Влияния стоков на динамику почвы и на качество кормовых культур

1 Литературный обзор

1.1 Использование навоза в растениеводстве

1.1.1 Действие питательных веществ

1.1.2 Внесение и действие органических веществ

1.1.3 Влияние навоза на свойства почвы

1.1.4 Влияние высоких норм навоза на урожай, его качество и на плодородие почвы

1.1.5 Особенности режима орошения

2 Краткая характеристика природных условий

2.1 Физико-географические условия

2.2 Климатические условия

2.3 Почвенно-мелиоративные условия

2.4 Производственная оценка хозяйства

3 Экспериментальная часть

3.1 Методика исследования

3.2 Агротехника в опыте

3.3 Результаты исследований

3.3.1 Химический состав свиностоков

3.3.2 Нормы внесения свиностоков

3.3.3 Агромелиоративные показатели чернозема выщелоченного при орошении свиностоками

3.3.4 Влияние орошения на качество кормовой продукции

4 Экономическая эффективность при орошении свиностоками

5 Безопасность жизнедеятельности

5.1 Охрана труда

5.1.1 Общие положения

5.1.2 Техника безопасности при утилизации навоза

5.2 Охрана окружающей среды

Выводы

Рекомендации Список литературы

Приложение

В системе мер по повышению плодородия почвы важнейшее место отводится органическим удобрениям. Это связано с тем, что они не только обогащают пахотный слой всеми питательными веществами, но улучшают свойства почвы, а также условия минерального питания растений.

Органические удобрения — это разной степени разложения органического вещества растительного, животного, растительно — животного и промышленного — бытового происхождения. Количественный и качественный состав органических удобрений зависят от их происхождения, условий накопления и хранения. Эти удобрения содержат обычно много влаги и питательных различных элементов (практически все находившиеся в живых организмах, из которых они получены), но в небольших количествах, поэтому их называют полными удобрениями. Они обычно мало транспортабельны, их применяют на местах (или вблизи) получения и поэтому называют местными.

Все органические удобрения при минерализации их являются для растений дополнительным источником и диоксида углерода, то есть улучшают не только корневое, но и воздушное питание растений.

Органические удобрения — это и энергетический материал, и источник пищи для почвенных микроорганизмов, причем многие из них (навоз, фекалии, компосты с их участием и другие) сами очень богаты микрофлорой и, следовательно, обогащают почву и этим компонентом. Органические удобрения — важнейший фактор практического регулирования многих показателей плодородия почв: содержания органического вещества, подвижных форм азота, фосфора, калия, кальция, алюминия, железа, марганца, других микрои макроэлементов, кислотности, ЕКО, степени насыщенности основаниями, биологической активности, вводно-воздушного режима и так далее.

При длительном применении навоз существенно улучшает физико-химические свойства почвы — увеличивает запас питательных веществ, обогащает почву микрофлорой, усиливает ее биологическую активность и выделение углекислоты, уменьшает сопротивление почвы при механической обработке, создает оптимальные условия для минерального питания растений.

Навоз — это в разной степени разбавленная водой текучая смесь кала и мочи животных (бесподстилочный). Нередко в состав смеси попадает небольшое количество остатков корма и подстилки (подстилочный).

Текучесть навоза зависит от содержания в нем сухого и коллоидных частиц. Текучесть навоза в значительной степени упрощает его уборку из животноводческих помещений, создает условия для полной механизации трудоемких работ.

В животноводческих стоках высока концентрация питательных веществ, 70% которых составляет органика с большим количеством полезной микрофлоры. В состав их входят азотно-калийно-фосфорные соединения. Кроме того, в животноводческих стоках содержится значительное количество микроэлементов: бора, марганца, меди, цинка. Все вещества находятся в легкодоступной форме.

Удобрительные поливы животноводческими стоками имеют ряд преимуществ перед внесением минеральных удобрений с обычной поливной водой: фосфор в стоках используется растениями лучше, калий представлен бесхлорной формой (по сравнению с хлорсодержащими минеральными удобрениями), азот — легко усвояемой аммиачной формой.

Навоз обладает рядом недостатков, существенно снижающих эффективность его как органического удобрения: потери питательных элементов при хранении, большое содержание всхожих семян сорных растений, зараженность яйцами и личинками гельминтов, резкий неприятный запах и др.

Эффективность применения навоза зависит от нормы внесения, содержания питательных веществ и возможности превращения их в доступную форму, условий применения, характеризуемых сроком внесения удобрений, типам почв, сельскохозяйственной культурой и качеством работ (равномерность распределения).

Цель моей дипломной работы — изучение влияния стоков на динамику N почвы и на качество кормовых культур.

Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. изучить химический состав и дать оценку пригодности свиностоков для орошения;

2. изучить влияние орошения свиностоками на агромелиоративные показатели чернозема выщелоченного;

3. оценить влияние орошения свиностоками на качество кормовой культуры.

1 Литературный обзор

1.1 Использование навоза в растениеводстве

1.1.1 Действие питательных веществ

Для рационального использования в растениеводстве питательных элементов и органического вещества навоза следует применять типовую систему удобрения, составленную при помощи ЭВМ. Вносимые с органическими удобрениями питательные вещества учитываются при определении потребности в минеральных удобрениях.

Эффективность применения навоза зависит от нормы внесения, содержания питательных веществ и возможности превращения их в доступную форму, условий применений, характеризуемых срокам внесения удобрений, типом почвы, сельскохозяйственной культурой и качеством работ (равномерность распределения, заделка в почву).

Определение доз навоза под отдельные сельскохозяйственные культуры осуществляется на основе содержания азота в навозе и доли азота, которая должна покрываться навозом. В навозе 50−60% азота находится в растворимой форме. Поэтому (с учетом типа почвы и срока внесения) потери азота из бесподстилочного навоза более высокие по сравнению с подстилочным навозом. Кроме того, доля растворимого и связанного в органической форме азота оказывает существенное влияние на последствия бесподстилочного навоза. Эффективность внесенных в предыдущем году органических удобрений в зависимости от их вида и действия на урожай, так же как и влияние предшествующей культуры, учитываются в рекомендациях по применению удобрений.

Питательные вещества навоза, оказывающие действие на урожай удобряемой культуры, непосредственно сравнимы с питательными веществами минеральных удобрений через эквиваленты минеральных удобрений и в качестве таковых используется при составлении системы удобрений.

Для азота навоза эквиваленты минеральных удобрений дифференцируются в зависимости от почвы, погодно-климатических условий района, срока применения и удобряемой культуры.

Для фосфора бесподстилочного навоза, как и для фосфора подстилочного навоза, эквивалент минеральных фосфорных удобрений считается равными 100. Доступность для растений калия из бесподстилочного навоза такая же, как и калия из минеральных удобрений. Эквивалент минеральных удобрений для калия бесподстилочного навоза одинаков для всех культур, имеет значения от 60 до 100 и зависит главным образом от типа почвы и срока внесения (П.Я. Семенова, 1982).

1.1.2 Внесение и действие органического вещества

Регулярное и достаточное обеспечение почвы органическим веществом способствует поддержанию и значительному улучшению физических и биологических свойств почвы, определяющих ее плодородие. Особенно это касается структуры почвы, влагоемкости, а на богатых коллоидами почвах речь идет прежде всего о воздушном и водном режиме. Следует отметить повышение способности почвы к накоплению и превращению питательных веществ и ее фитопатогенной устойчивости. Поэтому воспроизводство органического вещества почвы должно обеспечиваться за счет использования всех имеющихся и пригодных к сельскохозяйственному применению органических веществ. Все это нужно учитывать при использовании навоза в растениеводстве.

В связи с высокой долей питательных легкорастворимых элементов (особенно азота) навоз используется для обеспечения растений питательными веществами. В тоже время, содержащееся в нем органическое вещество, способствует воспроизводству почвенного гумуса. Органическое вещество бесподстилочного навоза по своему составу и воспроизводственной способности гумуса отличается от подстилочного навоза. Оно имеет значительно более узкое отношение С: N, которое чаще всего бывает равным 5:1 или 10:1. К тому же органическое вещество навоза легче разлагается. Воспроизводственная способность гумуса органического вещества бесподстилочного навоза составляет примерно 60% от воспроизводственной способности органического вещества подстилочного навоза. Это нужно иметь в виду при расчете потребности и поступления органического вещества (П.Я. Семенова, 1982).

Весьма целесообразно сочетать удобрение бесподстилочным навозом с внесением бедных азотом органических веществ. Благоприятную комбинацию представляет удобрение бесподстилочным навозом и возделывание небобовых промежуточных культур, в особенности разных видов капусты, в результате чего резко уменьшается вымывание питательных веществ. При использовании бесподстилочного навоза под многолетние травы или после них, когда в почве остается большая масса корней бедных азотом, также возникают благоприятные условия для быстрого превращения этих растительных остатков и синтеза высокополимерных органических веществ в почве.

Для воспроизводства органического вещества почвы можно использовать также солому (при наличии ее излишков) в сочетании с бесподстилочным навозом, что оказывает благоприятное влияние на урожай и содержание гумуса в почве. В многочисленных полевых опытах было показано, что совместное применение бесподстилочного навоза и соломы оказывает такое же влияние на урожай и содержание углерода и азота в почве, как и внесение подстилочного навоза (П.Я.Семенова, 1982).

При расчете количества вносимого с бесподстилочным навозом органического вещества надо исходить из дозы бесподстилочного навоза и содержания в нем органического вещества. Для определения содержания органического вещества в бесподстилочном навозе надо содержание сухого вещества уменьшить на 25%, так как в бесподстилочном навозе могут содержаться другие твердые неорганические вещества (например, песок).

При норме 50 м³/га бесподстилочного навоза, содержащего 4% сухого вещества, в почву поступает около 1,5тонн органического вещества и соответственно 0,9 тонн воспроизводственного органического вещества. Такое количество в значительной степени способствует воспроизводству органического вещества почвы, однако при сильном насыщении севооборота пропашными и зерновыми культурами его бывает недостаточно, чтобы гарантировать воспроизводство почвенного гумуса. Поэтому при упомянутой структуре посевных площадей необходимо дополнительно вносить другие органические вещества. Наоборот, в севооборотах с высокой долей многолетних кормовых культур (не менее40%) потребность почвы в органическом веществе часто покрывается одними пожнивными и корневыми остатками растений (П.Я. Семенова, 1982).

1.1.3 Влияние навоза на свойства почвы

В условиях интенсивного земледелия большое значение имеет регулирование вводно-физических и агрохимических свойств почв, а также оптимизация минерального питания растений.

Животноводческие стоки при длительном применении уплотняют почвы, уменьшая объем пор, ухудшают их инфильтрационные свойства (В.А.Андреев, М. Н. Новиков, С. М. Лукин, 1990).

Важным свойством почвы, характеризующим ее способность удерживать катионы питательных веществ (K⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, NH⁺₄, и др.) от вымывания, противостоять подкислению, является емкость поглощения. Во многих почвенно-климатических зонах систематическое применение твердых органических удобрений, в том числе и свиного навоза, увеличивает емкость поглощения почв, способствует стабилизации реакции почвенного раствора.

Значительное влияние на физико-химические свойства почвы оказывают дозы органических удобрений. На карбонатном черноземе при внесении средних доз (45т/га) твердой фракции бесподстилочного свиного навоза за 3 года действия содержание структурных отдельностей размером 3−7 мм увеличивалось на 10−12%, размером 7−10 мм уменьшалось на 10%.В слое 20−40 см эти показатели не изменялись. При внесении 90 и 225 т/га этого удобрения количество структурных отдельностей в слое 0−20 см размером 0,5−5 мм повышалось на 13−22%, а в слое 20−40 см размером 5−10 мм — на 12−15%. В то же время в слое 20−40см уменьшалось (на13−14%) количество структурны отдельностей размером 0,5−3мм. Состав водопрочных агрегатов под влиянием твердой фракции бесподстилочного свиного навоза изменялся только в пахотном горизонте. Средние дозы навоза снижали количество водопрочных агрегатов размером 0,25−0,5 мм и в такой же мере увеличивали агрегаты размером 1−5 мм. На карбонатных черноземах свиной навоз на поглощенные основания существенного влияния не оказывает (В.А.Андреев, М. Н. Новиков, С. М. Лукин, 1990).

Органические удобрения, и в частности свиной навоз, как правило, повышает биологическую активность почвы.

По данным А. Э. Озолини, Р. Р. Визлы (А.Н. Небольсин и др., 1987), основное воздействие жидкого навоза по сравнению с твердыми выражались в быстром и значительном приросте количества нитрификаторов и денитртфикаторов и повышении нитрифицирующей способности почвы.

На активность микрофлоры влияют сроки внесения навоза, его дозы и способы заделки. Использование больших норм жидкого свиного навоза тормозит течение биохимических процессов в почве (И.И. Тимченко, З. И. Бойко, 1983).

Одним из важнейших показателей плодородия почвы является содержание в ней гумуса.

В связи с интенсивным применением минеральных удобрений снизилось значение гумуса как источника элементов питания для растений, но неизмеримо возросла его роль как разностороннего регулятора почвенных процессов. Поэтому не только восстановление, но и увеличение запасов органических веществ остается обязательным условием рациональных систем земледелия.

Положительное влияние на накопление гумуса оказывают навозные стоки, особенно в полях с многолетними травами. В опытах ВНИПТИОУ (С.И. Тарасов, Н. А. Кумеркина, 1987) систематическое использование навозных стоков свиноводческого комплекса (N_300, N₄₀₀, N₅₀₀) на удобрение многолетних злаковых трав обусловило увеличение гумусированности не только пахотного, но и подпахотного горизонта почвы. Применение жидкого навоза и навозных стоков в пропашных севооборотах при оптимальных гидротермических режимах могут способствовать усилению минерализации органического вещества почвы и потери гумуса. Эти негативные явления устраняются путем совместного использования в качестве удобрения навоза и соломы (Т. Кольбе, Г. Штумпе, 1972; О. Е. Авров, В. М. Мороз, 1979;М.Шкарда, 1985 П. Я. Семенов, 1987;Е. И. Алиева, 1987;Р. Р. Визла, 1987).

В большинстве органических удобрений на основе свиного навоза элементы питания растений находятся в доступной форме, поэтому при внесении их в почву заметно улучшается ее пищевой режим.

Положительное влияние на пищевой режим дерново-подзолистых почв оказывают навозные стоки свиноводческих комплексов. В исследованиях ВНИПТИОУ навозные стоки способствовали резкому увеличению содержания в почве азота и фосфора, отмечалось улучшение калийного питания растений. Все это положительно сказалось на формировании урожая многолетних трав. Так, прибавка урожая зеленой массы на фоне стоков из расчета N₃₀₀ составляла 232 ц/га, N₄₀₀-321, N₅₀₀-359 ц/га.

От минеральных удобрений, внесенных эквивалентно содержанию NPK в навозных стоках из расчета N₃₀₀, отдача была выше на 34%, что обусловлено в основном потерей из стоков аммиачного азота при поверхностном их внесении (В.А.Андреев, М. Н. Новиков, С. М. Лукин, 1990).

1.1.4 Влияние высоких норм навоза на урожай, его качество и плодородие

Нельзя ежегодно применять чрезмерно высокие нормы навоза на одних и тех же земельных участках, т.к. это не обеспечивает дальнейшего роста урожая.

Так, внесение среднегодовой нормы азота более 246 кг/га (1232 кг/га за 5 лет) не вызывало существенного повышения продуктивности кормового севооборота и сопровождалось накоплением нитратов в растениях и почве. При внесении больших норм под кормовые культуры в них накапливается значительное количество нитратов. Содержание нитратного азота свыше 0,1% в расчете на сухое вещество корма может быть опасным для здоровья животных. Количество фосфора, кальция и магния с увеличением норм навоза повышается незначительно (В.А. Васильев, Н. В. Филиппова, 1988).

Поля орошают раз в декаду. Причем под многолетние травы стоки вносили 1 раз, сразу после укоса, а весной в начале возобновления вегетации.

Величину поливных норм определяют в зависимости от выпавших осадков и среднесуточной температуры воздуха за период между поливами.

При орошении животноводческими стоками наибольшую прибавку урожая дают многолетние злаковые травы (тимофеевки луговой, ежи сборной, овсяницы луговой).

Воздействие стоков на урожайность многолетних трав близко к действию эквивалентных доз минеральных удобрений. При увеличении нормы сточных вод от 240 до 420 кг/га азота урожайность возрастала от 8,35 до 10,30 т/га сухой массы.

При промышленной технологии заготовки зеленых кормов важным показателем является равномерность выхода продукции в течение вегетационного периода. Дробное внесение животноводческих стоков под каждый укос выравнивает отрастание трав. Колебания урожайности по укосам составляли 4−6%, за исключением первого года орошения, когда они достигали 17%.

При норме стоков 240−300 кг/га азота урожайность убывала от 27−28% в начале сезона до 22% в конце. С увеличением норм урожайность первого укоса уменьшалось, а последнего — несколько увеличивалась. Распределение урожайности по укосам зависит от норм внесения стоков и метеоусловий вегетационного периода. Амплитуда колебаний урожайности возрастает с увеличением норм внесения стоков. Влияние метеоусловий выражается в том, что если в силу неблагоприятной погоды травы не смогли за какой-то укосный период (или в целом за весь сезон) использовать питательные вещества в полной мере и урожайность оказалась ниже потенциально возможной, а в почве остались питательные неиспользованные вещества, то в дальнейшем эти дополнительные вещества при более благоприятных условиях стимулируют соответствующее увеличение урожайности. Такое регулирующее воздействие метеофакторов на урожайность проявляется и в многолетний период.

При орошении животноводческими стоками кормовых культур существенные изменения происходят в их химическом составе. В многолетних травах содержание сырого протеина резко возрастает и при норме стоков 240 кг/га азота достигает 19,1%. С учетом роста урожайности многолетних трав выход протеина увеличивается в 6 раз. При дальнейшем увеличении нормы стоков содержание протеина несколько снижается. При этом оптимальной нормой является 300 кг/га азота (В.И. Штыков, Я. З. Шевелев, О. Ю. Кошевой, 1987).

При орошении в травах наблюдается также увеличение содержания зольных веществ, а содержание клетчатки уменьшается.

Содержание питательных веществ в многолетних травах во многом зависит от цикла скашивания. К первому укосу травы успевают несколько загрубеть, количество сырого протеина в них достигает 15,3%, а сырой клетчатки — 36,5%. В последующие укосы с отрастанием отавы содержание протеина возрастает, клетчатки — уменьшается.

При орошении животноводческими стоками однолетних трав в них увеличивается содержание протеина, зольных веществ, в отдельных случаях — жира. Резкое увеличение количества сырого протеина отмечалось при внесении 240 кг/га азота — 20,1%, при увеличении нормы до 360 кг/га азота содержание протеина снижалось до 17,9%. По питательным свойствам продукции оптимальной нормой для однолетних трав является 240 кг/га азота. Эта норма оптимальна и по урожайности.

Орошение животноводческими стоками многолетних и однолетних трав, резко увеличивая выход протеина, оказывает существенное влияние и на его структуру. В небелковой части сырого протеина увеличивается содержание нитратной формы азота. На накопление в травах нитратов решающим образом влияют нормы внесения стоков. С увеличением их от 240 до 420 кг/га азота содержание нитратов в травах увеличивается в 4−5 раз.

В однолетних травах без орошения и с орошением умеренной нормой стоков (120 кг/га азота) содержание нитратов и нитритов несколько выше, чем в многолетних травах, но при внесении повышенной нормы (360 кг/га азота) оно выравнивается: 89,27 мг азота на 100 г сухого вещества в однолетних травах и 90,36 — в многолетних травах.

По данным специалистов, накопление в кормах нитратов свыше 0,5% угрожает интоксикацией животных. В пересчете на азот это составляет 0,11% (В.И.Штыков, Я. З. Шевелев, О. Ю. Кошевой, 1987).

Качество кормов многолетних трав при орошении животноводческими стоками нормой 420 кг/га азота нельзя считать удовлетворительным. Близким к опасному уровню (0,09%) было и содержание нитратного азота в многолетних и однолетних травах при внесении со стоками 360 кг/га азота.

Оптимальной нормой для многолетних трав по кормовому качеству растений является 300, для однолетних — 240 кг/га азота.

На орошение стоками хорошо отзываются силосные культуры: кукуруза, подсолнечник, однолетние травы, а также ячмень на кормовое зерно. Однако при чрезмерно высоких нормах внесения стоков урожайность однолетних трав и подсолнечника снижается, что обусловливается ожогами растений.

Если среднюю урожайность на орошаемых стоками полях принять равной 10 тыс. корм. ед/га, общий сбор кормов с 1000 га составит 10 тыс. т. корм. ед. Затраты кормов на комплексе составляют 27 тыс. т. корм. ед. в год, из них 57% - травяная мука, грубые и сочные корма (в основном сенаж и силос). Таким образом, оросительные системы дают возможность на 40% обеспечить потребности содержащихся на комплексе животных в кормах и на 65% - в травяной муке, грубых и сочных кормах.

Высокая урожайность культур, возможность многоукосного использования травостоя, совершенная технология мелиоративных и сельскохозяйственных работ на полях орошения обеспечат перевод кормопроизводства на индустриальную основу.

Рекомендуется нормы внесения стоков применять дифференцированно. Если оптимальными нормами, выявленными в процессе комплексных исследований (под многолетние травы — 300 кг/га азота), можно орошать кормовые культуры неограниченное время, то внесение повышенных норм должно быть ограничено во времени. Так, нормой 420 кг/га азота многолетние травы допустимо орошать в течение 2−3 лет.

1.1.5 Особенности режима орошения животноводческими стоками

Стоки животноводческих комплексов являются источником водного и минерального питания растений, поэтому режим орошения или необходимо обосновывать не только по дефициту водопотребления, как при обычных оросительных мелиорациях, но и по балансу питательных веществ. Кроме того, при использовании для поливов сточных вод необходимо учитывать ряд факторов, влияющих на режим орошения.

Режим орошения определяется эффективностью почвенной очистки сточных вод. Он должен обеспечивать степень очистки, отвечающую современным требованиям к охране окружающей среды.

Режим орошения должен также гарантировать утилизацию определенного объема сточных вод (на заданную площадь).

На полях орошения необходимо соблюдать определенные санитарногигиенические правила, оказывающие влияние на режим орошения. Так, между последним поливом стоками и уборкой урожая (стравливанием) необходим карантинный интервал в 14−21 день (В.И. Штыков, Я. В. Шевелев 1987).

На окисление органического вещества сточных вод расходуется большое количество кислорода, а одним из продуктов распада является углекислый газ. Дефицит кислорода приводит к образованию анаэробных условий и развитию востоновительных процессов, что сопряжено с потерей азота и других питательных веществ и ухудшением обезвреживание сточных вод. При содержании в почвенном растворе свыше 3% углекислого газа от объема почвенного воздуха он может быть токсичным для растений. Оптимальное содержание кислорода в почвенном растворе составляет 3,0−8,0 мг/л.

Воздушный, а также газовый режимы в определенной степени могут регулироваться режимом орошения. Так, применение больших норм полива стоками (4−5 тыс. м³/га) ведет к снижению содержания в почве кислорода и развитию восстановительных процессов, а дальнейшее увеличение их — к «утомлению» почвы и снижению ее плодородия.

Для получения высоких и качественных урожаев поступление питательных веществ в почву должно соответствовать потребностям сельскохозяйственных культур: недостаток питательных веществ приводит к недобору урожая, избыток — негативно сказывается на качестве растениеводческой продукции; несбалансированность питательных веществ также отрицательно влияет на урожайность и качество продукции. Таким образом, нормы внесения питательных веществ, а следовательно, и поливные и оросительные нормы необходимо проводить в соответствие с требованиями культур к пищевому режиму (П.Я. Семенова, 1978).

Стоки подаются на орошение в начале возобновления травостоя и затем после каждого скашивания. Если в очередной срок полива стоками оптимальная влажность обеспечивается осадками (полив чистой водой в таком случае пропускается), то стоки используют без разбавления чистой водой нормой, в которой содержится заданное количество питательных веществ. В общем случае степень разбавления определяется величиной поливной нормы, концентрацией питательных веществ в стоках и планируемой нормой внесения питательных веществ за данный полив.

Поскольку сроки поливов стоками лимитируются сроками скашивания травостоя (по ветеринарно-санитарным и агрономическим соображениям стоки рекомендуется вносить сразу после укоса), то необходимо фиксировать дату, когда урожайность достигает проектной величины.

Правильное установление величины поливных норм при орошении животноводческими стоками имеет особенно важное значение для природоохранной эффективности мелиоративных систем. Завышение поливных норм может обусловить появление загрязненного поверхностного стока, проникновение ингредиентов стоков в грунтовые воды, в дренажно-коллекторную сеть (В.М. Юрков, 1982).

При определении величины поливных норм необходимо принимать во внимание различие во впитывании в почву чистой воды и животноводческих стоков. Свиноводческие стоки с содержанием взвешенных веществ 30−35 г/л впитываются на 66% менее интенсивно, чем чистая вода.

В агрономической практике нормы минеральных и органических удобрений на планируемый урожай рассчитывают по выносу питательных веществ растениями с учетам запасов их в почве или по выносу питательных веществ планируемой прибавкой урожайности.

При определении оптимальных доз внесения питательных веществ со стоками такой подход неправомерен, поскольку расчеты ведутся для конкретного года, когда в почве имеется запас питательных веществ. Сказанное относится и к расчету норм внесения стоков на планируемую прибавку урожайности, так как и в этом случае косвенно учитываются запасы питательных веществ в почве.

Подразделение почв по обеспеченности питательными веществами осуществляется по трем показателям: содержанию подвижных форм фосфора, обменного калия и легкогидролизуемого азота.

Почва считается низкообеспеченной легкогидролизуемым азотом, если его содержание менее 5 мг на 100 г почвы, среднеобеспеченной — если его содержание составляет 5−10 мг на 100 г почвы и высокообеспеченной — если содержание превышает 10 мг на 100 г почвы.

Расчеты ведутся отдельно по каждому из элементов — азоту, фосфору, калию. Как правило, лимитирующим элементом в этих расчетах является азот, избыток которого наиболее отрицательно сказывается на качестве растениеводческой продукции и грунтовых вод.

Подавляющим большинством модельных и производственных опытов установлена оптимальная норма стоков под многолетние травы (в пересчете на азот) — 240 -360 кг/га общего азота при внесении ее за 3−5 поливов.

Стоки животноводческих комплексов, по классификации В. Т. Додолиной, относятся к категории сточных вод с высоким агромелиоративным потенциалом. Для полного обеспечения растений питательными веществами требуется всего около 300 м³/га стоков, а оросительные нормы, рассчитаны по дефициту водопотребления (И.И. Лукьяненков, 1985).

Комплексный учет таких факторов, как эффективность очистки, урожайность культур, качество растениеводческой продукции, позволил выявить оптимальные нормы животноводческих стоков под основные кормовые культуры: под многолетние травы — 300, под однолетние травы и кукурузу на силос — 240, под подсолнечник на силос — 120, под ячмень на кормовое зерно — 120 — 240 кг/га азота.

Некоторыми учеными допускается применение более высоких норм сточных вод. Среди аргументов в их пользу следующие: возможность уменьшения площади для утилизации сточных вод, рост урожайности сельскохозяйственных культур, резкое увеличение в почве запасов питательных веществ. Что касается размеров площадей полей орошения, полностью обеспечиваемых питательными веществами сточных вод, то положительно оценить можно их увеличение, а не уменьшение, та как такой путь является эффективным решением проблемы кормовой базы комплексов — проблемы не менее важной, чем утилизация животноводческих стоков. Возможность утилизации животноводческих стоков на полях орошения является решающим фактором в создании кормовой базы.

При повышенных нормах внесения стоков урожайность многих культур растет, но питательные вещества при этом используются нерационально: оплата урожаем питательных веществ стоков снижается на 20 — 40%.

Более правильно, как считают специалисты, при наличии пригодны земель и дополнительных источников орошения, увеличивать площадь полей с целью создания устойчивой кормовой базы. Рекомендуют покрывать потребности растений в азоте за счет внесения стоков лишь на 50−75%, остальные 50−25% вносить с минеральными удобрениями (И.И.Лукьяненков, 1982).

Исследованиями установлено негативное влияние повышенных норм сточных вод на кормовое качество растениеводческой продукции. При высоких нормах внесения сточных вод (по азоту свыше 300−360 кг/га) содержание нитратной формы азота в небелковой части сырого протеина достигает токсических для животных концентрацией (0,5% на сухое вещество), кроме того, в растениях отмечается высокое содержание калия (более3%).

Резкое увеличение в почве питательных веществ хотя и являются с агрономической точки зрения позитивным фактором, но достигается это по существу в ущерб грунтовым водам, водоприемникам дренажного стока, поскольку увеличить содержание в почве питательных веществ — это значит нарушить баланс веществ в почве, что неизбежно приведет к усилению выноса биогенных веществ в грунтовые и дренажные воды.

Необходимость использования чистой водой обусловлена и другими причинами. Вода (в том числе сточная), используемая для орошения вегетирующих культур, должна отвечать определенным требованиям. Так, по данным В. Т. Додолиной, в поливной воде не допускается содержание общего азота более 250, аммиачного -150, калия — 200, фосфора (Р₂О₅) — 100 мг/л и т. д. В стоках животноводческих комплексов содержание перечисленных компонентов во много раз выше. Поэтому при подготовке стоков для орошения их разбавляют чистой водой (или сточной водой с низким содержанием растворенных веществ) в пропорции 1:8:15. Правда, в последнее время появились сведения, что в ряде опытов орошения стоками без предварительного разбавления чистой водой не оказывало негативных последствий на урожай и качество продукции (И.П. Мусаилова, 1987).

Разбавление перед орошением необходимо при наличии в стоках большого количества взвешенных веществ. Для надежной и устойчивой работы насосов и дождевальной техники содержание сухого вещества в поливной воде должно быть не более 2%.

По сравнению с раздельным внесением животноводческих стоков и чистой воды технология орошения разбавленными стоками более проста, менее трудоемка, и поэтому в настоящее время именно ее можно рекомендовать для практического применения.

2 Краткая характеристика природных условий

Институтом «Южуралгипроводхоз» на основании договора с совхозом «Родниковский» Красноармейского района на его землях, площадью 1900 га, выполнен комплекс изысканий: инженерно-геологические и гидрологические, почвенно-мелиоративные, гидрологические.

2.1 Физико-географические условия

Проектируемый массив орошения располагался на северном склоне водораздельной равнины рек Миасса и Уя, между селами Родники, Канашево и Пашнино, восточнее озера Сыкандык в пределах западной окраины Западно-Сибирской равнины. Уклон дневной поверхности от 0,002 до 0,02 на северо-запад и запад в сторону озера Сыкандык и реки Миасс. Рельеф участка волнисто-бугристый. На массиве встречаются озера, образовавшихся за счет скопления паводковых и дождевых вод, а также за счет разгрузки подземных вод. Берега озер низкие, заболоченные. Глубина озер составляет около 3 м. На площади массива встречаются лесные колки.

2.2 Климатические условия

Климат района континентальный, с суровой длительной зимой и теплым летом. Среднее годовое количество осадков за период активной вегетации растений выпадает в пределах 240−250 мм. Всего запасы в метровом слое почвы к моменту посева зерновых культур, как правило, достигает 140−170 мм. Гидротермический коэффициент (по Селяникову) в весенне-летний период составил 1,2−1,4. Вследствие этого, северная лесостепь Челябинской области — одна из наиболее благоприятных для развития земледелия. Обеспеченность теплом и влагой дает возможность иметь высокопродуктивное полевое и луговое кормопроизводство, и на этой основе — молочное и мясное животноводство.

Устойчивый снежный покров устанавливается в середине ноября и достигает 30−40 см, сохраняясь в течение 150−160 дней. Он обеспечивает благоприятные условия перезимовки озимых культур. Глубина промерзания почв колеблется от 1 до 1,5 метров. Окончательное оттаивание почвогрунтов наступает в середине мая месяца (А.П. Казаченко, 1997).

Погодные условия вегетационных периодов 1995,1996 годов характеризуется данными таблицы 1.

Таблица 1

Характеристика погодных условий 1995, 1996 годов

Климатические условия в периоды проведения опытов взяты из Бродокалмакской метеостанции. Подведя итог по данным таблицы 1, можно увидеть, что средняя температура воздуха за период вегетации в 1995 и 1996 года составила соответственно:15,1 и 17,8⁰С, а сумма осадков — 245,4 и 99,3 мм. Сведения, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что в первой декаде мая 1995 года показатели превышали средние многолетние по температуре, и по осадкам тоже превышали среднемноголетние. Вторая декада мая характеризуется более низкими показателями температуры, разница со средними многолетними данными составляет 1,6⁰С. Осадки также превышают на 16,5 мм. Для третьей декады мая характерна более высокая температура и повышенный уровень осадков по сравнению со средними многолетними данными. Исходя из всего этого, можно сделать вывод, что в мае наблюдалась теплая, но влажная погода и сроки посевов были сдвинуты.

В июне в 1 и 3 декадах температура выше среднего многолетнего уровня на 1,6⁰ С, количество осадков в 1 и2 декадах выше средне многолетнего уровня на 0,7 и 2 мм. Третья декада отличается низкой влажностью.

В июле наблюдалась такая же ситуация — выпадение осадков в 9 раз меньше в 1 и 2 декадах. В августе в 1 декаде — 17⁰С и чрезмерные осадки 67,5 мм по сравнению со средними 23 мм и уже со 2 декады прослеживалось понижение температуры (14,5⁰С) и снижение осадков.

Погодные условия вегетационного периода 1995 года характеризовались различными показателями. В начале вегетации условия были благоприятными для формирования урожая зеленой массы первого укоса. Урожай второго укоса формировался при высоких температурах и выпадением осадков.

В мае 1996 года наблюдалась более или менее теплая погода с неравномерным выпадением осадков. Погодные условия мая месяца в целом не затрудняли посев сельскохозяйственных культур.

Весь июнь характеризовался высокими температурами, превышающими средние многолетние данные на 3−5⁰С, без осадков. Третья декада июля месяца характеризуется 15,6 мм осадков, что меньше в 2 раза средней нормы. Первая декада месяца без дождя, а вторая декада характеризуется 1 мм осадков, что меньше на 29 мм среднего многолетнего уровня. Погодные условия в июле характеризуются сухой и теплой погодой. Весь месяц август имел низкие температуры по сравнению со средними многолетними данными. Первая декада месяца характеризовалась обильными осадками, а 2 и 3 декады месяца низким уровнем осадков по сравнению со средними многолетним уровнем.

В целом весь вегетационный период 1996 года характеризовался сухой и теплой погодой, что сыграло важную роль в формировании урожая и эффективности удобрений.

Осадков составляет 521 мм, в теплый период 359 мм. Испарение за год составляет 420 мм, в теплый период 379 мм. Несмотря на преобладание в годовом цикле осадков над испарением, особенностью климата является недостаточная влагообеспеченность в период вегетации.

Сумма эффективных температур выше десятиградусного уровня составляет в среднем 2200−2300⁰С. Этот период продолжается 130−120 дней с 9−10 мая до 15−20 сентября. Однако период заметно короче (100−110 дней), а на почве температура без заморозков бывает 80−105 дней.

2.3 Почвенно-мелиоративные условия

На участке предполагаемого орошения животноводческими стоками по специфики мелиоративного воздействия встречаются две мелиоративные группы.

Первая мелиоративная группа

К данной группе отнесены почвы, формирующиеся при залегании грунтовых вод глубже 5-ти метров с минерализацией 0,3−1 г/л и занимающие верхние части пологих склонов. Это лучшие почвы. Формируются на тяжелых делювиальных карбонатных суглинках. Преобладающими видами по гумусности и мощности являются черноземы среднегумусные среднемощные. Мощность гумусового горизонта 42−45 см, а у маломощных 36−40 см. Естественное плодородие почв высокое. Содержание гумуса в пахотном горизонте от 5,2 до 9,1%. Обеспеченность элементами питания высокое фосфатами — 11,3−12,2 мг/100г почвы, обменным калием — 10,9 мг/100 г почвы, общим азотом — 290−330 мг/100г почвы.

Реакция почвенного раствора нейтральная в гумусовом горизонте 6,5−7,1 и слабощелочная в почвообразующей породе 8,1−8,3. Емкость поглощения в гумусовом горизонте высокая 43 мг — экв/100г почвы. Почвы не засолены. Объемная масса в гумусовом горизонте составляет 1,24 г/см³. Общая порозность почв удовлетворительная для пахотного слоя 54%. Коэффициент дисперсности составляет 15%. Коэффициент впитывания в пахотном горизонте 0,47−0,79 м/сут, в слое 44−64 см — 0,73−0,96 м/сут. При орошении ухудшения свойств почв не предвидится. Почвы пригодны под любые районированные культуры и нуждаются в орошении.

Вторая мелиоративная группа

Данные почвы приурочены к средним частям склона. Формируются на тяжелых делювиальных карбонатных суглинках, при залегании уровня грунтовых вод на глубине 3−5 метра с минерализацией 0,3−1,0 г/м.

В зависимости от сложности мероприятий по мелиоративному освоению разделяются на две подгруппы.

В первую подгруппу выделены почвы лугово-черноземные, выщелоченные средне и тяжелосуглинистые. По своим морфологическим свойствам они близки к почвам первой мелиоративной группы. По механическому составу преобладают среднесуглинистые почвы, но встречаются и тяжелосуглинистые. Естественное плодородие почв высокое. По гумусности, почвы отнесены к среднегумусным. Содержание гумуса в пахотном горизонте 8,0−9,1%. Обеспеченность элементами питания высокая. Реакция почвенного раствора от нейтральной (6,5−7,8) до слабощелочной (8,0−8,3) вниз по профилю. Емкостьпоглащения высокая 43,5−45,3 мг-экв/100г почвы. Почвенный профиль не засолен. Водно-физические свойства аналогичны первой группе. Почвы пригодны под любые районированные культуры и нуждаются в орошении. Поливная норма на 1/3 ниже, чем для первой группы.

Ко второй подгруппе отнесены лугово-черноземные слабосолонцеватые почвы, занимающие незначительную площадь в юго-западной части участка. Емкость поглощения -41,7 мг-экв. Среди поглощенных оснований преобладает кальций, но также присутствует поглощенный натрий 2,4−4,0 мг/экв, что составляет 8−9% от емкости поглощения и указывает на слабую солонцеватость. Почва не засолена. Почвы пригодны под любые районированные культуры и нуждаются в орошении, поливная норма на 1/3 ниже, чем для первой группы. Для использования этих почв под орошение потребовалось внесение гипса 2−3 т/га.

Обеспеченность растений азотом зависит от процессов минерализации и нитрификации азотистых соединений почв. На парах они активны, поэтому в почве накапливается много доступного растениям минерального, преимущественно нитритного азота. После других предшественников запас этого элемента в черноземах выщелоченных к посеву сельскохозяйственных культур бывает недостаточным. Калием черноземы выщелочные в большинстве случаев обеспечены в полной потребности растений (А.П.Козаченко, 1997).

2.4 Производственная оценка хозяйства

В совхозе «Родниковский» имелся комплекс, по производству свинины на 54 тыс. голов в год. На комплексе искусственная биологическая очистка не функционировала. В хозяйстве возникла острая проблема утилизации стоков. В разработанном ТЭО предусматривалось свиностоки после механической очистки использовать на орошение сельхозугодий. Почвенный метод очистки навозных стоков является более надежным, чем искусственная биологическая очистка. Так при рациональных дозах внесения навозных стоков в вегетационный период стоки полностью поглощаются активным слоем почвы, биогенные элементы на 99−100% усваиваются микроорганизмами и корневой системой растений. Таким образом, оросительные системы с использованием навозных стоков являются надежным и эффективным водоохранным сооружением. Всесоюзный научно-исследовательский институт по сельскохозяйственному использованию сточных вод (ВНИИССВ) с 1995 года проводило в хозяйстве комплекс исследований по влиянию норм внесения свиностоков на урожай культур, на плодородие, процессы самоочищения почв. На основе проведенных научных исследований в совхозе" Родниковский", и накопленного научного и практического опыта в аналогичных регионах страны разработаны рекомендации по использованию стоков свиноводческого комплекса «Родниковский» для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий в сложных гидрогеологических условиях Челябинской области.

Площадь землепользования совхоза «Родниковский» составляет 6925 га, в том числе занято под сельскохозяйственными угодьями 4187 га, пашни 2427 га. В таблице 2 приведена экспликация земель в хозяйстве.

Таблица 2

Экспликация земель в хозяйстве

3 Экспериментальная часть

3.1 Методика исследования

Исследования по изучению влияния орошения свиностоками комплекса «Родниковский» на накопление нитратного азота в почве и растениях и на качество кормовых культур (прежде всего многолетних трав) и зерновых культур проводились Южноуральским Государственным Проектно — изыскательским Институтом в 1995 и 1996 годах.

Исследования по влиянию орошения жидкой фракцией свиностоков на плодородие черноземных почв и качество кормовых и зерновых культур проводили в полевом деляночном опыте по следующей схеме:

1 вариант — контроль без орошения;

2 вариант — орошение чистой водой;

3 вариант — орошение свиностоками N₂₈₀;

4 вариант — орошение свиностоками N₁₅₀ + чистая вода;

Площадь делянки 42 м², учетная площадь 25 м². Повторность четырехкратная, расположение делянок рендомизированное.

Поливы осуществлялись уменьшенной оросительной нормой 1000 м³/га, на 4 варианте при оросительной норме 1000 м³/га вносились 600 м³/га свиностоков и 400 м³/га чистой воды.

Для характеристики почвенного покрова при закладке полевых опытов фиксировались исходное плодородие почвы. Для чего отбирались почвенные образцы до глубины 1 метра через каждые 20 см. В образцах определялись основные показатели, характеризующие плодородие и мелиоративное состояние почвы: реакция среды (рН) потенциометрическим методом; подвижные фосфор и калий в одной вытяжке по Чирикову; легкогидролизуемый азот по И. В. Тюрину и М. М. Кононовой. Определение химического состава стоков свинооткормочного комплекса по технологической цепочке их очистки, химического состава поливных стоков. В отобранных пробах стоков определялись следующие показатели: реакция среды, взвешенные и органические вещества (ХПК), щелочность, хлориды, сульфаты, калий, натрий, кальций, магний, фосфор, азот аммиачный и органический по методикам, изложенным в «Унифицированных методах анализа сточных вод» под редакцией Ю. Лурье, 1973 и «Методических указаниях по выполнению научноисследовательских работ при изучении вопросов использования сточных вод и стоков животноводческих комплексов на орошение», Москва, 1985.

Определение химического состава растений проводили по общепринятым методикам зоотехнического анализа кормов по следующим показателям: клетчатка, сырой жир, фосфор, калий, кальций, магний; нитраты — дисульфофеноловым методом (В.П.Плешков, 1968) (Приложение 1).

На массиве орошения рассматривались три варианта шестипольного севооборота.

— Структура посевных площадей согласованная со специалистами хозяйства.

1 севооборот:

1. Пар;

2. Озимая пшеница (зерно);

3. Кукуруза на зеленый корм;

4. Однолетние травы на зеленный корм;

5. Многолетние травы на зеленый корм;

6. Многолетние травы на зеленый корм;

— Севообороты, предлагаемые при удобрительно-увлажнительном орошении стоками.

2 севооборот:

1. Однолетние травы на зеленый корм;

2. Кормовые корнеплоды;

3. Ячмень на зеленый корм + многолетние травы на зеленый корм;

4. Многолетние травы на зеленый корм;

5. Многолетние травы на зеленый корм;

6. Кукуруза на зеленый корм;

3 севооборот:

1. Однолетние травы на зеленый корм;

2. Кормовые корнеплоды;

3. Ячмень на зеленый корм;

4. Зерновые на зерно;

5.Зерновые на зерно;

6. Кукуруза на зеленый корм;

Годовая норма внесения стоков определяется по выносу биогенных элементов (азота, фосфора, калия) планируемым урожаем сельскохозяйственных культур по формуле:

Мс = В*в /10*К₁*К₂*С, где Мс — годовая норма внесения стоков, м³/га;

В — вынос питательных веществ из почвы планируемым урожаем сельскохозяйственных культур, кг/га;

в — коэффициент обеспеченности почвы питательными веществами, принимаем равным 1(категория обеспеченности средняя);

К₁ — коэффициент использования питательных веществ растениями из стоков, принимается равным для азота 0,7, фосфора и калия -0,6;

К₂ — коэффициент, учитывающий потери аммиачного азота в процессе полива, для азота — 0,85, фосфора и калия — 1;

С — содержание питательных элементов в %;

3.2 Агротехника в опыте

Опыт проводился в шестипольном севообороте:

1. Однолетние травы на зеленый корм;

2. Кормовые корнеплоды;

3. Ячмень + многолетние травы на зеленый корм;

4. Многолетние травы на зеленый корм;

5. Многолетние травы на зеленый корм;

6. Кукуруза на зеленый корм.

Было предусмотрено многоукосное использование трав на производство сенажа, силоса и травяной муки.

Состав культур и их удельный вес обеспечивает создание кормовой базы для комплекса.

Оросительные нормы для культур севооборота приняты согласно «Укрупненных норм водопотребности для орошения по природно-климатическим зонам» для среднего года увлажнения.

Принятые нормы внесения животноводческих стоков позволяют выполнять 1−4 полива нормами 150−250 м³/га. Концентрация азота общего в стоках 286 мг/л, допускает поливать любые культуры севооборота без угрозы ожога и угнетения растений, но не ранее 10−12 дней после всходов.

Поливы проводились агрегатом К-700 + РЖТ — 16.

Для полива использовали осветленную жидкую фракцию стоков, влажностью 97% из прифермских и полевых накопителей. Вода, которую использовали для орошения имела хлориднонатриевый состав, минерализацию от 1,3 г/л, и близкую к нейтральной реакцию среды.

3.3 Результаты исследований

3.3.1 Химический состав свиностоков

Анализируя данные, полученные при использовании свиностоков в совхозе «Родниковский», показали, что состав свиностоков колеблется по годам.

Стоки до разделения характеризуются высоким содержанием соединений азота (аммонийный и органический) 770 мг/л, взвешенных веществ 9 и органических веществ (разница между сухим и прокаленным осадком) — 1,6 г/л. Реакция среды (рН) 6,0 и содержат солей в среднем 1,7 г/л, содержание которых обусловлено аммонием, калием, кальцием, сульфатом и органическими кислотами. Величины НСО₃ (бикарбонатов) условны, так как аналитическое определение НСО₃ входят все органические кислоты.

В стоках после разделения существенно снижается содержание взвешенных веществ (до 2,1 г/л) общего азота до 291 мг/л, фосфора 139 мг/л, калия 160 мг/л. Применяемая для гидросмыва вода опасность не представляет, поскольку ее минерализация не превышает 0,6 г/л. Учитывая содержание азота в свиностоках примерная ежегодная норма внесения на поля составляет для неразделенных стоков 420 м³/га, после разделения (из накопителей) 1000 м³/га и осадка 70 т/га. Эти нормы могут быть скорректированы в зависимости от возделываемых культур и их урожайности.