*Государственный комитета по земле и картографии

ANNALS OF AGRARIAN SCIENCE, vol. 9, no. 3, 2011
ИЗВЕСТИЯ АГРАРНОЙ НАУКИ, Том 9, Ном. 3, 2011
AGRONOMY AND AGROECOLOGY АГРОНОМИЯ И АГРОЭКОЛОГИЯ
КОМПЛЕКСНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО И ПИТАТЕЛЬНОГО РЕЖИМОВ ПОЧВ
ПРИ ОРОШЕНИИ НЕТРАДИЦИОННЫМИ ВОДАМИ
Г.Ш. Мамедов
Мамедов*, О.А. Зейналова**
Зейналова**,
**, С.А. Эминов**
Эминов**
*Государственный комитета по земле и картографии Азербайджанской Республики
ул. Ш.Мехтиева 93а, Баку, AZ1148,Азербайджан; dtxk.gov.az
**Азербайджанский НИИ гидротехники и м
мелиорации
елиорации
ул. Дадашева, 70-а, Баку,AZ1130, Азербайджанская Республика;
ofelya_zeynalova@yahoo.com
Поступила в редакцию: 19.01.11; одобрена к печати: 28.05.11
Данная работа была проведена в пределах Апшеронского полуострова с целью
научного обоснования возможности экологически безопасного использования
сточных вод г.Баку для орошения сельскохозяйственных культур при
комплексном регулировании водного и питательного режимов почв.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из необходимых условий успешного решения проблемы охраны окружающей
среды и рационального использования водных ресурсов является разработка
водоохранных и водосберегающих мероприятий. В числе этих мероприятий важное место
занимает использование очищенных сточных вод для орошения, обеспечивающее наряду
с повышением плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур,
высокий эффект доочистки загрязняющих веществ в почве.
Актуальность использования сточных вод для орошения в условиях Апшерона, где
потребность в оросительной воде ощущается так же остро, как и дефицит водных
ресурсов, является приоритетным комплексным водохозяйственным мероприятием,
направленным на решение вопросов интенсификации сельского хозяйства и защиты
водных ресурсов от загрязнения.
Индустриальный метод очистки сточных вод является наиболее универсальным
приемом в борьбе с загрязнением водоемов. Однако технологические системы по очистке
бытовых и промышленных сточных вод позволяют достичь эффекта до 85÷95%, но 5÷15%
наиболее стойких загрязнений все же поступает в водоемы. Это положение является
острой проблемой и на Апшероне, где в связи с ростом населения за последние годы, а
также интенсивным развитием промышленности, увеличивается водопотребление в
сферах сельского хозяйства и промышленности, а это приводит к увеличению количества
сточных вод, сбрасываемых в акваторию Каспийского моря.
Наиболее высокие показатели почвенной доочистки сточных вод достигаются при
соблюдении технологии использования сточных вод для орошения, оптимальном
сочетании режимов орошения и удобрения, подбором сельскохозяйственных культур, а
также контролем за экологическим состоянием почв и грунтовых вод. Сточные воды
г.Баку содержат значительное количество биогенных, органических и специфических
веществ, поведение которых в почве и растениях недостаточно изучено.
Химический состав сточных вод г.Баку характеризуется следующими показателями:
реакция среды слабощелочная (рН 7,2÷8,2), содержание солей колеблется в пределах
1,33÷1,56 г/л. Состав солей сульфатно-хлоридный. Содержание сульфатов 6,0÷16,19 мгэкв/л, хлоридов – 231÷400 мг/л. Из катионов преобладают натрий+калий, а это может
вызвать осолонцевание почвы. Содержание иона натрия превышает содержание кальция
и магния в 1,2÷2 раза. Содержание органических веществ по показателю химического
потребления кислорода (ХПК) колеблется в пределах 70÷160 мг О2/л . Общая жесткость
составляет 8÷11 мг-экв/л. Для сточных вод г.Баку характерно высокое содержание
нефтепродуктов после механической очистки 5÷22 мг/л, а после биологической очистки
количество нефтепродуктов снижается на 87%. По содержанию основных элементов
питания (в среднем 10,4 мг/л азота, 5,38 мг/л фосфора, 27 мг/л калия) сточные воды г.Баку
по классификации В.Т.Додолина характеризуются низкой удобрительной ценностью.
Сточные воды г.Баку являются поставщиком легкорастворимых соединений азота,
калия, фосфора, что снижает затраты на внесение минеральных удобрений на 30% и,
естественно, способствует интенсивному росту и развитию растений [1,2].
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Наиболее важные показатели плодородия сероземных почв Апшерона и получение
высокого урожая при орошении сточными водами г.Баку проанализированы на примере
проведенных полевых исследований в п.Говсаны Апшеронского полуострова. Достичь
этого можно только при комплексном регулировании факторов жизни растений. Как
известно, на орошаемых землях основными регулирующими факторами являются водный
и питательный режимы почв. Регулирование водного режима почвы направлено на
поддержание условий влажности, при которых растения на протяжении всего периода
роста и развития не испытывают недостатка во влаге.
Если при поливе пресной водой достаточен учет потребности культуры во влаге, то
при поливе сточной водой накладывается еще потребность в учете санитарногигиенических требований, заключающихся в сроке прекращения поливов перед укосом и
уборкой урожая.
Исследуемая почва опытного участка незасоленная, легкого механического состава.
Агрохимические свойства почв опытного участка следующие: рН – нейтральна до
слабощелочной в нижележащих горизонтах. Обеспеченность питательными веществами –
низкая, гидролизуемый азот составляет 0,6÷1,4, подвижный фосфор в пределах 0,64÷2,15,
обменный калий – 5,9÷8,4 мг на 100 г почв.
Схема опыта включала два варианта. Первый вариант – орошение пресной водой из
Самур-Апшеронского канала, вариант второй – орошение сточной водой г.Баку.
Оросительная норма в обоих вариантах составляет 6980 м3/га, поливы вегетационные,
число поливов – 11÷15, опытная культура – люцерна.
В качестве основного критерия для установления сроков полива принимали нижний
предел оптимальной влажности почвы, который в условиях Апшерона рекомендован на
уровне 75% НВ.
Сроки полива пресной и сточной водами назначались по дефициту влажности
почвы, т.е. при опускании естественной полевой влажности до 75%НВ.
Для расчета нормы полива применен метод по дефициту влаги в почве,
разработанный академиком А.Н.Костяковым [3]. Фактическая поливная норма была
установлена объемным методом. Влажность определена термостатно-весовым методом.
Обработку данных полевых опытов проводили методом дисперсионного анализа по
Б.А.Доспехову [4].
Фенологические наблюдения за ростом и развитием люцерны проводились на трех
точках – учетных квадратах по методике Б.А.Доспехова и М.М.Горянского [4,5].
Высота растений измерялась на 100 экземплярах, во всех учетных квадратах каждой
повторности перед каждым укосом. Урожайность зеленой массы определялась по пробам,
взятым из трех мест каждой делянки с площади 1 м2, а урожайность – по фактическим
сборам продукции со всей площади.
Химический анализ растений для определения питательной ценности кормов
проведен по А.В.Петербургскому [6].
Для оценки безвредности растениеводческой продукции использовали список
Главного санитарно-эпидемиологического управления Минздрава бывшего СССР по
предельно допустимым остаточным количествам химических веществ в продуктах
питания.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ полученных данных предполивной влажности почвы показал, что ее
фактическая величина по контрольному и опытному вариантам за вегетационный период
была сохранена на уровне 75% НВ. Максимальное отклонение не превышает 5,2%. При
проведении статистического сравнительного анализа данных по влажности при орошении
пресными и сточными водами установлена сходимость кривых влажности, а это
доказывает, что полив сельскохозяйственных культур не зависит от вида применяемых
оросительных вод, а зависит от степени иссушения почв и гидрогеологических условий.
Среднеквадратичное отклонение влажности при поливе пресными и сточными
водами составило σ=0,204. Относительная ошибка по указанным вариантам составила в
среднем 3%, максимальное отклонение равно 0.6, а на глубине 20÷30 см его минимальное
значение равно нулю. Приведенные цифры свидетельствуют о том, что в обоих вариантах
предполивная влажность поддерживалась практически на оптимальном уровне [1].
Фенологическое
наблюдение
показало,
что
полив
сточными
водами
благоприятствует выращиванию многолетних трав на Апшероне. Самое интенсивное
развитие отмечается в периодах первого и второго укоса. При этом прирост люцерны
составлял соответственно для однолетней люцерны 0,8; 1,36; для двухлетней – 1,54; 2,39 и
для трехлетней – 1,33; 2,24 см в сутки (первые цифры – полив пресными водами, вторые –
данные полива сточными водами).
Трехлетними исследованиями установлено, что при одинаковой предполивной
влажности почв сроки поливов люцерны пресной и сточной водами совпадают. При этом
различий в величинах поливных и оросительных норм не наблюдается. Менялся лишь
характер оросительной воды. Из сказанного следует, что поливная норма больше зависит
от степени иссушения почвы перед поливом, чем от характера оросительной воды.
Для люцерны режим орошения и урожайность показаны в таблице 1.
Табл.1. Число, нормы поливов и урожайность (среднее за 3 года)
Варианты
полива
Схема
полива
Число
поливов
75%НВ
11÷15
Пресной водой
Сточной водой
Средняя
фактическая
поливная
норма, м3/га
Оросительная Урожайность
норма, м3/га
зеленой
массы, т/га
464÷595
6580÷7560
43,8÷65,8
465÷594
6530÷7460
54,2÷99,0
Полученные результаты показывают, что при использовании сточной
воды г.Баку урожайность на 19,2% у однолетней и 31,6% у трехлетней
люцерны больше, чем при контрольном варианте, что указывает на большие
возможности возделывания этой культуры в условиях орошения сточными водами.
Зоотехнический анализ показал, что продукция, выращенная при орошении
сточными водами, отличается высоким содержанием сырого протеина в зеленой массе.
В составе зеленой массы на сухое вещество в процентах содержание калия выше
нормы, а содержание фосфора ниже нормы (нормы для фосфора – 0,47%, а фактическое
значение колеблется в пределах 0,22÷0,44%). Соотношение Са/Р2О5 в 3 раза выше нормы, а
отношение К/(Са+Мэ) находится в оптимальных пределах.
Указанные данные доказывают возможность и целесообразность выращивания
кормовых культур при поливе сточными водами.
С целью предотвращения ухудшения качества продукции из-за возможности
попадания вредных веществ из сточных вод в растения, по санитарно-гигиеническим
требованиям, рекомендуется выдержать срок между последним поливом и уборкой
урожая не менее 7÷10 дней [4].
Полученные высокие урожаи можно считать следствием удобрения почвы за счет
содержащихся в сточных водах питательных элементов. Эти элементы питания в сточной
воде находятся в растворенной и доступной форме. Попадая в почву, они легко
усваиваются растениями, одновременно решая проблемы водного и пищевого питания
сельскохозяйственных культур.
При использовании для орошения сточных вод, содержащих биогенные элементы,
одним из лимитирующих факторов является количество азота. Азот – важный элемент
питания растений, поэтому внесение его со сточными водами улучшает питательный
режим почв. Однако внесение азота в количестве, превышающем потребность растений,
может привести к ухудшению качества растениеводческой продукции и загрязнению
грунтовых вод нитратами.
Содержание азота в сточных водах находится в соединениях органического вещества
в виде аммонийного азота в количестве 26 мг/л. Азот, входящий в состав органических
соединений, недоступен растениям. В процессе аммонификации и нитрификации
образуются нитраты – весьма подвижные соединения, которые легко усваиваются
растениями. Потери нитратов происходят за счет вымывания и разрушения в процессе
денитрификации и иммобилизации микроорганизмами, т.е. потери нитратов происходят
за счет увеличения влажности выше предела 75% НВ.
Главная роль в превращении азота в почве принадлежит биологическим процессам.
Избыточный полив сточными водами приводит к выносу аммония в нижележащие
почвенные слои, почвенные поры заполняются водой, и в условиях недостатка кислорода
нитрификация замедляется или прекращается. В этом случае грунтовые воды могут
загрязняться аммонием.
На основании многолетних исследований установлено, что при мощности зоны
аэрации для сероземных почв в пределах 1,5÷2 м загрязнения грунтовых вод не
происходит, так как наиболее активными слоями почвы, обуславливающими очистку
сточных вод, являются слои 0÷60 см.
Основными расчетными периодами для оценки влияния орошения сточными
водами на качество грунтовых вод являются предполивный период, период
вегетационных поливов (за 2÷3 дня до и после каждого полива) и период после
завершения уборки урожая сельскохозяйственных культур. При этом на основании
физических, санитарно-химических и бактериальных изменений произведена оценка
степени загрязнения грунтовых вод по следующим критериям: взвешенные вещества,
прозрачность, запах, нефтепродукты, рН, растворенный кислород,
N − NO3 , N − NH 4 и
N − NO2 .
Результаты проведенных исследований показывают, что полив сточными
водами с установленной нормой не вызывает существенного изменения санитарнохимического состава грунтовых вод, его значения не превышают норму предельно
допустимой концентрации (ПДК).
Активная реакция почвы (рН) является одним из важнейших показателей состояния
среды для нормального развития растения. Как известно, наибольшая активность
микробиологических процессов наблюдается при рН 6÷8. Максимальная доступность
питательных элементов для азота при рН 6÷8, для фосфора – 6,5÷7,5, для калия – 7÷8, для
кальция и магния – 7÷8,5, для меди и цинка – 5÷7, для железа – 4÷6,5, для бора – 5÷7, для
молибдена – 7÷9. Емкость поглощения почв и состав обменных компонентов – важные
показатели: чем больше емкость поглощения почв, тем выше ее плодородие.
Реакция среды в почве при длительном орошении сточными водами изменяется в
пределах 7,9÷8,1, что способствует активности микробиологических процессов при
усвоении растениями питательных элементов, в особенности азота.
Важным механизмом накопления азота в почве служит усвоение азота растениями и
последующее превращение корней и растительных остатков в почвенный гумус.
Основная часть азота почвы связана с гумусом (азот составляет 5% от содержания гумуса в
почве). Как показывают многолетние опыты по орошению сточными водами (табл.2),
содержание гумуса в почве возрастает, следовательно, увеличивается и содержание
валового азота.
Полив сероземно-примитивных почв Апшерона сточными водами г.Баку. Первые
годы орошения не снижает содержание гумуса. Напротив наблюдаются незначительные
его накопления (с 2,11 до 2,49%). Несмотря на это, органические удобрения, необходимо
вносить в почву независимо от химического состава сточных вод, используемых на полях
орошения.
Табл.2. Изменение гумуса (%) при орошении сточными водами
Глубина,
Исходное состояние почв до
При орошении сточными водами
см
0÷25
25÷50
50÷75
75÷100
орошения
2,11
1,54
0,82
0,79
за 2 года
2,32
1,62
0,90
0,80
за 3 года
2,49
1,84
1,36
0,86
По существующим классификациям, почвы, которые содержат более 60 мг/кг
подвижного легкогидролизуемого азота, мало нуждаются в азотных удобрениях,
содержащие 40÷60 мг/кг – средне нуждаются и до 45 мг/кг – сильно нуждаются.
Многолетние исследования показывают, что содержание гидролизуемого азота в
пахотном слое за три года орошения изменяется в пределах 17,5÷24,5 мг/кг. Хотя
количество гидролизуемого азота увеличивается по сравнению с исходным, однако, по
существующим классификациям, почва нуждается в азотном удобрении. Это доказывает,
что при орошении сточными водами активизируется минерализация органических
веществ в почве и усиливается вынос питательных веществ растениями.
Согласно классификации Б.М.Мачигина, по содержанию Р2О5 в мг на 100 г почвы
подразделяются: до 2 мг – бедная, 2÷4 мг– среднеобеспеченная, более 4 мг – хорошо
обеспеченная. Почвы, содержащие усвояемый фосфор меньше 3 мг на 100 г почвы,
нуждаются в полной норме фосфорных удобрений.
При орошении в течение трех лет сточными водами, почва из разряда плохо
обеспеченной фосфором перешла в разряд среднеобеспеченной. Это также диктует
необходимость внесения фосфорных удобрений при орошении сточными водами.
Исследования показали, что с учетом рекомендуемых режимов орошения нужны
расчеты по выносу питательных веществ и нормированию дополнительного внесения
минеральных и органических удобрений.
Допустимое количество основных питательных элементов – азота, фосфора и калия,
внесение их в почву с поливной водой определяется величиной выноса и коэффициентом
использования этих веществ урожаем по формуле:
Кс ⋅ М с =
у⋅Ку
Ки
⋅ 10 3
где Кс – концентрация питательных элементов в сточных водах (поливных), мг/л;
у – планируемая величина урожая, га;
Ку – содержание питательного элемента в урожае, %;
Мс – годовая норма орошения сточными водами, нетто, м3/га;
Ки – коэффициент использования питательных элементов (размерность показателей в
формуле приводится в одну систему с добавлением коэффициента- 103).
Коэффициент использования питательных элементов, поступающих в почву со
сточными водами с учетом потерь при поливе, назначен для азота 0,6÷0,8, для фосфора и
калия 0,8÷1 [8].
Вынос питательных веществ из почвы планируемым урожаем определяется по
опытным данным зональных и областных сельскохозяйственных станций.
Ориентировочный вынос азота, фосфора и калия указан в таблице 3.
Табл.3. Ориентировочный вынос азота (N), фосфора Р2О5 и калия (К2О)
с урожаем основных сельскохозяйственных культур
Основная
продукция
Культура
Кукуруза
Люцерна
Подсолнечник
Клевер-тимофеевка
Естественные сенокосы
Многолетние злаковые травы
Зеленая масса
Сено
Зеленая масса
Сено
Сено
Зеленая масса
Вынос питательных веществ на 1 т
продукции (основной и побочной), кг
Н
П2О5
К2О
4
2
5
26
7
15
5
3
15
19
6
15
17
7
18
4
1
1
Определение ожидаемого использования питательных веществ в почве
можно производить на основании расчета по рекомендуемой нами номограмме.
Рис. Номограмма определения ожидаемого поступления элементов минерального
питания в почву при поливе сточными водами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренные пути повышения плодородия почв и получения высокого урожая
люцерны, орошаемых сточными водами г.Баку, эффективны при регулировании водного
и пищевого режимов орошения. Они предусматривают постоянное обогащение почвы
органическими веществами и минеральными удобрениями с соблюдением оптимальных
агротехнических и мелиоративных приемов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зейналова О.А. Экологические основы использования сточных вод для орошения
// Автореф. дис.… док. с-х наук, Баку, 2008, 42 с. Zeynalova O.A. Ecological Fundamentals of
Usage of Sewages for Spraying // Authorefer. .. . .doct. agr. dissert, Baku, 2008, 42 pp.
2. Мамедов Г.Ш., Зейналова О.А. Экологически безопасное использование сточных
вод для орошения // Докл. Нац. АH Азербайджана. Том LXII, №5-6, Баку, “ ЭЛМ”, 2006.
сю 124-128. Mamedov G.Sh., Zeynalova O.A. Ecologically Secure Usage of Sewages for
Spraying. // Reports of National Academy of Sciences of Azerbaijan. Science, Vol. LXII, #5-6,
“ELM”, Baku, 2006, рр. 124-128.
3. Костяков А.Н. Основы мелиорации // “Сельхозгиз”, М., 1960, 240 с. 3. Kostyakov
A.N. Fundamentals of Melioration // “Selkhozgiz”, Moscow, 1960, 240 pp.
4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта // “Колос”, M., 1976, 47 с. 4. Dospekhov
B.A. The Technique of a Field Experiment // “Kolos”, Moscow, 1976, 47 pp.
5. Горякский М.М. Методика полевых опытов на орошаемых землях // “Урожай”,
Киев, 1970, 86 с. Goryaksky M.M. The Technique of Field Experiments on Irrigation Fields
//”Urojay”, Kiev, 1970, 86 pp.
6. Петербургский А.В. Практикум по агрохимической химии // “Наука”, М., 1983,
160 с. Peterburgsky A.V. Practical Guide on Agro-Chemical Chemistry, Мoscow, 1983, 160 pp.
7. Зейналова О.А. Оценка экологического состояния почв и грунтовых вод при
орошении сточными водами г.Баку // Сб. докладов. Часть 1. Международный конгр.
“Вода: экология и технология”. ЭКВАТЭК-2006. М., 276 с. . Zeynalova O.A. Estimation of
Ecological Condition of Soils and Groundwaters During Spraying with Baku City Sewages //
Collection of the Reports. Part I. VII International Congress. “Water: Ecology and Technology”.
ECVATEC-2006, Moscow, 276 pp.
8. Пособие к ВНТПО-98 “Оросительные системы с использованием сточных и
животноводческих стоков” // М., 1998, 46 с. 8. Manual to VNTPO-98 “Sprinkling Systems
with Usage of Waste and Cattle-Breeding Flows” // Moscow, 1998, 46 pp.
COMPLEX REGULATION OF WATER AND NUTRIENT SOILS MODES DURING
IRRIGATION WITH NONNON-TRADITIONAL WATERS
G. Sh. Mamma
Mammadov,
madov, O.A. Zeynalova,
Zeynalova, S.A. Eminov
The given activity was conducted within Apsheron with the purpose of the scientific
substantiation of capability of ecologically secure usage of sewages of Baku city for irrigation of
agricultural crops during complex regulation of water and nutrient soils modes.