Экологическая оценка эффективности действия органоминеральных отходов производства на биологические свойства чернозема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологическая оценка эффективности действия органоминеральных отходов производства на биологические свойства чернозема

При проведении тестирования на уровне сообщества при изучении влияние тяжелых металлов на микрофлору почв предлагается выделять четыре зоны действия загрязнителей: I-зона гомеостаза, в которой сохраняется стабильность состава и активности микробных сообществ; II-зона стресса, когда происходит перераспределение доминантных популяций; III-зона резистентности, в которой развиваются устойчивые популяции; VI-зона репрессии с полным угнетением роста и развития микроорганизмов в почве [1,2].

В научной статье отражены результаты исследований по изучению изменений структурных и функциональных характеристик микробных сообществ почв, загрязненных тяжелыми металлами. В качестве показателей структуры микробного ценоза представлены численность микроорганизмов разных эколого-трофических и систематических групп. Анализ биологических свойств пахотного слоя черноземных почв показал отсутствие нарушений жизненных функций исходного биогеоценоза с сохранением полезного средообразующего генофонда в почвенной биоте, обеспечивающей устойчивость чернозема как биокосной системы и решении проблемы экологически безопасной утилизации отходов производства и использовании их удобрительных свойств.

Материалы и методика исследований

Состав исследуемых удобрений.

Химический состав осадка сточных вод города Орла (ОСВ): N_общ. 1,5-2,0, % P₂O_{5 общ}2,5-4,5_., % K₂O_общ. 0,55-0,64, % PH_сол7,4-7,5 зольность, %_.56,9-70,4 влажность35,8-61,9 органическое вещество, 25-43%

Содержание тяжёлых металлов в ОСВ: Ag - 12-16 мг/кг; Cd - 17-19 мг/кг; Co - 15-17 мг/кг; Cr - 2100-2255 мг/кг; Cu - 2000-2200 мг/кг; Hg - 1-2 мг/кг; Ni - 760-825 мг/кг; Pb - 169-198 мг/кг; Zn - 1100-1210 мт/кг.

Навоз КРС: N_общ. 0,5, % P₂O_{5 общ}0,24-0,25_., % K₂O_общ. 0,6-0,65, % PH_сол7,5 влажность 70%, органическое вещество 25%

Цеолит Хотынецкого месторождения имеет следующие показатели: рН-8,3; содержание СаО - 8,17%; MgO - 2,20 %; К₂О - 1,82 %; Cu - 2,7 * 10^-3 %; Zn - 7.4 * 10^-3 %; Mn - 4.6 * 10^-3 %; Co - 0.12 * 10^-3 %; Mo - 0.72 * 10^-3 %. В кристалической структуре цеолита содержится: клиноптилолита - 35 %; кристобалита - 27 %; монтмориллонита - 5 %; слюды - 8 %; кальцита - 3 %. Емкость катионного обмена достигает - 150-270 мэк/100 г.

Полевые исследования проводили в звене зерно-пропашного севооборота(2000-2004гг) на чернозёме оподзоленном малогумусном, среднемощном, среднесуглинистом на водораздельном плато: гумус - 5,41%, рН_kcl5,1, емкость катионного обмена - 25,41 мг-экв/100г, P₂O₅ - 14,5 мг/100 г, К₂О - 10,9 мг/100 г.

Схема опыта №1: 1. Контроль. 2. Солома, 20 т/га. 3. Навоз, 20 т/га. 4. Цеолит, 20 т/га. 5. Осадок сточных вод (ОСВ) , 10 т/га. 6. ОСВ + Ѕ цеолита. 7. Навоз + Ѕ цеолита. 8. NРК = дозе навоза. 9. NРК = дозе осадка.

Лабораторно-вегетационный опыт по изучению эффективности действия мясокостной муки, осадка сточных вод, дефеката и цеолита на экологическую устойчивость чернозема оподзоленного, включал следующие варианты: 1) почва + МКМ(1:2); 2) почва + МКМ+ ОСВ (1:1:2); 3) почва + МКМ+ ОСВ (1:1:5); 4) почва + МКМ +дефекат (1:1:5) ; 5) почва + МКМ+ цеолит (1:1:2).

Пахотный слой чернозема оподзоленного среднесуглинистого характеризуется следующими показателями: содержание гумуса - 6,52 %, подвижного фосфора по Кирсанову - 13,5 мг/100г, обменного калия по Масловой - 13,4 мг/100 г почвы, рН_сол - 5,54, нитратный азот - 5,7 мг/кг, аммиачный азот - 2,47 мг/кг.

Мясокостная мука (МКМ): отход мясоперерабатывающей промышленности содержит (%): влаги - 10-12; жира - 12%; золы - 20%; протеина - 35%; основные виды микроэлементов (мг/кг): Cu - 7,49; Zn - 47,9; Mn - 9,4; основные виды макроэлементов (г/кг): Ca - 29,2; P - 10,5; K - 3,3.

Дефекат: подсушенный до сыпучего состояния (влажность 25-30%) дефекат содержит (%): извести углекислой (с примесью едкой) - 60-75; органических веществ - 10-15; азота - 0,2-0,7; фосфора (Р₂О₅) - 0,2- 0,9; калия (К₂О) - 0,5-1; некоторое количество магния, серы и микроэлементов.

Результаты исследований

В настоящее время не вызывает сомнения многообразное влияние гу-муса на плодородие почвы, вследствие чего в разработке мероприятий по ре-гулированию и повышению плодородия важнейшее место занимает комплекс приемов по регулированию гумусового профиля и гумусового режима. Сохранить почву как производительную силу возможно лишь при условии оп-ределенного уровня равновесия между органической и минеральной ее час-тями. Многочисленными исследованиями доказано изменение содержания и состава гумуса при внесении в почву органических удобрений в процессе их сельскохозяйственного использования.

Однако до настоящего времени малоизученным остается вопрос о влиянии органоминеральных удобрений на изменение содержания и состав легкоразлагаемых органических веществ черноземных почв.

Легкоразлагаемое органическое вещество почвы включает в себя не-разложившиеся растительные остатки, органические вещества животного происхождения, объединяемые общим понятием -- источники гумуса, а также промежуточные продукты их разложения и гумификации. Именно эти веще-ства обусловливают значительную биологическую активность почв, участ-вуют в формировании структуры и питании растений.

Содержание легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) в па-хотном слое почв колеблется в пределах 0,1--1,5% к массе почвы и составляет от 3 до 40 т/га и более.

В условиях микроделяночных опытов, заложенных на черноземе оподзоленном, изучали влияние различных видов органических и минераль-ных удобрений (солома, навоз, осадок сточных вод, цеолит и минеральные удобрения) на состояние ЛОВ в звене зернопропашного севооборота.

Внесенные в почву органические и минеральные удобрения законо-мерно повышали содержание и запасы ЛОВ почвы (табл. 1).

Таблица1- Содержание гумуса и ЛОВ, запасы ЛОВ в черноземе оподзоленном в зависимости от органоминеральных удобрений 2000-2004гг.

утилизация почва микробный

Так, внесение традиционных форм органических удобрений - навоза - обеспечивает самое высокое количество ЛОВ в пахотном горизонте и их за-пасы - 0,99% или 29,7 т/га. Запашка в почву высоких доз соломы (20 т/га) способствует увеличению содержания лабильных органических веществ - 0,39 или 11,7 т/га, но в меньшей степени, чем внесение в почву 20 т/га навоза.

Интерес представляют результаты опытов по влиянию цеолита и осадка сточных вод на содержание легкоразлагаемого органического вещест-ва. Как видно из данных таблицы 2, внесение минералов в почву создает благоприятные условия для накопления ЛОВ в почве - 0,44% или 13,2 т/га, что в 1,5 раза превышает контрольный вариант, в котором содержание ЛОВ составило всего лишь 0,29%, а его запас - 8,7 т/га. При внесении в почву осадка сточных вод 10 т/га происходит увеличение содержания ЛОВ в почве - 0,63% или 18,9 т/га, что более чем в 2 раза превышает содержание ЛОВ в контроле, но меньше на 1/3 содержания ЛОВ в варианте с внесением навоза.

Совместное применение осадка сточных вод с цеолитом и навоза с цеолитом также обеспечивает заметное накопление легкоразлагаемых орга-нических веществ - 0,53% и 0,78% соответственно. Применение минераль-ных удобрений привело к незначительному увеличению ЛОВ - 0,36% и 10,8 т/га в пахотном слое черноземов.

При этом установлено, что количество ЛОВ в первый год внесе-ния удобрений было наибольшим, а за последующие три года после внесения процессы минерализации обусловили снижение количества легкоразлагае-мых органических веществ почвы. Темпы минерализационных потерь ЛОВ зависели от вида удобрений, так в вариантах с внесением минеральных удоб-рений они составили 56,2%, в контрольном варианте снижение ЛОВ состави-ло 43%. При внесении навоза снижение ЛОВ достигало 15%, а в вариантах с внесением цеолита и ОСВ - 27% и 40% соответственно. Совместное приме-нение осадка сточных вод с цеолитом и навоза с цеолитом замедляло минерализационные потери легкоразлагаемых органических веществ, темпы сни-жения достигали 33-34% за четырехлетний период после внесения. Можно предположить что минералы, входящие в состав цеолита, обеспечивают по-глощение органоминеральных веществ почвы и удобрения и создают более благоприятные условия для роста и развития растений и процесса гумусообразования.

Микробные сообщества обладают высокой чувствительностью к антропогенному вмешательству и служат индикаторами экологического состояния почвы. Проведенные нами исследования по установлению влияния мясокостной муки (МКМ) в сочетании с ОСВ, дефекатом и цеолитами показали, что численность бактерий-аммонификаторов, участвующих в аммонификации белков и полипептидов, изменяется от качественного состава питательного грунта (таблица 2,3). Самая наивысшая численность этой группы микроорганизмов установлена на черноземных почвах в сочетании с МКМ - 326,8-338,9 10⁶ КОЕ/г. Самая наименьшая численность этой группы микроорганизмов выявлена в питательных грунтах на основе гумусового горизонта чернозема оподзоленного 50,5 и чернозема выщелоченного 60,9 10⁶ КОЕ/г., что подтверждается высокими значениями коэффициента минерализации.

Таблица 2 - Численность физиологических групп микроорганизмов в питательных грунтах на основе пахотного горизонта чернозема оподзоленного.

Вариант опыта:1) чернозем оподзоленный + МКМ (1:2); 2) чернозем оподзоленный + МКМ+ ОСВ (1:1:2); 3) чернозем оподзоленный + МКМ+ ОСВ (1:1:5); 4) чернозем оподзоленный + МКМ +дефекат (1:1:5); 5) чернозем оподзоленный + МКМ+ цеолит (1:1:2).

Количество микроорганизмов, потребляющих минеральные формы азота, было наибольшим в питательных грунтах на основе гумусового горизонта чернозема выщелоченного им колебалось в пределах 145,2-282,9 10⁶ КОЕ/г в зависимости от соотношений ОСВ, дефеката и цеолита, что обусловило значительное увеличение показателя коэффициента минерализации до 2,97-4,65. Количество целюлозоразлогающих и грибов в исследуемых питательных грунтах не велико и составило 0,08-0,26% от общей численности микроорганизмов

Таблица 3- Численность физиологических групп микроорганизмов в питательных грунтах на основе пахотного горизонта чернозема выщелоченного.

Варианты опыта:1) чернозем выщелоченный + МКМ(1:2); 2) чернозем выщелоченный + МКМ+ ОСВ (1:1:2); 3) чернозем выщелоченный + МКМ+ ОСВ (1:1:5); 4) чернозем выщелоченный + МКМ +дефекат (1:1:5) ; 5) чернозем выщелоченный + МКМ+ цеолит (1:1:2);.

Исследованиями установлено, что наименьшую численность изучаемых физиологических групп микроорганизмов обусловливает добавление цеолита к питательным грунтам на основе гумусового горизонта почвы и мясокостной муки для изучаемых подтипов черноземов.

Таким образом, микробоценозы питательных грунтов на основе пахотного горизонта черноземов оподзоленного и выщелоченного, мясокостной муки, осадка сточных вод, дефеката и цеолита отличаются между собой по общей численности и сбалансированности микробного сообщества по численности аммонификаторов (КОЕ/МПА) и автохтонных микроорганизмов (КОЕ/КАА).

Использованные источники

утилизация почва микробный

1.Гузев, В.С. Перспективы эколого-микробиологической экспертизы состояния почв при антропогенных воздействиях / В.С. Гузев, С.В. Левин // Почвоведение. 1991, № 9. С. 50-62.

2.Лобода, Б. П. Применение цеолитсодержащего минерального сырья в растениеводстве/Б. П. Лобода//Агрохимия. -2000. -№ 6. -С. 78-91.

Размещено на Allbest.ru