Влияние орошения свиностоками на некоторые гроэкологические показатели почв Челябинской области

Мировой опыт и отечественный опыт сельского хозяйства показал, что решающее влияние на повышение плодородия почв оказывают удобрения. При этом важная роль в условиях интенсивного земледелия отводится органическим удобрениям. Значение их определяется комплексным положительным воздействием на все факторы почвенного плодородия - агрохимические, агрофизические и биологические.

Органические удобрения – мощное средство воспроизводства гумуса в пахотных почвах, энергетический материал для микроорганизмов, существенный источник элементов питания растений и важнейшее средство регулирования всех агрономически ценных свойств почвы.

Ценность органических удобрений заключается в большом содержании питательных веществ и прежде всего азота, фосфора, калия, кальция, магния, ряда микроэлементов. Значительная часть питательных веществ, взятых растениями из почвы с кормами поступает в животноводческие помещения, переходит в навоз, с которым затем возвращается в почву. Поэтому полное использование органических удобрений, получаемых от животноводства, улучшает баланс питательных веществ в земледелии и способствует повышению урожаев и качества продукции.

Навоз-это смесь твердых и жидких выделений различных животных с подстилкой (подстилочный) или без нее (бесподстилочный).

Состав подстилочного навоза зависит от количества и соотношения твердых и жидких выделений животных и подстилки.

Навоз в зависимости от содержания в нем воды подразделяется на полужидкий - смесь экскрементов (влажность до 92%) и жидкий - смесь экскрементов с примесью воды (влажность 92-97%). Смесь экскрементов, значительно разбавленную водой (влажность более 97%), называют навозными стоками.

Свиной навоз содержит больше жидких выделений, чем твердых. Твердые и жидкие выделения неравноценны по составу и удобрительной ценности: почти весь фосфор (более 95%) содержится в твердых, а от 50 до 75% азота и не менее 80-90% калия - в жидких выделениях.

Азот, фосфор и сера твердых выделений всех животных входят в состав различных органических соединений и могут быть доступными растениям только после минерализации. В жидких выделениях все питательные элементы находятся в легкоминерализуемой или легкорастворимой формах и очень быстро под влиянием микрооганизмов становятся доступными растениям.

Наибольший эффект достигается в хозяйствах при орошении свиными стоками кормовых и пропашных культур в прифермских и полевых севооборотах.

В то же время при использовании свиных стоков для сельскохозяйственных культур, особую угрозу окружающей среде представляют скопления навоза, а также нитратное и микробное загрязнение почв, фитоценозов, поверхностных и грунтовых вод.

Интенсификация сельского хозяйства, повышение продуктивности животноводства требуют применения рациональных систем уборки и утилизации навоза.

Наиболее остро эта проблема стоит в районах, отличающихся высокой плотностью сельскохозяйственных живтных и неравномерным распределением их по территории; низким плодородием почвы и мелкоконтурностью полей; низким удельным весом пашни в общей земельной площади; достаточным, а в ряде районов избыточным увлажнением; умеренно теплым климатом. Эти условия необходимо учитывать при выборе систем механизации процессов уборки, обработки, хранения и внесения в почву навоза животноводческих ферм и комплексов.

Наиболее перспективным методом утилизации навозных стоков является использование их на орошение сельскохозяйственных культур. При подаче стоков на поля обеспечивается рациональное использование питательных веществ и влаги, содержащихся в стоках, улучшаются свойства почвы, а также условия минерального питания растений. Благодаря наличию большого количества органических веществ, стоки могут оказывать мелиорирующее действие на почву.

Цель моей дипломной работы – изучить влияние свиных стоков на некоторые агроэкологические свойства почвы Челябинской области на примере животноводческого комплекса «Родниковский».

1 Обзор литературы

1.1 Действие навоза на почву

Высокие устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур можно получить только на плодородных почвах. Для этого наряду с применением минеральных удобрений необходимо использовать органические удобрения.

В общем количестве органических удобрений доля навоза непрерывно увеличивается. Навоз содержит большое количество неорганических и органических соединений (П.Я. Семенов, 1978, М.М. Кононова, 1963).

Навоз действует на почву и возделываемые на ней растения одновременно непосредственно и косвенно: обогащает их питательными элементами (азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, микроэлементы и другие), углекислотой в почвенном и надпочвенном воздухе, различными микроорганизмами и органическими веществами. Суммарное систематическое и длительное взаимодействие навоза, растений, микроорганизмов значительно улучшает физико-химические свойства и структуру почв: повышаются емкость поглощения (ЕКО), буферность, степень насыщенности основаниями и содержание подвижных форм питательных элементов, одновременно снижается кислотность и содержание подвижных форм токсичных элементов (алюминия, марганца и других). Улучшение перечисленных показателей плодородия и, следовательно, окультуренности почв, естественно, сопроваждается значительным ростом урожайности возделываемых культур и улучшением качества получаемой сельскохозяйственной продукции.

По обобщению А.Д. Хлыстовского (1992), в течение 52 лет навоз ежегодно оказывал нейтрализующее действие на кислотность почв, эквивалентное 100 кг/га CaCO_3, постоянно снижал в слое 0-20 см гидролитическую и обменную кислотность по сравнению с контролем на 0,5 мг-экв/100г содержание алюминия в 2 и более раз, повышал сумму поглощенных оснований не менее чем на 1 мг-экв/100г почвы и степень насыщенности основаниями на 10%. Нейтрализующее действие навоза в меньшей степени, но достоверно проявилось и в подпахотном горизонте (20-40см) почвы.

Содержание гумуса в систематически унавоживаемой более 50 лет почве по сравнению с контролем без удобрений уже через 15 лет было постоянно выше в пахотном горизонте не менее чем на 0,2% углерода и общего азота на 0,02-0,05%, в подпахотном горизонте (20-40см) изменения содержания азота были такими же, а по углероду в 4-5 раз меньше.

Содержание подвижного фосфора в почве (по Кирсанову) под влиянием навоза уже через 4 года в пахотном горизонте увеличилось на 12мг/кг по сравнению с контролем без удобрений, в последующем оно с колебаниями возрастало, и через 52 года эта разница составила более 16 мг/кг. При этом соответственно возрастала степень подвижности фосфатов. Через 40 лет аналогичные изменения в содержании подвижных форм и степени подвижности фосфатов были обнаружены и в подпахотном горизонте.

В течение 52 лет умеренные дозы навоз повышали по сравнению с контролем без удобрений содержание обменного калия в пахотном слое на 15-36 мг/кг.

Положительное влияние орошение животноводческими стоками оказывает и на агрохимические свойства почвы, а следовательно на плодородие (В.А. Францессон,1990).

Содержание и формы азота в навозе определяют соотношением в нем твердых и жидких выделений. Азот кала содержит медленно разлагающиеся азотистые соединения и поэтому малодоступен растениям в первый год, а мочи - легкорастворимые, быстро превращающиеся в аммиак формы и легко доступен растениям сразу после внесения. Фосфор находится больше в органической форме, но он усваивается растениями, как правило, лучше, чем фосфор минеральных удобрений.

Благодаря защитному воздействие органических веществ навоза минерализованный в нем фосфор значительно меньше подвергается химическому закреплению почвой, дольше остается в усвояемых для растений формах.

Калий во всех компонентах навоза находится в наиболее подвижных и легкоусвояемых для растений формах. В отличие от хлорсодержащих минеральных удобрений калий навоза представлен практически бесхлорными формами, что особенно важно для чувствительных к хлору культур. Калий навоза усваивется в первый же год орошения (Б. А.Ягодин, Ю.П. Жуков, В.И. Кобзаренако, 2002).

При разложении навоза одновременно с минерализацией азота, фосфора и серы не менее 70% углерода органического вещества превращается в диоксид углерода, а оставшийся углерод (около 30%) расходуется на новообразование гумуса почвы. Свиной навоз обеспечивает не только прирост гумуса, но и гуматную направленность его образования. Диоксид углерода, образуя в почвенном растворе углекислоту, повышает подвижность (растворимость) почвенных фосфатов и кальция, что улучшает питательный режим почвы и растений этими (и другими) элементами, а кальций благодаря коагуляции коллоидов улучшает структуру почвы.

Выделяющийся из почвы диоксид углерода обогощает припочвенный атмосферный воздух и улучшает воздушное питание растений.

Органическое вещество навозных стоков оказывает большое влияние на плодородие почвы. Плодородие почвы формируется под воздействием сложного комплекса природных и антропогенных факторов, ведущая роль среди которых принадлежит деятельности микроорганизмам. Почвенная микрофлора принимает участие в формировании и регулировании всех агрономически ценных свойств почвы (В.П. Минеев, 1984).

Таким образом, для повышения плодородия почв необходимо использовать органические удобрения, в том числе и свиные стоки, но в определенных рассчитанных дозах.

1.2 Изменение водного режима почв при орошении свиностоками

В условиях интенсивного земледнлия большое значение имеет регулирование водно-физических и агрохимических свойств почв

Орошение почв невсегда дает ожидаемые результаты. Одной из причин этого является отсутствие оптимальных режимов орошения, в наименьшей степени изменяющих свойственный режим влажности и в то же время обеспечивающих для растений бездефицитный запас влаги в почве.

В орошаемых почвах наблюдается увеличение мощности слоя активной влаги и опускание «метрового» горизонта, сохранение значительных запасов влаги за пределами метровой толщи, то есть иссушению подвергается только метровая толща, а глубже иссушение при орошении значительно уменьшается. В связи с этим последующее поступление дополнительного количества влаги при осенних осадках и инфильтрациях талых вод вызывает более глубокое промачивание орошаемых земель по сравнению с неорошаемыми.

Наряду с этим орошение меняет и характер динамики влажности практически по всему профилю. Если при естественном увлажнении на протяжении вегетации имеет место постоянное иссушение почв, за исключением пахотного горизонта (динамика влажности носит однонаправленный характер), то при орошении резким колебаниям влажности подвергается практически вся почвенная толща до глубины 1,5 м.

Таким образом, на орошаемых почвах почвенная толща промачивается на метр и более несколько раз в год, практически после каждого полива. Кроме того, при орошении остается постоянным влагосодержание горизонтов, лежащих ниже глубины 1,5 м. Накопление нерасходуемой влаги приводит к общему увеличению его содержания и промачиванию почвы до грунтовых вод.

Вторым важным моментом является и пространственная неоднородность увлажнения почвы при орошении. Формируются микрозоны с переувлажненной почвой и зоны иссушения, практически не подвергающиеся влиянию орошения.

В многолетних циклах негативные явления, обусловленные неоднородностью увлажнения почв, будут усиливаться, особенно резко в сухие годы, когда интенсивность большинства процессов в культурных ценозах будет определяться влагой, поступающей в почву при поливах.

Комплексность почвенного осложняет условия орошения. Наличие на участке орошения гидроморфных почв требует пристального к себе внимания, так как возможен быстрый подъем грунтовых вод на всей территории и, как следствие, засоление почв.

1.3 Чернозем, как объект орошения

Характер влияния орошения на почву далеко не всегда определяется с первых лет орошения. Сначала оно дает весьма положительный эффект, но затем, в результате неправильного водопользования, несоблюдения элементов техники полива наступает снижение плодородия почвы (Е.Б. Величко, Г.К. Логов, 1984).

Почвы, на которых используют сточные воды от свиноводческого комплекса, должны обладать хорошей водопроницаемостью и аэрацией. Нельзя применять сточные воды на участках с близким залеганием уровня грунтовых вод, в местах выклинивания водоносных горизонтов и на участках, затопляемых во время половодья.

Поля орошения должны быть хорошо спланированы. Вспашку их, как правило, следует проводить на глубину 30-35 см. Хороший эффект дает периодическая плантажная вспашка на глубину 50-55 см.

Оросительная сеть, должна быть закрытой, по требованиям санитарии. Из способов полива наиболее приемлем полив по бороздам. В последнее время некоторое распространение получил полив кормовых и технических культур дождеванием при безусловном обеззараживании воды.

Поливной режим устанавливают с учетом следующих компонентов стоков:

1. Самой воды, как фактора, обеспечивающего рост растений. При этом оросительную норму сточных вод определяют так же, как и оросительную норму природных вод.

2. Питательных веществ, вносимых с навозом. При этом наряду с оросительной нормой рассчитывают нормы вносимых удобрений.

3. Минеральных солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов и других), избыток которых может оказать отрицательное влияние на почву и растения.

По санитарным соображениям нельзя допускать сброса животноводческих стоков с территории полей орошения.

Особое место занимает вопрос возможности негативных последствий при орошении черноземов (Д.П. Гостищев, 1982, В.Г.Розанов, 1989).

Следует различать два аспекта влияния орошения на свойства черноземов; изменение зоны аэрации в целом и изменение свойств пахотного горизонта. Изменение зоны аэрации обусловлено главным образом; подъемом грунтовых вод вследствие разного рода потерь воды, подаваемой на орошение, изменения гидрогеологической ситуации и гидрофизики почв. Изменение свойств пахотного горизонта обусловлено значительно большим числом факторов, причем, если неблагоприятные изменения в зоне аэрации непременно влекут за собой определенные изменения пахотного горизонта, то ухудшение свойств пахотного горизонта может происходить и при благоприятном состоянии зоны аэрации в целом.

Животноводческие стоки содержат большое количество органических и неорганических соединений, оказывающих влияние на процессы, происходящие в почве. В связи с этим большое значение имеют исследования влияния стоков на свойства почвы. Исследования по влиянию орошения стоками на южных черноземах (Бойко, 1984) показали, что при шестилетнем орошении отмечалось накопление водорастворимых солей в корнеобитаемом слое почвы 0-60 см к осени, а к весне соли вымывались. Под влиянием полива происходило подщелачивание почвенного раствора, увеличивалось содержание хлор - иона, сульфатов, в составе катионов - натрия.

Количество поглощенного кальция и магния существенно не изменялось, а содержание натрия повышалось в пять раз.

Установлено, что черноземная почва обладает высокой адсорбционной способностью по отношению к аммиачному азоту стоков при высоких нормах полива, порядка 3000 м³/га. Содержащиеся в них аммиачный азот на 99,8 % поглощается 0-30 см слоем почвы.

Представленный обзор литературы показывает, что использование на орошение стоков свиноводческих комплексов является высокоэффективным агромелиоративным приемом повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

1.4 Состав и свойства навозных стоков

Навоз представляет собой полидисперсную суспензию с квазипластическими текучими свойствами. Текучесть навоза зависит от содержания в нем сухого вещества и коллоидных частиц.

Свиной навоз при одинаковом количестве сухого вещества более текуч, чем навоз крупного рогатого скота, так как в нем меньше коллоидных частиц. Навоз в зависимости от содержания в нем воды подразделяют на полужидкий - влажностью до 90% и жидкий – влажностью 90-93%. Смесь экскрементов, значительно разбавленную водой (влажностью 93% и выше) называют навозными стоками.

Навоз, получаемый на крупных животноводческих фермах и комплексах промышленного типа при скармливании животным значительного количества концентрированных кормов, отличается повышенным содержанием элементов питания, необходимых растениям. При уменьшении количества концентратов содержание азота и фосфора в экскрементах несколько снижается, а калия – увеличивается.

Химический состав навоз зависит от рациона и типа кормления, пола и возраста свиней, технологии содержания и кормления, породных особенностей и других условий.

Это объясняется тем, что с экскрементами выделяется часть питательных веществ, потребленных животными с кормом. Поэтому их количество в экскрементах зависит от наличия этих веществ в кормах и от степени переваримости кормов. Химический состав свиных стоков также находится в прямой зависимости от содержания в них сухого вещества, то есть от степени разбавления экскрементов водой.

Химический состав стоков характеризуется различными исследователями неодинаково. При этом данные по содержанию основных биогенных элементов отличаются в 3-5 раз, что, по-видимому, объясняется не только разницей в рационах и условиях содержания животных, но и методикой отбора проб и проведения анализов. Наиболее устойчивые показатели химического состава свиностоков получены при проведении обменных опытов (табл. 1).

1. Химический состав стоков, % к натуральному веществу