Россия
УДК 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.06.01 Сельское хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
В статье приведены многолетние результаты обоснования убобрительно-увлажнительного режима орошения горохо-овсяной смеси стоками свиноводческого комплекса племенного совхоза «Заднепровский», расположенного вблизи г. Орша Витебской области Республики Беларусь, . особенностью которого является установление норм орошения природной водой для поддержания влажности не ниже 75% НВ в зависимости от складывающегося гидротермического режима вегетационного периода, так и для утилизации стоков. Рассмотрены варианты внесения азота 200, 300 и 400 кг/га со сточными водами, а в качестве контроля – полив природной водой. Установлено, что наилучшим вариантом оказался режим орошения с внесение со стоками азота 300 кг/га, что не уступает утилизации стоков многолетними травами. При этом средняя за период исследования урожайность составила 230 ц/га, что на 10,8 % больше, чем полив природной водой. По результатам баланса общего азота установлено, что вариант внесения 300 кг/га азота обеспечивает снижение в 1,32 раза поступления азота за пределы почвенного слоя, чем другие варианты, м является более экологичным.
свиноводческие стоки, горохо-овсяная смесь, режим орошения, доза внесения азота, баланс азота
Введение. Рост потребления продовольствия населением приводит к необходимости увеличения производства сельскохозяйственной продукции, что напрямую сказывается на использовании земельных и водных ресурсов. В результате хозяйственной деятельности на предприятиях агропромышленного комплекса образуются различные категории сточных вод, которые необходимо утилизировать. Среди них наибольшую опасность представляют стоки крупных промышленных свиноводческих комплексов, переведенных на бесподстилочное содержание животных. Основной прием их утилизации - орошение многолетних трав и культур, используемых на корм животных.
В мировой практике более 30% очищенных сточных вод, включая и животноводческие стоки, применяются для орошения сельскохозяйственных культур. Степень очистки обычно определяется в соответствии с принципом «соответствия назначению», устанавливая цели по качеству воды в зависимости от потребностей конечных пользователей, что отражено в различных законодательных актах и руководствах по повторному использованию воды. Однако, несмотря на использование современных технологий очистки, обеззараживания и водоподготовки, свиноводческие стоки оказывают существенное влияние на * агроэкосистему: ухудшают водно-физические и агрохимические свойства и микробиологический режим почв, загрязняют поверхностные и грунтовые воды, а также сельскохозяйственную продукцию.
В Республике Беларусь в настоящее время действует 118 комплексов по производству товарной свинины и 12 субъектов племенного животноводства, занимающихся разведением племенных свиней. Их мощность колеблется от 12 до 108 тыс. голов. На свиноводческих комплексах Беларуси ежегодно образуется около 40 млн мЗ стоков, которые требуют утилизации. Причем технология утилизации имеет свои особенности по сравнению с другими видами сточных вод, они, как правило, используются на удобрительные поливы. При использовании навозных стоков для орошения, согласно действующим нормативным документам, допускается выращивание кормовых культур. Особое место при этом в севообороте должны занимать многолетние и однолетние травы. Выращивание многолетних трав на полях орошения, согласно многочисленным исследованиям [1, 2, 3 и др.], следует рассматривать как обязательное мероприятие, позволяющее принимать стоки круглый год и равномерно распределять их по площади. О положительном влиянии удобрительного орошения навозными стоками на урожай кормовых культур свидетельствуют исследования. Значительный вклад в решение проблемы рационального использования жидкой органики на полях орошения внесли В.С. Брезгунов [4], П.Ф. Тиво [5], М.Г. Голченко [6], Л.А. Саскевич [7], и многие другие.
Однако, длительное использование многолетних трав приводит к накоплению в них нитратов, микроэлементов и тяжелых металлов. Например, по данным А.В. Шуравилина и др. [8] за 20-ти летний период орошения свиноводческими стоками содержание Cu увеличилось c 0,84 до 1,08; Zn — с 3,5 до 5,3; Pb — с 0,34 до 0,48; Mn — с 3,8 до 5,7; Mo — с 0,18 до 0,34; Co — с 0,06 до 0,15 мг/кг. Кроме того, периодически требуется залужение травостоя. Снизить негативное воздействие возможно путем чередования выращиваемых культур и строгого нормирования внесения стоков в почву. Существует несколько способов снижения нагрузки при орошении стоками животноводческих комплексов:
- разбавление животноводческих стоков чистой водой [9], что приводит к большому ее перерасходу;
- чередование орошение стоками в течение одного года, а затем 2 года чистой водой [10]. Недостатком этого способа является большая норма годового внесения азота 850 кг/год со стоками, а это резко повышает содержание в почве биогенных элементов, приводит к загрязнению почвы, нарушению ее микробиологического режима, миграции биогенных веществ ниже почвенного слоя, вызывая загрязнение грунтовых вод;
- поочередная подача стоков нормой внесения азота 200-300 кг/га в течение 4 лет, а затем в течение 2 лет орошение чистой водой, что позволяет восстановить агрохимические свойства почвы. При этом стоки вносят дробно, а дополив производят чистой водой [11]. Все это позволяет в какой-то мере уменьшить загрязнение почвы, однако полностью не решает проблему утилизации стоков, так в период полива чистой водой стоки необходимо утилизировать, что требует увеличение площади орошения, а это не всегда возможно [12].
Цель настоящих исследований - обоснование удобрительно – увлажнительного режима орошения горохо-овсяной смеси подготовленными стоками свиноводческого комплекса на основе баланса азота в почве при различной норме внесения азота со свиноводческими стоками в зависимости от изменения гидротермического режима вегетационного периода.
Материалы и методы. Опыты проводили на оросительной системе племенного совхоза «Заднепровский», расположенного вблизи г. Орша Витебской области Республики Беларусь. Животноводческий комплекс рассчитан на выращивание и откорм 54 тыс. голов свиней в год, годовой выход навозных стоков колеблется от 268,7 до 508,6 тыс. мЗ в зависимости от количества поголовья свиней. Подготовленные и обеззараженные стоки подаются на орошение многолетних трав на площади 1199 гектаров, орошение осуществляется широкозахватными колесными дождевателями ДКН – 80 и дальнеструйными дождевальными аппаратами ДД – 30.
Для исследования была выбрана однолетняя горохо-овсяная смесь в качестве промежуточной культуры, так как горох полевой - пелюшка (Pisum arvense L.) является наиболее продуктивной однолетней бобовой культурой. Овес с достаточно прочным стеблем служит опорой для пелюшки. Благодаря совпадению продолжительности основных фаз вегетации овса и пелюшки, смешанные посевы этих культур дают максимальную эффективность. Бобово-злаковые кормовые смеси полнее используют атмосферные осадки и менее остро реагируют на дефицит водного баланса. При различных сроках посева дают возможность получать высококачественный корм, хорошо поедаемый животными, уровень продуктивности достигает 70–75 ц/га кормовых единиц при повышенном содержании протеина. Горохо-овсяная смесь обогащает и структурируют почву и является хорошим предшественником для большинства культур, включая многолетние травы.
Опыты проводились в период 2002-2004 гг. и в 2017 году в различные по влагообеспеченности годы на делянках площадью 60 м2 в 4-х кратной повторности по следующим вариантам: вариант 1 - без орошения (контроль 1): вариант 2 - орошение природной водой при снижении предполивной влажности до уровня 75% НВ (контроль 2); вариант 3 - орошение навозными стоками свинокомплекса годовой нормой по азоту 200 кг/га + дополнительное увлажнение природной водой при снижении влажности почвы ниже 75% НВ: вариант 4 тоже годовой нормой по азоту 300 кг/га; вариант 5 - годовой нормой по азоту 400 кг/га + дополнительное увлажнение природной водой при снижении влажности почвы ниже 75% НВ. Полив осуществлялся машиной ДКН – 80, расположение делянок соответствовало схеме полива. Между делянками располагались защитные полосы шириной 10 м с целью исключения поступления оросительной воды. Схема опытного участка приведена на рисунке 1.
- . поливной трубопровод; 2 - поливное крыло ДКН -80;
3 - границы вариантов орошения; 4 - учетные делянки
Рисунок 1 – Схема размещения опытных делянок
Метеорологические показатели и дефицит природного увлажнения по годам исследований приведен в таблице 1.
Таблица 1 – Основные метеопараметры вегетационного периода (апрель-август) по годам исследования
|
Годы иссле-дова-ний |
Осадки вегета-ционного периода, мм |
Суммарное испарение в период вегетации, мм |
Дефицит увлажнения вегетационного периода, мм |
||||||||
|
Варианты |
Варианты |
||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
2002 |
166,8 |
193,8 |
259,6 |
267,9 |
268,5 |
294,7 |
27,0 |
92,8 |
71,1 |
101,7 |
128,1 |
|
2003 |
229,4 |
258,4 |
279,7 |
308,6 |
336,8 |
363,7 |
29,0 |
50,3 |
79,2 |
107,4 |
134,3 |
|
2004 |
174,5 |
194,6 |
231,2 |
243,1 |
267,4 |
293,1 |
20,1 |
56,7 |
68,6 |
92,9 |
118,6 |
|
2017 |
203,6 |
259,3 |
283,9 |
285,6 |
308,7 |
328,4 |
55,7 |
80,3 |
82,0 |
105,1 |
124,8 |
Объем стоков определялся нормой внесения азота по вариантам опыта. Учитывая средний химический состав стоков, приведенный в таблице 2, рассчитывался их объем подачи на орошение. Так, при норме 200 кг/га азота необходимо подать 500 м3/га, при 300кг/га – 750 м3/га, а при 300кг/га – 990 м3/га. Внесение стоков проводилось частями: весной в начале вегетации и перед очередной фазой развития горохо-овсяной смеси в равных долях.
Таблица 2- Осредненный за период вегетации химический состав стоков свиноводческого комплекса СГЦ «Заднепровский»
|
рН |
Азот |
Р2О5 |
К2О |
Са |
Мg |
Cl |
SO4 |
Взв. вещ. |
ХПК |
||
|
общ. |
аммиач. |
||||||||||
|
мг/л |
мгО2/л |
||||||||||
|
7,6 |
637 |
480 |
412 |
156 |
95 |
58 |
168 |
166 |
1465 |
1753 |
|
В зависимости от дефицита увлажнения и объема подачи стоков полив свежей водой осуществлялся для создания в корнеобитаемом слое, мощностью 35- 40 см необходимой влажности не ниже 75 % НВ. Для определения влажности почвы использовался термостатно-весовом метод, пробы отбирались послойно через 20 см до глубины 1 м. В процессе исследований водопотребление горохо-овсяной смеси определялось на основе водного баланса. Урожайность горохо-овсяной смеси учитывалась методом сплошной уборки делянок.
Результаты и обсуждение. По гидротермическим показателям, самыми засушливым были 2002 и 2004 годы, за вегетационный период выпало всего 166,8 и 174,5 мм осадков, что меньше среднемноголетнего значения на 28,6 и 19,1 мм (таблица 3).
Таблица 3 – Фактические месячные осадки по годам исследования
|
Годы исследований |
Сумма осадков, мм |
Сумма за вегетацион-ный период |
||||
|
Апрель |
Май |
Июнь |
Июль |
Август
|
||
|
2002 |
0 |
46,6 |
64,2 |
56,0 |
0 |
166,8 |
|
2003 |
0,8 |
121,3 |
73,7 |
33,6 |
0 |
229,4 |
|
2004 |
0 |
25,3 |
48,4 |
60,1 |
40,7 |
174,5 |
|
2017 |
8,0 |
36,4 |
47,2 |
112,0 |
0 |
203,6 |
|
Ср.многолетнее значение |
|
|
|
|
|
193,6 |
В 2002 году на контроле (вариант 1 без орошения) с первой декады мая горохо-овсяная смесь находилась в условиях недостаточного увлажнения. Во втором варианте за весь вегетационный период проведено три полива природной водой поливной нормой 20мм и оросительная норма составила 60мм. В последующих трех вариантах были проведены лишь удобрительные поливы соответствующими нормами по азоту для каждого из вариантов, так как влажность почвы не опускались ниже 75% НВ. В варианте 3 было проведено 3 удобрительных полива. Разовые поливные нормы в этом варианте составляли в среднем 17 мм, а оросительная норма составила 50мм. В 4 варианте было также осуществлено 3 удобрительных полива оросительной нормой 75 мм, а поливная норма 25 мм. В 4 варианте было осуществлено 4 удобрительных полива с поливными нормами 20-25 мм, а оросительная составила 99 мм. Динамика влажности почвы на фоне режимов орошения представлена на рисунке 2.
Р – осадки, мм; t – температура воздуха, 0С
Рисунок 2 – Динамика влажности почвы в вегетационный период 2002 года и удобрительно-увлажнительный режим орошения в вариантах опыта
Наиболее благоприятный гидротермический режим складывался в 2003 и 2017 годах, в которых дефицит увлажнения был минимальный. В 2003 и 2017 гг., несмотря на повышенное количество осадков, вегетационные периоды были теплее и наблюдались наиболее высокие дефициты влажности воздуха в вегетационный период, что приводило к увеличению интенсивности суммарного испарения. В вегетационный период 2017 года весенние влагозапасы и осадки в апреле обеспечили высокую влажность почвы 84 % НВ. Во втором варианте (контроль 2 - орошение природной водой) было осуществлено два полива нормой 17 мм каждый -12 и 25 мая, когда влагозапасы опускались ниже 80% НВ. В 3, 4 и 5 вариантах первый удобрительный полив был проведен 8 мая нормами 17 мм, 18 мм и 19 мм соответственно вариантам. Очередные поливы по всем трем вариантам были проведены 22 мая нормами 18 мм, 19 мм, 17 мм и 10 июня на четвертом и пятом вариантах нормами 17 мм при возобновлении следующей фазы развития растений. Влагозапасы в этот период находились в пределах 76 - 79 % НВ. Последний полив животноводческими стоками был осуществлен 25 июня на 5 варианте нормой 17мм (рисунок 3).
Рисунок 3 – Динамика влажности почвы в вегетационный период 2017 года и удобрительно-увлажнительный режим орошения в вариантах опыта
Таким образом, в зависимости от складывающихся гидротермических условий и необходимости утилизации стоков по вариантам опытов были проведены удобрительно-увлажнительные поливы, обеспечивающие необходимый режим влажности почвы для полноценного развития горохо-овсяной смеси. В таблице 4 приведены объемы стоков и свежей воды при осуществлении режимов орошения.
Таблица 4 - Объемы стоков и свежей воды для реализации удобрительно-увлажнительных режимов орошения горохо-овсяной смеси в годы проведения исследований
|
Годы исследований |
Варианты опытов |
Объем стоков, м3/га |
Объем свежей воды м3/га |
Суммарный объем поданной воды, м3/га |
|
2002 |
Вариант 2 |
- |
600 |
600 |
|
Вариант 3 |
500 |
- |
500 |
|
|
Вариант 4 |
750 |
- |
750 |
|
|
Вариант 5 |
990 |
- |
990 |
|
|
2003 |
Вариант 2 |
- |
400 |
400 |
|
Вариант 3 |
500 |
- |
500 |
|
|
Вариант 4 |
760 |
- |
760 |
|
|
Вариант 5 |
1010 |
- |
1010 |
|
|
2004 |
Вариант 2 |
- |
400 |
400 |
|
Вариант 3 |
490 |
- |
490 |
|
|
Вариант 4 |
730 |
- |
730 |
|
|
Вариант 5 |
980 |
- |
980 |
|
|
2017 |
Вариант 2 |
- |
340 |
340 |
|
Вариант 3 |
340 |
- |
340 |
|
|
Вариант 4 |
500 |
- |
500 |
|
|
Вариант 5 |
670 |
- |
670
|
Наибольший суммарный объем воды затрачен на варианте 5, в зависимости от гидротермического режима года он составил от 670 до 1010 м3/га. Водный и питательный режим обеспечил высокую урожайность горохо-овсяной смеси (таблица 5).
Таблица 5 – Динамика урожайности горохо-овсяной смеси по вариантам опыта, ц/га
|
Варианты опыта |
Урожайность, ц/га |
В среднем за 4 года |
Прибавка |
||||
|
2002г |
2003г |
2004г |
2017г |
ц/га |
% |
||
|
Без орошения |
208,4 |
214,4 |
202,3 |
207,5 |
208,15 |
- |
- |
|
Орошение природной водой |
218,2 |
224,2 |
212,7 |
217,3 |
218,10 |
9,95 |
4,78 |
|
Орошение стоками N200 и лополив природной водой |
228,1 |
226,3 |
222,4 |
227,3 |
226,03 |
17,88 |
8,59 |
|
То же стоками N300 |
231,3 |
236,7 |
230,4 |
224,2 |
230,65 |
22,5 |
10,81 |
|
То же стоками N400 |
232,5 |
234,8 |
232,1 |
217,8 |
229,30 |
21,15 |
10,16 |
|
НСР05, % |
2,45 |
3,59 |
4,32 |
3,78 |
3,54 |
|
|
Наибольшая урожайность наблюдалась в варианте 4 с орошением свиноводческими стоками 300 кг/га по азоту. Этот вариант по урожайности и удельным затратам воды на единицу продукции - 2,17 м3/га, против 2,93 м3/га в варианте 5 определен как наилучший.
Для оценки возможного загрязнения почвы азотом и его миграции в нижележащие слои был составлен баланс общего азота в почве для всех лет исследования и всех вариантов опыта: рассматривалось исходное содержание азота в почве, поступление со стоками и минеральными удобрениями, вынос с урожаем горохо-овсяной смеси и миграция в нижележащие слои. В таблице 6 приведены результаты баланса по вариантам 4 и 5 для 2002 и 2017 года.
Таблица 6 - Баланс общего азота для вариантов 4 и 5 в 2002 и 2017 годах
|
Годы исследований |
Содержание общего азота, % |
Варианты опыты |
|
|
Вариант 4 |
Вариант 5 |
||
|
2002 |
Сточные воды (природная вода) |
3,25 |
4,33 |
|
Исходное содержание в почве |
0,16 |
0,16 |
|
|
Минеральные удобрения |
6,1 |
6,1 |
|
|
Вынос растениями |
2,67 |
2,76 |
|
|
Остаток в почве |
0,16 |
0,142 |
|
|
Вынос за пределы почвенного слоя |
5,68 |
7,69 |
|
|
Невязка, % |
1,00 |
-0,002 |
|
|
2017 |
Сточные воды (природная вода) |
3,0 |
3,99 |
|
Исходное содержание в почве |
0,19 |
0,19 |
|
|
Минеральные удобрения |
4,12 |
4,12 |
|
|
Вынос растениями |
2,31 |
2,07 |
|
|
Остаток в почве |
0,1 |
0,06 |
|
|
Вынос за пределы почвенного слоя |
3,9 |
5,17 |
|
|
Невязка, % |
0,82 |
0,74 |
|
Проанализировав данные таблицы 6, можно сказать следующее, что наиболее экологически благоприятным относительно миграции азота за пределы почвенного слоя является 4 вариант, т.е. орошение стоками с внесением 300 кг/га азота. Кроме того, орошение стоками способствовало снижению кислотности почвы: за период с 2002 по 2017 гг. реакция почвенного раствора рН повысилась с 4,2...4,5 до 5,3...6,5. Полученные результаты согласуются с литературными данными, однако выполненные исследования позволили более четко обосновать норму внесения азота не более 300 кг/ га.
Заключение. Орошение подготовленными и обеззараженными животноводческими стоками является необходимым мероприятием для их утилизации, с другой стороны, это дополнительный источник водных ресурсов, который все шире применяется в мире. Использование сточных вод для орошения кормовых культур обеспечивает прибавку урожая зеленой массы за счет остаточного количества биогенных веществ, однако сдерживающим фактором остается возможность при длительном их орошении загрязнения агроэкосистемы и прилегающей территории. Снизить нагрузку позволяет научно-обоснованный режим орошения и чередование культур в севообороте. В статье приведено обоснование режима орошения однолетней горохо-овсяной смеси на оросительной системе крупного промышленного свиноводческого комплекса «Заднепровский» включенный в севооборот многолетних трав при длительном их использовании как предшествующая культура. Разработанный удобрительно-увлажнительный режим орошения, особенностью которого является установление норм орошения природной и сточной водой как по водопотреблению растений в зависимости от гидротермических условий года, так и для утилизации животноводческих стоков при норме внесения азота 300 кг/га. При этом наблюдалось стабильное повышение урожайности горохо-овсяной смеси на 10,8 %, улучшение состояния почвы и снижение выноса азота за пределы почвенного слоя.
1. Желязко В.И. О пригодности сточных вод предприятий АПК Беларуси для орошения. // Вопросы мелиорации. - М., 2003. - № 5-6. -С.143-151.
2. Голченко М.Г., Желязко В.И., Михальченко Н.Н. Способы повышения экологической безопасности утилизации стоков животноводческих комплексов // Тезисы докладов междунар. конф. «Современные проблемы изучения использования и охраны природных комплексов Полесья» (22-25 сентября 1998). - Минск, БелСЭНС, 1998. - С.161).
3. Грилис С.В., Спасов В.П. Многолетние травы как экологическое звено при утилизации сточных вод // Аграрная наука. - 1998. - № 2. - С.15-18.
4. Геоэкологические проблемы в зоне влияния животноводческих комплексов Беларуси / В.С. Брезгунов, В.С. Осипенко, Е.А. Котлерова и др. // Матер. VI съезда Белор. геогр. общества. - Минск, 1999. - С.173-175.
5. Тиво П.Ф. Экологические аспекты применения животноводческих стоков и азотных удобрений на многолетних травах: Дис. …д-ра с.х..наук: 06 01 04 - Минск, 1995. - С. 149-150.с
6. Голченко М.Г., Желязко В.И. Орошение сточными водами. - М.: Агропромиздат, 1988. - 104с.
7. Саскевич Л.А., Тиво П.Ф. Эффективно использовать бесподстилочный навоз // Агропанарама. - 2000. - № 5. - С 27 -30.
8. А.В. Шуравилин , В.С. Меркурьев , Т.А. Михалева Влияние многолетнего орошения животноводческими стоками на урожайность многолетних трав и их качество // Вестник РУДН, серия Агрономия и животноводство, 2008, № 3 С.52-57.
9. Авторское свидетельство 1639515, А 01 С 25/00, БИ 13, 1991, Тостоусов В.П. Удобрения и качество урожая. - М. Агропромиздат, 1987 г., с.24-27.
10. М.Г. Голченко, В.И. Желязко. Орошение сточными водами. М.,1991 г. С. 33.
11. Кирейчева Л.В., Захарова О.А. Способ орошения животноводческими стоками, патент SU 2192738 от 20.11. 2002г.
12. Кирейчева Л.В., Захарова О.А. Влияние цикличного орошения сточными водами на свойства серых лесных почв // Почвоведение 2002, № 9. С.115-120.
