ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 5, с. 596-603
УДК 631.4;6318
АГРОХИМИЯ И ПЛОДОРОДИЕ
ДИНАМИКА КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ И СОДЕРЖАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ КАЛЬЦИЯ, КАЛИЯ И ФОСФОРА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМПОСТА ИЗ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
© 2004 г. С. Е. Витковская, В. Ф. Дричко
Агрофизический научно-исследовательский институт РАСХН, 195220, Санкт-Петербург, Гражданский проспект, 14 Поступила в редакцию 05.03.2002 г.
Компост из твердых бытовых отходов (ТБО) характеризуется высокими мелиоративными свойствами и обладает длительной нейтрализующей способностью. Средние относительные скорости формирования подвижных форм Са2+, и Р в почве при внесении компоста из ТБО, извести и удобрений практически одинаковы. Изменения активности Н+ и концентраций подвижных форм Са2+, К+ и Р описываются экспоненциальными уравнениями.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы большое внимание уделяется использованию твердых бытовых отходов (ТБО) в качестве мелиорантов кислых почв и нетрадиционных органических удобрений (НОУ) [5, 11, 14, 15].
Возврат переработанных отходов в сельскохозяйственные и городские земли является одним из элементов активного замыкания круговорота веществ. Включение максимально возможного количества органических отходов в биологический круговорот путем контролируемого использования в агросфере позволит регулировать антропогенные потоки веществ, снизить уровень возможного негативного воздействия продуктов трансформации отходов на экосистемы (наличие в составе органических отходов тяжелых металлов может стать причиной загрязнения систем почва-грунтовые воды и почва-растение) и поддерживать плодородие почв.
Включение отходов в биологический круговорот сопровождается комплексным воздействием на экосистему: изменяется элементный состав почвенного раствора и почвенного поглощающего комплекса - среды обитания почвенных микро- и макроорганизмов, а также корневой системы растений. На протяжении всего времени минерализации отходов происходит варьирование элементного состава компонентов агроценоза. Для прогнозирования изменения состояния агро-экосистем в процессе взаимодействия отходов с почвой необходимо получение кинетических характеристик трансформации органического вещества отходов и распределения продуктов их трансформации по структурным компонентам аг-роценоза.
В задачу наших исследований входила оценка скорости высвобождения макроэлементов при разложении органических отходов в почве.
Влияние компоста из ТБО различной степени минерализации на свойства почвы сравнивали с действием извести, стандартного органического удобрения и компоста из осадка сточных вод.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Микрополевой опыт проводили на дерново-подзолистой супесчаной почве (табл. 1) в полиэтиленовых сосудах без дна (масса почвы - 5.5 кг) в течение 1998-2001 гг. Сосуды были помещены в траншею глубиной 20 см. Объектами исследования являлись компост из твердых бытовых отходов, который вырабатывается на Санкт-Петербургском заводе механизированной переработки бытовых отходов (МПБО-2) методом аэробного биотермического компостирования, и компост из осадка сточных вод (ОСВ). Опыт проводили в 4-х кратной повторности. Схема опыта: 1 - контроль (известкование по 0.25 ГК); 2 - ЭКОМП (экологическая комплексная органоминеральная продукция на основе куриного помета; сертификат соответствия РОСС. РИ. ПОО1. НОО418. ТУ 9841-00668732-93; состав: куриный помет, торф, опилки в соотношении 5 : 4 : 1); 3 - "свежий" компост из ТБО (представляет собой влажный рыхлый продукт с размером частиц не более 25 мм). После компостирования в течение года или использования в качестве биотоплива превращается в однородную органоминеральную массу темно-коричневого цвета; 4 - компост из ТБО годичной выдержки; 5 - компост из ТБО после использования в качестве биотоплива для теплиц;
Таблица 1. Агрохимическая характеристика почвы и удобрений
Объект pH Ca, % Ca2+, мг-экв/кг N, % K2O, % P2O5, % NO3, мг/100 г Органическое вещество, %
Почва 4.2 0.8 20.0 0.12 2.4 Не опр. Следы 1.9*
ЭКОМП 6.9 11.8 Не опр. 2.9 4.1 2.5 262.5 35.0
"Свежий" компост ТБО 7.9 5.5 » 1.16 0.77 0.45 2.3 75.8
1-годичный компост ТБО 7.8 11.8 » 0.63 1.3 0.50 26.8 25.7
"Биотопливо" ТБО 7.2 9.9 » 0.84 0.55 0.40 35.4 28.6
"ОСВ" 6.2 1.33 » 2.1 2.0 0.74 29.3 51.7
* Содержание общего углерода.
6 - компост из ОСВ (смесь годичной выдержки в соотношении торф : древесные отходы : ОСВ 0.75 : 0.25 : 1).
Дозы внесения компостов и ЭКОМП - 30 и 15 г сухой массы на кг почвы соответственно. Мелиоранты были тщательно перемешаны с почвой до набивки сосудов.
Выращивали растения пекинской капусты (1998 г. - 2 урожая; 1999 г. - 1 урожай) и растения кормовых бобов до фазы цветения (2000 г.).
Кинетику изменения реакции pHKCl почвы и содержания подвижных форм Ca2+, K+ и P наблюдали в течение трех вегетационных периодов. Почвенные образцы отбирали через 28, 51, 71, 109, 362, 468, 732 и 1089 суток после внесения удобрений.
Содержание Ca и K в почве и удобрениях определяли рентгено-флуоресцентным методом; pH удобрений (водная вытяжка) при соотношении удобрение : раствор 1 : 25; pH почвы (вытяжка 1 н. KCl) при соотношении 1 : 2.5. Активность ионов водорода рассчитывали из величины pHKCl [13].
Содержание подвижного Ca2+ в почве определяли в вытяжке 1 н. KCl с комплексонометричес-ким окончанием, подвижных форм P и K+ - в вытяжке Кирсанова (0.2 н. HCl). Содержание органического вещества в удобрениях определяли методом сухого озоления, в почве - по методу Тюрина.
Оценка параметров функций проводилась по программе ORIGIN.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследований представлены в табл. 2 и 3. Под влиянием внешних воздействий (температуры, влажности, освещенности), роста растений и выноса ими и водами происходит перераспределение химических элементов между компонентами агроценоза.
Анализ показал, что изменение во времени рНкс1, концентраций подвижных форм Са2+, К+ и Р в почве всех вариантов опыта можно аппроксимировать экспоненциальными зависимостями различного вида.
Изменение рНКС1 от 0 (момент смешения почвы с мелиорантами) до 732 суток удовлетворяет экспоненциальной зависимости (рисунок):
PHkci = PHkci0 [ l-exp (-kt)],
(1)
где рНКС1о - конечное значение рНКС1; к - константа скорости, или относительная скорость процесса (сутки -1), которая связана с периодом уменьшения рНКС1 вдвое соотношением:
т =
0.693 k .
(2)
Наибольшее значение рНКС1о оказалось в вариантах с компостом из ТБО, табл. 4. Периоды снижения вдвое кислотности почвы во всех вариантах статистически неразличимы. Среднее значение равно 8.7 суток. Таким образом, нейтрализующее действие компостов из ТБО несколько выше, чем извести, внесенной в дозе 0.25 ГК.
Концентрации в почве подвижных ионов Са2+ и К+ изменяются во времени сложнее. При этом в течение первых 30-60 суток наблюдается неустойчивый по амплитуде переход К+ в подвижную форму (табл. 2), но затем процесс переходит в фазу относительно спокойного изменения концентрации.
Кривые концентраций Са2+ и К+ проходят через максимум и медленно уменьшаются (рисунок). Наличие кривой с максимумом указывает на возникновение двух одновременно идущих разнонаправленных процессов - накопления ионов в подвижной форме и выхода из нее. Если в почву не вносятся удобрения или иные мелиоранты, то источником подвижной формы элемента являет-
Таблица 2. Изменение рИкс1 и концентрации подвижного Са2+
Вариант
Срок наблюдения после смешения почвы и мелиорантов, сутки
28
51
71
109
362 468 732
0.1 5.3 ± 0.1 5.5 ± 0.1 5.3 ± 0.1
0.1 5.6 ± 0.2 5.7 ± 0.1 5.6 ± 0.1
0.3 6.0 ± 0.1 6.0 ± 0.1 5.9 ± 0.1
0.1 6.1 ± 0.1 6.2 ± 0.1 6.1 ± 0.1
0.1 5.9 ± 0.1 6.0 ± 0.1 5.8 ± 0.1
0.1 4.7 ± 0.1 4.8 ± 0.1 4.7 ± 0.1
9.9 35.0 ± 2.3 35.8 ± 0.8 31.8 ± 0.1
9.4 44.6 ± 3.8 44.3 ± 1.5 41.3 ± 0.1
4.1 45.7 ± 5.6 43.7 ± 3.0 41.7 ± 0.2
1.3 44.4 ± 4.8 41.7 ± 5.1 44.9 ± 0.3
6.3 41.2 ± 4.2 42.5 ± 1.9 41.0 ± 0.2
5.5 28.0 ± 5.2 28.0 ± 2.5 30.4 ± 0.1
рИкс1
1 4.8 ± 0.1 4.9 ± 0.1 5.4 ± 0.1
2 5.0 ± 0.1 5.2 ± 0.1 5.4 ± 0.1
3 5.5 ± 0.1 5.5 ± 0.1 5.9 ± 0.1
4 5.5 ± 0.1 5.8 ± 0.1 5.9 ± 0.2
5 5.3 ± 0.1 5.6 ± 0.1 5.9 ± 0.2
6 4.3 ± 0.1 4.7 ± 0.1 4.8 ± 0.2
Са2+
1 27.0 ± 0.1 30.1 ± 4.2 42.4 ± 5.6
2 34.0 ± 2.1 39.6 ± 3.0 51.4 ± 5.1
3 30.0 ± 2.1 35.6 ± 3.0 47.4 ± 8.4
4 42.5 ± 4.8 44.7 ± 5.3 46.3 ± 1.9
5 40.2 ± 1.0 43.2 ± 0.6 50.9 ± 1.1
6 24.7 ± 4.7 38.2 ± 6.0 42.4 ± 3.6
, мг-экв/кг
Таблица 3. Динамика содержания подвижных К и Р, мг/100 г почвы
Срок наблюдения после смешения почвы и мелиорантов, сутки
28 51 71 109 362 468 732 1089
1 8.3 ± 0.1 6.9 ± 1.2 7.1 ± 1.1 К 8.7 ± 0.7 7.9 ± 0.7 9.3 ± 0.5 6.0 ± 1.4 6.6 ± 1.1
2 19.8 ± 1.5 14.3 ± 4.6 18.3 ± 2.9 18.8 ± 1.0 17.4 ± 2.2 15.1 ± 0.2 9.5 ± 1.4 8.7 ± 1.7
3 14.1 ± 0.6 13.5 ± 1.0 15.5 ± 1.1 13.9 ± 1.2 13.9 ± 0.5 10.5 ± 4.7 7.0 ± 1.5 6.1 ± 1.1
4 12.4 ± 0.1 10.0 ± 0.8 11.6 ± 0.7 12.7 ± 2.6 11.0 ± 1.2 8.1 ± 1.4 8.6 ± 1.5 6.9 ± 1.1
5 9.5 ± 0.1 7.6 ± 1.2 8.1 ± 0.8 9.7 ± 1.4 8.5 ± 0.2 7.3 ± 1.9 6.3 ± 1.2 5.6 ± 0.5
6 8.3 ± 0.1 5.8 ± 0.4 6.1 ± 0.2 8.5 ± 1.7 Р 8.1 ± 0.6 7.2 ± 1.0 7.1 ± 1.4 6.4 ± 1.5 6.3 ± 1.0
1 6.7 ± 0.3 6.7 ± 0.1 8.4 ± 1.0 8.4 ± 0.3 8.0 ± 0.3 7.8 ± 0.2 9.4 ± 0.7
2 16.3 ± 2.5 14.2 ± 3.6 17.5 ± 1.1 15.6 ± 0.6 16.0 ± 0.5 15.6 ± 1.3 18.8 ± 1.5 18.4 ± 1.4
3 7.9 ± 0.2 7.2 ± 0.7 11.3 ± 2.3 7.8 ± 0.5 9.2 ± 0.4 8.0 ± 0.4 10.6 ± 0.9 10.7 ± 1.3
4 8.9 ± 0.4 8.4 ± 0.3 10.8 ± 1.4 9.8 ± 1.1 10.5 ± 0.3 10.2 ± 1.0 10.4 ± 0.7 11.0 ± 4.1
5 9.4 ± 0.8 9.0 ± 0.4 10.8 ± 1.0 10.2 ± 0.9 10.1 ± 0.3 10.6 ± 0.3 11.7 ± 1.0 12.1 ± 1.8
6 10.7 ± 0.7 11.0 ± 1.8 11.2 ± 1.3 11.1 ± 0.7 12.4 ± 1.0 12.0 ± 0.5 12.0 ± 1.6 13.7 ± 1.0
ся только почва и под действием выноса элемента растениями и водами количество элемента, находящегося в подвижной форме, может только уменьшаться, поэтому в эксперименте не может наблюдаться максимум концентрации элементов. Внесенное в почву вещество может служить источником увеличения подвижной формы элемента и, кроме того, может мобилизовать переход части почвенных запасов элемента в подвижную форму. Соотношение вкладов этих двух источни-
ков заранее не известно и зависит от свойств почвы и внесенных материалов. Для оцен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.