурузы, клубни картофеля, подземная часть корнеплодов). Их радиоактивное загрязнение может происходить в последующие периоды либо метаболическим путем, либо в результате вторичного загрязнения при контакте с загрязненной соломой, ботвой, почвой [3,5].

После прекращения радиоактивных выпадений, осевшие на растения радиоактивные вещества, в полевых условиях могут смываться дождями и стряхиваться ветром. Наибольшие полевые потери этих веществ с загрязненных растений происходит сразу же после окончания радиоактивных выпадений, когда радиоактивные вещества еще прочно не закрепились на поверхности листьев, стеблей, соцветий, плодов. С течением времени интенсивность потерь заметно снижается (таблица1).

1. Полевые потери стронция-89 загрязненными растениями в разные сроки после нанесения раствора радионуклида на кормовые сеяные травы (в процентах от первоначально задержанного количества)

При длительном пребывании загрязненных растений в поле суммарные потери радиоактивного загрязнения могут достигать значительных величин: 80-95%. Отсюда следует, что чем дольше после выпадения радиоактивных осадков растения будут находиться в поле, тем меньше будет загрязнен урожай радиоактивными веществами[21,25].

В случае загрязнения растений радиоактивными осадками на локальных следах ядерных взрывов, когда в составе загрязнителя преобладают короткоживущие радионуклиды, одновременно с полевыми потерями радиоактивных веществ будет происходить также снижение радиоактивности за счет радиоактивного распада короткоживущих радионуклидов. Скорость распада непостоянная и изменяется во времени. Вначале она наиболее высокая, а затем, с течением времени, постепенно снижается. Тем не менее, снижение радиоактивного загрязнения растений, обусловленное этой причиной, может быть весьма существенным. Так, величина радиоактивности смеси продуктов деления 1-часового возраста уменьшается за первые 10 суток в 720 раз, за последующие 20 суток - еще в 2.4 раза, а в целом за месяц - в 2600 раз. Снижение радиоактивного загрязнения урожая за счет распада короткоживущих радионуклидов происходит не только в период вегетации растений, но также и после уборки урожая во время его хранения. При этом зачастую может сложиться такая ситуация, когда урожай, имеющий на момент уборки повышенный уровень радиоактивного загрязнения, после хранения на складах и хранилищах становится вполне пригодным для использования[3,29].

Обычно пригодность загрязненной продукции для использования оценивается по концентрации в ней радионуклидов, т.е. по содержанию их в единице веса продуктов.

Размеры аэрального радиоактивного загрязнения урожая некоторых сельскохозяйственных культур стронцием-90 приведены в таблице 2. В условиях полевого эксперимента водный раствор стронция-90 путем мелкокапельного дождевания наносился на вегетирующие посевы в разные сроки: 8 июля и 15 августа. Уборка урожая производилась по мере созревания культур: 23 августа — горох и ячмень, 27 августа - гречиха, пшеница, овес, кукуруза (на силос), картофель, 6 сентября - просо и подсолнечник, 12 сентября — сахарная свекла.

Приведенные в таблице 2 данные подтверждают положение о том, что чем больше времени проходит от выпадения радиоактивных осадков на посевы до уборки урожая, тем меньше радиоактивное загрязнение получаемой растениеводческой продукции[26].

2. Концентрация стронция-90 в урожае сельскохозяйственных культур при различных сроках нанесения на посевы радиоактивного раствора из расчета 1 Кu/км²

Из числа изучавшихся культур максимальное загрязнение хозяйственно ценных частей урожая отмечается у проса и гречихи. Значительно ниже концентрация стронция-90 в зерне пшеницы, ячменя и овса. Очень слабо загрязняется урожай картофеля и сахарной свеклы [3,4, 6, 12,36].