На территории Рязанской области размещен ОАО «Рязанский свинокомплекс», который до конца 1990-х гг. был одним из крупнейших комплексов по откорму 108 тысяч свиней. Образующаяся после механической очистки твердая фаза навоза вывозится на карантинные площадки, а сточные воды объемом 6 тысяч м3 в сутки соединялись во время биологической очистки с коммунально-хозяйственными стоками пос. Искра и поступали в пруд-накопитель. Из пруда-накопителя сточные воды использовались на орошение дождеванием. Во время экономических реформ того времени сложилась ситуация, при которой поголовье животных резко снизилось. А в начале 2000-х годов из-за старения мелиоративной системы, отсутствия средств на ее реконструкцию и по другим причинам орошение сточными водами прекратилось. В настоящее время на комплексе выращивается более 40 тысяч свиней. С 1995 года по настоящее время нами ведутся мониторинговые исследования. Анализируя проектную документацию института «Рязаньагроводпроект», нами был рассчитан необходимый объем пруда-накопителя для утилизации сточных вод и выявлена ошибка уже на уровне проекта от 1974 года. Объем пруда-накопителя в 1,5-2 раза не соответствовал объему образующихся на свинокомплексе сточных вод и поступающих на очистные сооружения коммунально-хозяйственных стоков пос. Искра. И хотя поголовье животных значительно уменьшилось в настоящее время, но объем стоков пос. Искра из-за роста народонаселения, развития предприятий населенного пункта, наоборот, возросло. То есть в настоящее время произошло перераспределение нагрузки с биологической на химическую, что подтверждается проведенным химическим анализом сточных вод в 2003 и 2010-2012 годах [2, 4].
Цель исследования. Цель – агромелиоративная оценка последействия длительного орошения сточными водами ОАО «Рязанский свинокомплекс» в рамках почвенно-экологического мониторинга. Исследования проведены в 2010-2012 годах, они имеют не только научное, но и практическое значение в связи с задачами Федеральной целевой программы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года», предусматривающей осуществление мероприятий по техническому перевооружению, реконструкции и строительству мелиоративных систем и отдельно расположенных гидромелиоративных сооружений; поддержке сельскохозяйственных товаропроизводителей по созданию, восстановлению, реконструкции и модернизации внутрихозяйственных оросительных систем и др. Одной из задач исследований являлась оценка качества гумуса почвы.
Материалы и методы исследования
Объекты исследований – серая лесная суглинистая почва ОАО «Рязанский свинокомплекс» Рязанского района Рязанской области. Научная новизна – впервые в регионе дана сравнительная оценка содержания органического вещества в почве в условиях орошения сточными водами и в их последействии. Методика исследований общепринятая [1, 5]. При проведении исследований применялся методический подход с использованием полевых (сравнительно-географический, стационарный) и лабораторно-аналитических методов исследования. При оценке качества гумуса использовали соотношение первой и второй фракций гумусового вещества, отношение ГК/ФК, природу гуминовых кислот, отношение С/N и др. Природу гумуса изучали с использованием модификационных методов Почвенного института. Результаты проведенного почвенно-экологического мониторинга серой лесной почвы в последействии длительного орошения сточными водами позволят руководителям хозяйств, а также проектировщикам и строителям животноводческих комплексов более продуктивно и экологически безопасно применять оросительные мероприятия с соблюдением технологических параметров и производственных рекомендаций [5]. Результаты исследований статистически обработаны.
Результаты исследования и их обсуждение
Вследствие изменений свойств и режимов почвы, возрастает урожайность трав и, следовательно, количество растительных остатков, что, в определенной степени, восполняет потери гумуса. Однако большое количество азота, поступающего с поливной водой, ведет к потере гумуса, что подтверждается результатами многолетних исследований как О. Кошевого (1980) и др., так и авторских. Так, за 28-летний срок орошения сточными водами и по истечении 9-ти лет после его прекращения, содержание гумуса составило 2,2…2,5 %, что на 0,36 % меньше исходного.
В первое десятилетие (1975-1985 гг.), по данным сотрудников института Рязаньгипроводхоз, позже – Рязаньагроводпроект, орошения сточными водами дозой 400 и более кг азота на 1 га, привело к повышению содержания органического вещества в почве, однако затем наблюдалась его стабилизация и в конечном итоге – снижение содержания гумуса.
Кроме содержания гумуса, определялись его запасы (рисунок). Для серых лесных почв часто гумусированный горизонт является синонимом пахотного. Как показало изучение почвенного профиля серой лесной почвы в 2010-2012 гг., мощность гумусового горизонта уменьшилась до 8 см, то есть на 4 см по сравнению с данными 1974 года.
Измерение гумусового горизонта
Вспаханная почва, содержащая 2,2 % гумуса, способна в севооборотах с многолетними травами высвободить до 120 кг/га азота. Однако следует учитывать влияние искусственного восполнения дефицита влаги в почве (наряду с орошением сточными водами при снижении влажности почвы до или ниже предполивного порога проводились поливы природной водой до 7 раз за вегетацию), что повышает растворимость химических соединений.
Необходимо предвидеть трансформацию органических удобрений сточных вод, используя коэффициенты гумификации и уровни содержания гумуса, которые изменяются во времени. Если в течение 5-7 лет с момента внесения органики коэффициент составляет 20 – 30 %, то в 50-летнем цикле он уменьшается до 10 – 12 % и менее. В условиях орошения эти изменения усиливаются, что связано не только с процессами гумификации растительных остатков и органических удобрений, но и минерализацией формирующихся новообразованных лабильных гумусовых веществ.
В процессе сельскохозяйственного использования формируются в первую очередь и трансформируются наиболее лабильные формы гумуса. Органические вещества почвенного раствора физиологически активны, влияют на рост корневой системы, являются комплексообразователями, позволяющими сделать доступными растениям железо и микроэлементы.
Содержание углерода составляло в среднем 14 мг на 1 кг почвы хозяйства, об информативности данного показателя свидетельствует тесная связь r=0,86 между ним и накоплением биомассы. Водорастворимые органические вещества почвы имели наивысшую степень корреляции с биологической активностью почвы r=0,95 в годы орошения сточными водами. Несмотря на невысокое содержание гумусовых веществ (до 30 мг углерода на 1 кг почвы), они имели непосредственный контакт с корневыми системами многолетних трав и оказывали прямое влияние на растения, выражающееся в их урожайности при последующем ее снижении вследствие ухудшения агромелиоративных свойств и режимов почвы.
Гуминовые кислоты этой фракции характеризовались невысоким содержанием углерода, повышенным азота и водорода по сравнению с другими фракциями. Гидролизуемость азотсодержащих компонентов этой фракции составляла 62 % по сравнению с 24 % для других. На образование лабильных форм гумуса оказывали влияние органические вещества, поступавшие в почву со сточными водами свинокомплекса.
Профильное распределение гумуса по слоям почвы через 10 см глубиной 50 см, проведенное на основе аналитических определений содержания углерода органических соединений в целом подтверждает выводы о постепенном убыванием его содержания вниз по горизонтам [3].
Почвообразование является процессом в значительной степени зависящем от гумусообразования [6]. В настоящее время нами определен гуматно-фульватный тип гумуса исследуемой почвы, так как в его составе преобладают гуминовые кислоты и соотношение Сгк: Сфк в среднем равен 1,1 в верхних слоях почвы. Органическое вещество верхних горизонтов характеризуется доминированием гуминовых кислот, при этом гумус относится к гуматно-фульватному. Ниже по профилю наблюдается доминирование фульвокислот в составе гумуса (30-40 и 40-50 см). Это связано, на наш взгляд, с вымыванием более лабильных фульвокислот из этих слоев почвы.
Распределение гумуса в исследуемой почве связано с различной подвижностью фракций гуминовых кислот, представленной черными ГК и фракций фульвокислот. Так менее подвижные гуминовые кислоты «усредняются» кальцием и выпадают в осадок в средней части профиля, в то время как фульвокислоты мигрируются в иллювиальные горизонты, где и аккумулируются. Если в почвах формируются бурые гуминовые кислоты, которые в отличие от черных гуминовых кислот практически нерастворимы и в связи с этим неподвижны, то распределение их по профилю будет примерно одинаковым, а отношение Сгк/Сфк по этой причине не будет изменяться в пределах одного типа гумуса.
Целлюлозоразрушающая активность составила 69 % (2012 г.) по сравнению с 91 % в годы орошения сточными водами (1995-2003 гг.). По шкале Звягинцева она характеризовалась как высокая, что сыграло определенную роль в быстрой минерализации органического вещества.
Выводы
Последействие длительного (1975-2004 гг.) регулярного орошения сточными водами свинокомплекса неблагоприятное, несмотря на то, что прошло десятилетие после прекращения мелиоративного воздействия на почву. Поэтому при длительном орошении сточными водами необходимо строго соблюдать режимы и технологии полива и регулярно проводить мониторинговые исследования с целью разработки мероприятий по снижению антропогенного воздействия на агроландшафт.