НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Мовчан Микола Михайлович

Агрохімічна оцінка нових видів органічних добрив

на основі відходів міст

06.01.04 – агрохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН Городній Микола Михайлович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри агрохімії та якості продукції рослинництва ім. О.І. Душечкіна

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор Бердніков Олександр Михайлович, Чернігівський інститут агропромислового виробництва УААН, завідувач лабораторії агрохімії

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Мельничук Андрій Олексійович, Інститут сільського господарства Полісся УААН, завідувач відділу землеробства та меліорації

Провідна установа – Державний агроекологічний університет, кафедра природокористування, Міністерство аграрної політики України, м. Житомир

Захист відбудеться “22” жовтня 2004 р. о 12.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 41

Автореферат розісланий „20” вересня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Балабайко В.Ф.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Утилізація осаду стічних вод (ОСВ) обумовлена значними об’ємами накопичення їх на території м. Києва та промислово розвинених міст, які постійно зростають. Це призводить до відчуження додаткових площ продуктивних земель для складування ОСВ, внаслідок чого відбувається вторинне забруднення ґрунтів, поверхневих і підземних вод, атмосферного повітря в районах розміщення очисних споруд. Шляхи запобігання надходженню важких металів у сільськогосподарську продукцію не завжди бувають ефективними (Е.Г. Дегодюк, 1992; В.І. Кисіль, 1998; Н.А.Макаренко, 2002 та ін.).

Водночас протягом останніх років відчутним є дефіцит традиційних органічних добрив (гною, пташиного посліду, сидератів тощо), які є основними чинниками збереження родючості та поповнення гумусового фонду земельних угідь сільськогосподарського та комунального призначення. Утворений після очищення стічних вод зневоднений осад за поживною цінністю не поступається органічним добривам, наприклад гною ВРХ. Використання ОСВ у якості органічних добрив (компостів) – найбільш поширений і перспективний метод їх застосування у сільському господарстві (Е.Г. Дегодюк, 1994,1998; К.О. Чеботько та ін., 1997,2000; В.А. Касатиков, 1992; М.М. Городній, 1996,2003,2004 та ін.). З огляду на високий вміст органічної речовини, макро- та мікроелементів, використання ОСВ у якості добрива є актуальним.

Зміна агрохімічного складу ОСВ, а також ефективність його застосування як добрива, досліджені недостатньо. Тому, вивчення раціональних способів використання перероблених біотехнологічним способом відходів міст є актуальним і необхідним.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано в проблемній лабораторії оптимізації живлення та біоконверсії органічних відходів кафедри агрохімії та якості продукції рослинництва ім. О.І. Душечкіна Національного аграрного університету. Наукові дослідження були проведені впродовж 2001-2003 рр. відповідно до тематичних планів Науково-дослідного інституту агротехнологій і якості продукції рослинництва та вищезазначеної кафедри і були складовою частиною НТП НАУ №0198U007253.

Мета та завдання досліджень. Основною метою досліджень було вдосконалення шляхів утилізації відходів для виготовлення нових добрив з метою формування стабільних врожаїв кормових культур і стабілізації зони озеленення за використання продуктів переробки.

Для досягнення зазначеної мети вирішували наступні завдання:

– провести аналіз екологічної ситуації в м. Києві в зв’язку з утилізацією відходів урбосфери;

– провести фізико-хімічну оцінку ОСВ та розробити технологічні параметри виробництва добрив торгових марок БОД-1, БОД-2, ОМД-1;

– встановити вплив нових біоорганічних та органо-мінеральних добрив на родючість ґрунтів, урожай та якість кукурудзи на силос, ячменю й однорічних трав на сірому лісовому легкосуглинковому ґрунті з низьким забезпеченням азотом, фосфором і калієм;

– дослідити можливість використання нових органо-мінеральних добрив для створення газонів садово-паркової зони міст, що забезпечить закріплення порушених земель і намивних пісків;

– вивчити можливість використання біоорганічних та органо-мінеральних добрив для реанімації ґрунтів, які постраждали внаслідок забруднення нафтопродуктами, на територіях розміщення АЗС та в місцях проливу нафти;

– провести агрохімічну та економічну оцінку технологічних способів переробки ОСВ та використання органо-мінеральних добрив.

Об’єкт досліджень – процеси перетворення ОСВ за їх утилізації та отримання нових видів біоорганічних і органо-мінеральних добрив.

Предмет досліджень – нові органо-мінеральні та біоорганічні добрива, урожай сільськогосподарських культур, реанімація ґрунту від нафтопродуктів та закріплення намивних пісків.

Методи досліджень. Дослідження проводили лабораторними, польовими та вегетаційними методами згідно стандартних методик.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в Україні обґрунтовано комплексний підхід до методів утилізації твердих відходів сучасного міста на прикладі комунального господарства м. Києва, розроблено і науково аргументовано технологічні лінії компостування і виготовлення біоорганічних і органо-мінеральних добрив на основі ОСВ і твердих побутових відходів та визначено екологічно безпечні норми їх використання в землеробстві, зеленому господарстві міст на техногенно забруднених і порушених землях міської зони.

Практичне значення отриманих результатів. Встановлена можливість використання ОСВ як сировини для виробництва біоорганічних (БОД-1, БОД-2) та органо-мінерального (ОМД-1) добрив. Розроблено регламент їх отримання на основі технологічних параметрів будівництва „біоінженерного” комплексу з утилізації відходів урбосфери міста у системі: Київводоканал – „біоінженерний” комплекс – сільське та комунальне господарство, що сприяє розширенню виробництва та використання добрив, підвищенню родючості ґрунту, врожайності та якості кормових культур, а також трансформації важких металів.

Розроблена концептуальна модель оцінки і мінімізації забруднення, яка дає можливість контролювати вміст важких металів в системі добриво – ґрунт –рослина.

Встановлено, що на сірому лісовому легкосуглинковому ґрунті з низьким вмістом азоту, фосфору і калію для отримання сталих урожаїв ячменю (4,00 т/га), кукурудзи на силос (35,0) та однорічних трав (20,0 т/га) оптимальною дозою є 60 т/га добрива ОМД-1, БОД-1 або БОД-2 без небезпеки забруднення ґрунту і врожаю важкими металами. З метою реанімації ґрунтів забруднених нафтопродуктами біля АЗС та у місцях проливу нафти доведено доцільність внесення ОМД-1 або БОД-1 в поєднанні з бактеріальним препаратом „Десна”. 100 т/га ОМД-„Райдуга” у поєднанні з 100 т/га лесовидного суглинку для озеленення міст та створення газонів у новобудовах є замінником чорнозему та торфу.

Реалізація результатів наукових положень дисертаційної роботи знайшла відображення в наукових працях: підручник “Агрохімія” (2003 р.); “Методичні вказівки та рекомендації з біотехнологічних методів переробки та використання органічних відходів міст” (2003р.); „Оптимізації мінерального живлення сільськогосподарських культур та стратегія удобрення” (2004 р.); рекомендаціях з вермикомпостування відходів в Деснянському, Голосіївському, Дніпровському та Шевченківському районах м. Києва (2002-2003рр.); рекомендаціях по створенню зелених насаджень та газонів на намивних пісках у мікрорайоні „Південний” м. Запоріжжя (2002-2003 рр.), на Агрономічній дослідній станції НАУ Васильківського району Київської області за вирощування кукурудзи на силос сорту Одеська-10 (2002-2003рр.), у сільськогосподарських ВУЗах III-IV рівня акредитації при ведені курсу агрохімії (розділ органічні добрива).

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі літературних джерел за темою дисертації, визначенні мети і завдань досліджень, особистій участі в проведенні польових, вегетаційних і лабораторних дослідженнях, в узагальненні та математичній обробці експериментального матеріалу, в апробації результатів, формуванні новизни та наукових висновків роботи. У дисертаційній роботі автором використані власні ідеї та розробки колективних наукових праць.

Автору належить методичне забезпечення, виконання та опрацювання досліджень спільно з персоналом наукових лабораторій кафедри агрохімії та якості продукції рослинництва НАУ, хіміко-біологічної лабораторії Державного управління екології та природних ресурсів, лабораторії екології нафтозабруднених середовищ Інституту мікробіології та вірусології НАН України. Здобувач висловлює всім щиру вдячність за співпрацю.

На основі отриманих даних написана дисертаційна робота, зроблено висновки та рекомендації виробництву. Загальний особистий обсяг виконаної роботи становить понад 80 %.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і матеріали дисертаційної роботи оприлюднені й обговорені на міжнародній конференції "Сотрудничество для решения проблемы отходов" (5-6 лютого 2004 p., м. Харків); науково-практичній конференції „Екологічні проблеми нафтогазового комплексу” (23-27 лютого 2004 р., м. Яремча); науково-практичній конференції „Вищі навчальні заклади - Києву” (12 березня 2004 р., м. Київ); другій Міжнародній науково-практичній конференції "Дождевые черви и плодородие почв" (17-20 березня 2004 р., м. Владимир); науковій конференції Навчально-наукового інституту рослинництва, ґрунтознавства та екології НАУ, присвяченій 105-річчю Національного аграрного університету (25 грудня 2003 р., м. Київ); на вчених радах Науково-дослідного інституту агротехнологій та якості продукції рослинництва (листопад 2002, 2003Матеріали дисертаційної роботи використані у підручнику "Агрохімія", двох науково-методичних рекомендаціях.

Публікації. Всього опубліковано 15 наукових праць, з них 3 у виданнях, що затверджені ВАК України. Результати досліджень увійшли до патенту.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 8 розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел літератури, додатків. Основний матеріал викладено друкованим текстом на 158 сторінках. Робота містить 56 таблиць, 19 рисунків, 14 додатків. Список літератури налічує 217 джерел, у тому числі 23 латиницею.

Основний зміст роботи

Стічні води міських очисних споруд та утилізація продуктів їх переробки (огляд літератури)

В огляді літератури відображені проблеми утилізації стічних вод, які пов’язані як із їх складом та обсягами утворення (Малиницкая Н.И., Глущенко М.Н., 1972; Лурье М.Ю., Рыбникова А.И., 1974) так і з низько ефективною та перезавантаженістю роботою очисних споруд (Яцик А.В., 2003). Розглянуті методи очистки ОСВ та можливість їх використання для удобрення (Городній М.М., 1996, 2003, 2004; Дегодюк Є.Г., 1994, 1998; Дмитриева В.І., 1969; Чеботько К.О. та ін., 1997, 2000; Касатиков В.А., 1992; Мерзлая Г.Є., 2004).

Програма, методика та умови проведення досліджень

Дослідження проводилися шляхом постановки польових, вегетаційних і лабораторно-аналітичних дослідів протягом 2001-2003 рр.

На території КСП с. Гнідин Бориспільського району Київської області проведено чотири польових досліди, відповідно до схем 1-4, завданням яких було вивчити ефективність впливу нових видів біоорганічного (БОД-1, БОД-2) та органо-мінерального (ОМД-1) добрив на врожай кормових культур (ячменю сорту Цезар, кукурудзи на силос сорту Одеська-10, горохово-вівсяної сумішки у співвідношенні 1:1,5 та вівсяниці лугової) на сірому лісовому легкосуглинковому ґрунті Північного Лісостепу України. Ґрунт дослідного поля в шарі 0-20 см характеризувався такими показниками: рН сольовий – 5,6, вміст гумусу 2,4%, низькою забезпеченістю ґрунту легкогідролізованим азотом (2,80 мг/100 г ґрунту), рухомими формами фосфору (6,50 мг/100 г ґрунту) та обмінним калієм (6,61 мг/100 г ґрунту).

Схема дослідів 1-3. Вплив біоорганічного (БОД-1) та органо-мінерального добрива (ОМД-1), отриманих на основі ОСВ м. Києва, на врожай і якість кукурудзи на силос (дослід ), однорічних трав (дослід 2) і ячменю ярого (дослід 3): 1. Без добрив (контроль); 2. ОСВ (30 т/га); 3. БОД-1 (30 т/га); 4. ОМД-1 (30 т/га); 5. ОСВ (60 т/га); 6. БОД-1 (60 т/га); 7. ОМД-1 (60 т/га); 8. Підстилковий гній ВРХ (30 т/га)

Схема досліду 4. Вплив біоорганічного добрива (БОД-2), отриманого із фракції твердих побутових відходів, що компостуються (КФ-ТПВ), на врожай вівсяниці лугової: 1. Без добрив (контроль); 2. Компост із КФ-ТПВ (30 т/га); 3. БОД-2 із бамілом (30 т/га); 4. БОД-2 із пудретом (30 т/га); 5. Компост із КФ-ТПВ (60 т/га); 6. БОД-2 із бамілом (60 т/га); 7. БОД-2 із пудретом (60 т/га); 8. Підстилковий гній ВРХ (30 т/га).

Добрива вносили під зяблеву оранку. Польові досліди 1-4 проводили у трикратній повторності, розмір посівної ділянки – 100 м2, облікової – 80 м2. Розрахунок доз добрив проводили за вмістом органічної речовини.

Вегетаційний дослід по вивченню впливу ОМД-1, БОД-1 та їх поєднання з бактеріальним препаратом “Десна” проводили в 2001 р. у посудинах Мічерліха ємністю 8 кг сухого ґрунту.

Препарат бактеріальний „Десна” (ТУ У 90.0.21595517.001-2001) для знешкодження вуглеводневих забруднень ґрунту та води має забарвлення від білого до світло-жовтого, масова частка вологи не більше 10%, ступінь деградації нафтопродуктів не менше 60%, кількість життєздатних клітин не менше 8*109 КУО/г, кількість спор не більше 40%, кількість клітин сторонніх мікроорганізмів не більше 10%. Штам Bacillus megaterium ІМВ В-7003 (ІКД) є непатогенним. За ступенем дії на організм людини препарат відноситься до 4 класу небезпечності.

Для набивки посудин використовували дерново-підзолистий супіщаний ґрунт, який характеризувався наступними агрохімічними показниками: рН сольовий – 5,4; вміст гумусу – 1,8%; рухомого фосфору – 11,8 мг/100 г ґрунту, обмінного калію – 15,4 мг/100 г грунту; валовий вміст кадмію – 0,10; свинцю – 10,2; міді - 3,4; цинку – 25,2; хрому – 11,6 мг/кг.

Вегетаційний дослід був закладений згідно зі схемою (дослід 1): 1. Ґрунт (контроль-1); 2. Ґрунт (6000 г) + нафтошлами (1000 г) (контроль-2); 3. Ґрунт (6000 г) + нафтошлами (1000 г) + ОМД-1 (500 г); 4. Ґрунт (6000 г) + нафтошлами (1000 г) + ОМД-1 (500 г)+ бактеріальний препарат „Десна” (56 г); 5. Ґрунт (6000 г) + нафтошлами (1000 г) + БОД-1 (500г); 6. Ґрунт (6000 г) + нафтошлами (1000 г) + БОД-1 (500 г) + бактеріальний препарат „Десна” (56 г).

Дослід проводили в чотирьохкратній повторності спільно з лабораторією екології нафтозабруднених середовищ Інституту мікробіології та вірусології НАН України. Використовували нафтошлами, відібрані в м. Києві на територіях АЗС, із загальною кількістю вуглеводнів 56%. Дози внесення добрив визначені згідно з попередніми дослідженнями лабораторії екології нафтозабруднених середовищ Інституту мікробіології та вірусології НАН України. Фітотоксичність визначали використовуючи тест-культуру редису Raphanus salivas, схожість насіння якого встановлювали через 3 і 6 місяців компостування.

У виробничих умовах після аварії на території нафтопроводу Гадяцького району Полтавської області у 2002 р. був проведений короткотривалий польовий дослід на чорноземі типовому малогумусному легкосуглинковому, який втратив характерну для нього структуру, став гідрофобним і насиченим нафтою (в середньому 30 кг/м2). За такого забруднення неможливо розраховувати на самоочищення ґрунту. Рослинність за цих умов була повністю відсутня. Спостереження проводилися систематично протягом 6 місяців.

Дослід 5. Вплив бактеріального препарату „Десна” та його поєднання з біоорганічним добривом БОД-1 на рекультивацію ґрунту, забрудненого нафтопродуктами, досліджували згідно зі схемою: 1. Ґрунт (контроль-1); 2. Ґрунт, забруднений на 10% (контроль-2); 3. Ґрунт, забруднений на 10%, + бактеріальний препарат „Десна” (160г/м2); 4. Ґрунт, забруднений на 10%, + бактеріальний препарат „Десна” (160г/м2) + ОМД-1 (30 т/га).

Добрива вносили під заробку дисковою бороною. Площа дослідної ділянки 100 м2, облікової – 80 м2. Повторність досліду трьохкратна. Динаміку кількості фітоценозу проводили через 3 дні 1 та 6 місяців після забруднення. Глибина відбору зразків 5-20 і 20-30 см.

У дослідах щодо рекультивації порушених земель і створенні зеленого покриття в житловому мікрорайоні було використано ОМД ”Райдуга”, отримане за технологією, яку розробив творчий колектив ВАТ „Укрводпроект”, Інституту механізації та електрифікації УААН і ДКП „Водоканал” м. Запоріжжя. Дослідження проводили згідно схем:

Дослід 6. Ефективність меліоранту (мергель) в поєднанні з ОМД-„Райдуга” при проведенні рекультивації порушених земель (намивні піски р. Дніпро мікрорайону „Південний”) та при створенні трав’яного газону: 1. Без меліорантів і добрив (контроль); 2. ОМД „Райдуга” (100 т/га); 3. ОМД „Райдуга” (100 т/га) + мергель (100 т/га).

Повторність досліду трьохкратна, площа посівної ділянки 100 м2, облікової – 70 м2. Залуження проведено сумішшю трав: пирій повзучий (Роа pratensis) – 4 частини, костриця червона (Fertuca rubra L) – 5 частин, райграс багаторічний (Lolium perenne L) – 1 частина. Норма висіву 50 г/м2. Спочатку вносили меліорант (мергель) із заробкою дисковою бороною на глибину 15 см, а потім – органо-мінеральне добриво „Райдуга”. Зразки ґрунту відбирали із глибини 0-15, 15-30, 30-45, 45-60 см.

ОМД-”Райдуга” отримано творчим колективом ВАТ „Укрводпроект”, Інститутом механізації та електрифікації УААН, Зеленбудом і ДКП „Водоканал” м. Запоріжжя.

Дослід 7 по вивченню меліоранту (мергель) і ОМД-„Райдуга” проводили при посадці багаторічних зелених насаджень у м. Запоріжжі. Завданням було створення родючого ґрунту за локального внесення препарату в посадкові ями за схемою: 1. Без добрив (контроль); 2. ОМД-”Райдуга” (100 кг); 3. ОМД-”Райдуга”(100 кг) + меліорант (100 кг).

Підготовка посадкових місць полягала у внесенні на дно ями шириною 100 см та глибиною 120 см 100 кг мергелю з наступним засипанням її сумішшю ґрунту з 100 кг ОМД-„Райдуга”. Висота установки рослин у яму повинна забезпечувати положення кореневої шийки на рівні поверхні землі після осідання ґрунту. Землю, що осіла після першого поливу, підсипали, використовуючи ґрунтову суміш, і знову поливали. В досліді була використана біла акація віком 3 роки. Посадку проводили у жовтні 2000 р. Повторність чотирьохразова. Відбір зразків ґрунту здійснювали з шару 0-15, 15-30, 30-45 см.

Лабораторні дослідження проводили згідно з прийнятими в агрохімії та мікробіології методами, які висвітлені у практикумах: „Агрохімічний аналіз” (1995), „Агрохімія. Лабораторний практикум” (1994), „Практикум по мікробіології” (1972).

Відбір зразків ґрунту та рослин проводили перед збиранням урожаїв. У ґрунтових зразках були проведені наступні аналізи: визначення загального вмісту гумусу за методом Тюріна; сполук азоту, що легко гідролізуються, за методом Корнфілда; рухомих форм фосфору колориметрично за методом Ареніуса; обмінного калію за методом Кірсанова на полуменевому фотометрі.

Після мокрого озолення за методом Гінзбург та ін. у сухих рослинних зразках кукурудзи на силос, однорічних трав, ячменю, вівсяниці лугової визначали вміст загального азоту фотометрично з використанням реактиву Несслера; фосфору за Деніже в модифікації Левицького; калію на полуменевому фотометрі; нітратів – іонометричним методом. Визначення вмісту „сирого” протеїну в рослинах проводили за методом К’єльдаля, клітковини за Генебергом і Штоманом, каротину за методом Муррі.

Для оцінки елементного забруднення ґрунту і рослин використали такі параметри: 1. Коефіцієнт концентрації (Кс), який показує, в скільки разів вміст елементу в дослідному варіанті перевищує контроль; 2. Показник сумарного елементного забруднення (Zс), яким представляє суму Кс>1 варіанту досліду за відрахуванням числа n – кількості елементів, який є Кс>1:

Для визначення вмісту важких металів у рослинах, ґрунтах і добривах використовували атомно-абсорбційний метод аналізу. Кислоторозчинні та рухомі форми важких металів визначали методом атомно-абсорбційної спектрометрії на приладі С-115. Для екстракції кислоторозчинних форм з ґрунту використовували розчин 1 н НСl, рухомих – ацетатно-амонійний буферний (ААБ) розчин з рН 4,8 (за Крупським і Александровою), для розчинення золи рослин – 10% НСl. Для оцінки ступеня забруднення ґрунту та продукції рослинництва користовувались МДР вмісту важких металів згідно з СанПІН 42-128-4433 87.

Загальну кількість мікроорганізмів визначали прямим мікроскопуванням за методом Виноградського-Шульгіної. Чисельність грибів визначали при вирощуванні ценозу на середовищі, що містило сусло-агар (СА), спор - на твердому середовищі МПА:СА як 1:1, евтрофних мікроорганізмів - МПА:СА, оліготрофів - на агарі, педотрофних мікробів на ґрунтовому агарі (ГА), актиноміцетів на крохмальо-амінному агарі (КАА), олігонітрофілів і азотобактер – на середовищі Ешбі, нітрифікуючих мікроорганізмів - на середовищі Виноградського, целюлозоруйнуючих - на середовищі Гетчинсона. Кількість вуглеводеньокислюючих мікроорганізмів визначали на середовищі Макланга наступного складу, г/л: NaNO3 - 2,0; К2НРО4 1,0; MgSO*7H2O - 0,5; FeSO*7H2O - 0,01; MnSO4*4H2O - 0,008; ZnSO4*7H2O – 0,002; агар – 20; дистильована вода – до 1 л. На поверхню агарових платівок висівали ґрунтову витяжку із розведеннях 1:104, 1:105 1:106. Інокульовані чашки Петрі інкубували в термостаті (28-30 С) протягом 14-20 діб. Ступінь забруднення ґрунту нафтопродуктами визначали у відібраних зразках методом ІЧ-спектроскопії на приладі АН-1 при аналітичній довжині хвилі 3,42 мкм. Мікробіологічні аналізи ґрунту та нафтошламів проводили згідно з методиками, які застосовуються в загальній та ґрунтовій мікробіології. Статистична обробка даних проведена методом дисперсійного, регресійного і кореляційного аналізів та за допомогою програми пакету Statistic 6.0 for Windows.

Погодні умови за роки проведення досліджень різнилися між собою. Середні річні показники температури за вегетаційні періоди становили: у 2001 р. + 14,10С, у 2002 р. + 14,7у 2003 р. + 15,10С. Опади розподілялися нерівномірно: у травні 2002 р. їх кількість перевищувала норму в 4,0 рази, в червні 2001-2002 рр. – у 2,2 рази, друга половина вегетації була посушливою. Найбільший дефіцит вологи (126 мм порівняно з середніми багаторічними значеннями) спостерігався протягом 2003 р. Отже, в роки досліджень погодні умови в основному були сприятливими для вирощування кормових культур.

Агрохімічна характеристика ВІДХОДІВ МІСТ, залучених до утилізації

Склад виробничих стоків є дуже різноманітним за видами та концентраціями забруднюючих речовин і залежить від типу промислового підприємства. Нами проведено порівняння якості складу стічних вод підприємств м. Києва різних галузей промисловості з метою визначення безпечності їх для міської каналізації (табл. 1).

Таблиця 1 – Якість стічних вод підприємств м. Києва, 2002 р.

Назва підприємства | Показник якості

рН | Завислі речовини, мг/л | Щільний залишок, мг/л | Хлориди,

мг/л | Сульфати, мг/л | ХСК, мгО2/л | Нафто-продукти, мг/л | СПАР, мг/л | Fe, мг/л | Сu, мг/л | Zn, мг/л | Сr, мг/л | Ni, мг/л | Жири, мг/л

ВАТ "Маяк" | 8,10 | 40,5 | - | 215 | 167 | 128 | 2,70 | - | 0,58 | 0,17 | 0,18 | 0,54 | 0,12 | -

Поліграфкомбінат "Україна" | 7,90 | 91,9 | 109 | 81,3 | 112 | 91,3 | 0,30 | - | 0,56 | 0,15 | - | - | 0,10 | -

ВАТ побутової хімії "Зоря" | - | 24,8 | 80,6 | 79,9 | 113 | 140 | 1,13 | 1,84 | - | - | - | - | - | -

Комбінат AT "Київхліб" | 8,10 | 319 | 634 | 104 | 74,0 | 401 | 1,00 | 1,40 | 31,0

Дослідний комбінат ATКиївхліб" | 6,70 | 152 | 578 | 84,9 | 56,7 | 565 | 0,60 | 2,97 | - | - | - | - | - | 24,6

ТРЕД 2 КП "Київпастранс" | 7,50 | 19,0 | 261 | 43,6 | 41,3 | 72,6 | 0,50 | - | - | - | - | - | - | -

ЗАТ "Київмедпрепарат" | - | 33,2 | - | 3,70 | 45,9 | 96,8 | 0,40 | 1,50 | - | - | - | - | - | -

Допустимі норми | 6,50-9,00 | 500 | 10000 | 350 | 400 | 800 | 4,40 | 20,0 | 2,50 | 0,50 | 1,75 | 2,50 | 0,50 | 50,0

За отриманими даними можна зробити висновок, що завислі, органічні та неорганічні речовини, хлориди та сульфати надходять із стічними водами усіх підприємств. Таким чином, зважаючи на те, що в Україні обсяг стічних вод може досягати 10,5 млн. м3 на добу, йдеться про щорічну акумуляцію сполук азоту, фосфору, калію, мікроелементів та біологічно – активних речовин.

Застосування ОСВ як органічного добрива є найбільш поширеним способом їх використання в сільському господарстві, враховуючи наявність в їх складі певних елементів живлення для рослин (табл. 2). За удобрювальними властивостями ОСВ наближається до підстилкового гною.

Крім того нашими дослідженнями встановлено, що поряд з макро- і мікроелементами ОСВ містить значну кількість важких металів (табл. 3). Це потрібно враховувати за їх агрохімічної оцінки. Залежно від складу стічних вод і технологій очистки осад має різний морфологічний, механічний і хімічний склад.

Таблиця 2 – Середній валовий вміст поживних елементів в ОСВ, 2001-2002 рр.

Матеріал | Вміст поживних речовин, % від сухої речовини

N заг. | Р2О5 | К2О | Nа2О | СаО

ОСВ (м. Київ) | 2,10 | 2,30 | 0,80 | 0,10 | 2,50

Гній (сухий) | 2,00 | 1,00 | 2,40– | 2,00

Таблиця 3 – Валовий вміст важких металів у мулових відкладах очисних

споруд, 2001-2003 рр.

Матеріал | Елемент, мг/кг сухої речовини

Рb | Сг | Zn | Co | Сu | Ni | As | Br | Sr | Mn

ОСВ (м. Київ) | 140 | 670 | 980 | 67,0 | 390 | 510 | 1,00 | 8,00 | 365 | 1100

технологічні схеми компостування ОСВ та виготовлення біоорганічних та органо-мінеральних добрив

Біотехнологічний спосіб переробки органічних відходів може відбуватися як в аеробних, так і в анаеробних умовах. Дані наших досліджень свідчать, що для виготовлення компостів із відходів м. Києва доцільно базуватись на аеробні біотермічні процеси. Вони відбуваються внаслідок життєдіяльності сапрофітної аеробної мікрофлори, що обумовлює виділення у 20-25 разів більше енергії, ніж за анаеробних умов.

Для виготовлення БОД-1 використовують таке співвідношення компонентів компосту: 75% ОСВ + 10% відходів садово-паркового господарства міста + 2% толурової води + 3% забродженого знезараженого ОСВ + 10% дефекату. Всі складові перемішують і закладають у бурти шириною 2-3 м, висотою 2 м, із довільною довжиною. Період компостування повинен тривати 1,5-2 місяці. Отриманий субстрат є джерелом енергії для вермикультури Еіsenia foetidа, яку вносять із щільністю заселення 40 тис. особин на 1 м3 субстрату (компосту). Вермикомпостування проводять грядним способом за дотримання вологості матеріалу 65-70%, температури 20-23 0С, ступеню аерації 50%. Аерування проводять через 4-5 днів. Корм для вермикультури додають через 15-20 днів. З 1 т субстрату отримується 700 кг БОД-1 із вмістом 2,50% азоту, 1,00% фосфору, 1,50% калію, рН водний 6,5-7,5. Масова частка важких металів не перевищувала МДР, патогенна мікрофлора була відсутня, гельмінтів не виявлено.

Для виготовлення БОД-2 нами була розроблена наступна технологічна схема: сортування та виділення фракції твердих побутових відходів (ТПВ), що підлягають компостуванню, яка становить 95%, подрібнення її до 1 см із додаванням 3% бактеріальної закваски на основі музейної культури Bacillus megaterium та 2% мікробного препарату (баміл), що отримується за біологічної переробки стічних вод комплексів по відгодівлі свиней, або пудрету – продукту переробки пташиного посліду в ІЧ-променях. Складові перемішують і компостують у буртах протягом 2 місяців. Для забезпечення мікроорганізмів киснем та виведення кінцевих продуктів їх життєдіяльності в процесі компостування 1 раз на 6 днів продувкою подається повітря. У результаті отримується добриво із такими агрохімічними показниками: вміст азоту 1,7 – 2,5%, фосфору 1,8 – 2,6%, калію 1,1 – 1,3%, С:N – 9,5-11,1, С заг. - 18,7 – 20,8 %, рН водний – 7,5 – 8,0.

Для отримання ОМД-1 нами було розроблене таке співвідношення компонентів: 75% ОСВ + 10% фосфоритного борошна Милятинського родовища (вміст P2O5 – 5,97%, СаО – 23,2%) + 10% глауконітових пісків Ярмолинецького родовища (вміст К2О – 7%) + 5% БОД-1. Через 1,5 – 2 місяці компост готовий для використання.

Формування продуктивності сільськогосподарських

культур і стабілізація ЗОНИ ОЗЕЛЕНЕННЯ за використання продуктів утилізації урбосфери

Результати досліджень протягом 2001-2003 рр. свідчать, що кормові культури позитивно відгукуються на безпосереднє внесення біоорганічних (БОД-1, БОД-2) та органо-мінерального (ОМД-1) добрив. У результаті досліджень встановлено, що найвищий (311 ц/га) урожай кукурудзи на силос отримано за внесення ОМД-1 (60 т/га). Використання БОД-1 (30-60 т/га) обумовило підвищення врожайності на 66-96 ц/га порівняно із варіантом без добрив. Найменший (42 ц/га) приріст урожаю кукурудзи нами отримано за внесення ОСВ (30 т/га) та застосування гною ВРХ (30 т/га). Таким чином, використання нових добрив БОД-1 та ОМД-1 під кукурудзу на силос сорту Одеська-10 є ефективнішим порівняно із внесенням ОСВ та підстилкового гною (табл. 4).

Таблиця 4 – Вплив БОД-1 та ОМД-1 на сірому лісовому легкосуглинковому ґрунті на врожай кукурудзи на силос, 2001-2003 рр.

Варіант досліду | Урожайність, ц/га | Приріст

2001р. | 2002р. | 2003р. | середня за роки | ц/га | %

Без добрив (контроль) | 187 | 190 | 193 | 190— | 100

ОСВ (30 т/га) | 228 | 224 | 245 | 232 | 42,0 | 122

БОД-1 (30 т/га) | 257 | 253 | 259 | 256 | 66,0 | 135

ОМД-1 (30 т/га) | 270 | 271 | 274 | 272 | 82,0 | 143

ОСВ (60 т/га) | 253 | 257 | 250 | 253 | 63,0 | 131

БОД-1 (60 т/га) | 295 | 297 | 268 | 287 | 97,0 | 151

ОМД-1 (60 т/га) | 315 | 312 | 307 | 311 | 121 | 164

Підстилковий гній ВРХ (30 т/га) | 231 | 233 | 232 | 232 | 42,0 | 122

НІР 05, ц/га | 12,6-18,1

Використання добрив в дозі 30-60 т/га сприяло підвищенню врожаю зерна ячменю від 4,00 до 17,8 ц/га порівняно з контролем. Найкращим за результатами трирічних досліджень виявися варіант із внесенням ОМД-1 (60 т/га), яке забезпечило отримання врожаю на рівні 39,0 ц/га, тоді як у контролі він становив 21,2 ц/га. За ефективністю дії гній (30 т/га) прирівнювався до ОСВ (30 т/га): відносно контролю приріст урожаю на цих варіантах відповідно був на рівні 18 і 24%.

Урожайність однорічних трав значною мірою змінювалася за рахунок внесення добрив. У середньому за роки досліджень застосування ОСВ, біоорганічних (БОД-1) та органо-мінеральних (ОМД-1) добрив в дозі 30-60 т/га сприяло отриманню врожаю зеленої маси однорічних трав (горохово-вівсяної сумішки) на рівні 157-247 ц/га. Найвищий приріст урожаю(130 ц/га) порівняно з неудобрюваним варіантом отримано за внесення ОМД-1 (60 т/га). За використання гною ВРХ (30 т/га) додатково до контролю отримано 47,0 ц/га зеленої маси трав, що на 7,00 ц/га перевищувало показники варіанту за внесення ОСВ (30 т/га).

Виходячи з даних, отриманих нами в середньому за 2001-2003 рр. на сірому лісовому легкосуглинковому ґрунті, можна зробити висновок, що найбільший вплив на врожайність кукурудзи на силос, ячменю й однорічних трав мало застосування ОМД-1 в дозі 60 т/га, дещо поступалося за дією БОД-1 (60 т/га). Ефективність внесення підстилкового гною ВРХ (30 т/га) мала тенденцію до підвищення врожайності культур порівняно з ОСВ (30 т/га), але була значно нижчою порівняно із БОД-1 і ОМД-1 у дозі 30 т/га.

Як свідчать трирічні дані (табл. ) внесення БОД-2 (30-60 т/га), яке отримане з фракції ТПВ, що піддається компостуванню (КФ-ТПВ), за додавання мікробного препарату пудрету сприяло отриманню 39,0 і 59,0 ц/га додаткового врожаю зеленої маси вівсяниці лугової, тоді як використання БОД-2 із бамілом у таких же дозах забезпечило врожайність на рівні 155 і 175 ц/га, що на 9,00 ц/га більше від попередніх варіантів.

Таблиця 5 – Вплив БОД-2 на сірому лісовому легкосуглинковому ґрунті на врожай вівсяниці лугової, 2001-2003 рр.

Варіант досліду | Урожайність, ц/га | Приріст

2001 р. | 2002 р. | 2003 р. | середня за роки | ц/га | %

Без добрив (контроль-1) | 105 | 110 | 107 | 107— | 100

Компост із КФ-ТПВ (30 т/га) | 131 | 132 | 131 | 131 | 24,0 | 122

БОД-2із бамілом (30 т/га) | 156 | 153 | 157 | 155 | 48,0 | 145

БОД-2 із пудретом (30 т/га) | 147 | 144 | 149 | 146 | 39,0 | 136

Компост із КФ-ТПВ (60 т/га) | 138 | 140 | 143 | 140 | 33,0 | 131

БОД-2 із бамілом (60 т/га) | 167 | 170 | 189 | 175 | 68,0 | 164

БОД-2 із пудретом (60 т/га) | 161 | 159 | 178 | 166 | 59,0 | 155

НІР 05, ц/га | 13,1-16,0

В середньому за 2001-2003 рр. внесення компосту із КФ-ТПВ (30 т/га) обумовило 24,0 ц/га приросту врожаю зеленої маси вівсяниці лугової, а КФ-ТПВ (60 т/га) – 33 ц/га порівняно з варіантом без добрив (107 ц/га). Таким чином, результати свідчать, що найбільш ефективним є застосування БОД-2, отриманого при компостуванні КФ-ТПВ з додаванням в якості бактеріального препарату бамілу.

У результаті наших досліджень встановлено, що внесення БОД-1 та ОМД-1 в дозі 60 т/га сприяло покращенню якості продукції. Підвищувався вміст „сирого” протеїну та каротину, а кількість „сирої” клітковини зменшувалася. Концентрація нітратів не перевищувала МДР, особливо за внесення 60 т/га ОМД-1. Використання ОСВ (60т/га) не сприяло покращенню якості кормових культур.

Покращення агрохімічних та фізичних властивостей намивних пісків за внесення ОМД-„Райдуга” та мергелю сприяло підвищенню продуктивності рослин, які були використана нами для створення газонів. Так у квітні 2002 р. при закладці досліду на 1 м2 була висіяна однакова кількість злакових трав в усіх варіантах (250 шт./м2). Однак уже в жовтні 2002р. їх кількість у варіантах із внесенням добрив значно збільшилася за рахунок використання елементів живлення, тоді як у контролі зменшилася в 2 рази. Передпосівне внесення ОМД-„Райдуга” (100 т/га) обумовило збільшення кількості рослин у 2003 р. порівняно із варіантом без меліорантів і добрив на 513 шт./м2. Додавання до ОМД-„Райдуга” мергелю (100 т/га) істотніше вплинуло на продуктивність газону: кількість рослин на 1 м2 збільшилася відносно вихідного показника у 3 рази.

Для проведення закріплення пісків було висаджено штамби акації білої. За цього у посадкові ями вносили ОМД-„Райдуга” (100 кг) як окремо, так і в поєднанні з мергелем (по 100 кг). За період досліджень встановлено, що приріст окружності штамбів істотно відрізнявся у варіантах. Через два роки після закладки досліду цей показник у варіанті з ОМД- „Райдуга” (100 кг) збільшився на 3,00 см порівняно з контролем і на 3,90 см – із 2002 р. Найбільші прирости встановлені у варіанті із сумісним внесенням ОМД-„Райдуга” і мергелю (по 100 кг). Відповідно вони становили 3,90 та 5,80см.

Таким чином, за рахунок застосування ОМД-„Райдуга” та їх поєднання з мергелем відбувається покращення фізичних властивостей намивних пісків та поживного режиму, що дає змогу використовувати злакові трави та багаторічні насадження для їх закріплення. За цього продуктивність рослинного покриття покращується за сумісного застосування ОМД-„Райдуга” і мергелю по 100 т/га у передпосівне удобрення і відповідно по 100 кг у посадкові ями.

КОМПОСТУВАННЯ МІСЬКИХ НАФТОШЛАМІВ ТА рекультивація ґрунтів, забруднених нафтопродуктами

Отримані результати підтверджують ефективність внесення вуглеводень-окислюючих бактерій під час приготування компостів. Це дозволяє щонайменше вдвічі зменшити період напіврозпаду вуглеводнів під впливом мікроорганізмів та у 7-8 разів підвищити середню швидкість очищення нафтошламів. Встановлено, що через 6 місяців після використання ОМД-1 (30т/га) у поєднанні з бактеріальним препаратом „Десна” відбувається відновлення типового чорнозему. За цього врожай злакових трав формується на рівні 231 ц/га, тоді як на варіанті із ґрунтом забрудененим на 10% нафтопродуктами вона становила 10,0 ц/га.

КонцептуальнА Модель ОЦІНКИ І МІНІМІЗАЦІЇ ЗАБРУДНЕННЯ в СИСТЕМІ ДОБРИВО – ГРУНТ – РОСЛИНА

На основі проведених досліджень нами розроблено концептуальну модель оцінки і мінімізації забруднення рослинницької продукції важкими металами у зонах екологічного ризику.

Основними структурними елементами моделі є:

– комплексна оцінка стану агроекосистем, основних забруднювачів і джерел забруднення;

– прогнозування поведінки важких металів у ґрунті і їх накопичення у рослинницькій і тваринницькій продукції з врахуванням особливостей ґрунтового покриву;

– розробка заходів зменшення рухомих забруднювачів у системі ґрунт-рослина і локалізація джерел забруднення;

– моніторингові спостереження.

Реалізація моделі повинна проходити шляхом виконання агрохіміками, екологами та медиками комплексу робіт і досліджень. Модель може бути використана для будь-яких районів з урахуванням їх територіальних особливостей, а також для будь-яких видів забруднювачів, джерел і шляхів їх надходження в компоненти агроекосистеми.

Економічна ефективність виробництва та застосування продуктів утилізації відходів міст

Рушійною силою всіх світових досліджень з розробки технологій вирощування сільськогосподарських культур є конкурентна боротьба за зменшення собівартості продукції.

За розрахунками, проведеними творчим колективом ВАТ „Укрводпроект”, Інституту механізації та електрифікації УААН і ДКП „Водоканал” м. Запоріжжя, собівартість 1т добрива при виробництві мобільною технікою ІМЄСХУ становить 7,15 грн., реалізаційна ціна ОМД-„Райдуга” – 11,16 грн./т при виробництві 75тис. т на рік. Потенційна вартість 1т добрива – 31,44грн. Ця різниця (20,28 грн./т) може бути включена в реальну (відпускну) ціну ОМД. Рентабельність виробництва при застосуванні мобільних машин – 25%, окупність виробництва ОМД-„Райдуга” – 3-4 роки.

Розрахунок показує, що існуюча вітчизняна техніка забезпечує технологічний процес з високими економічними параметрами. Так, техніка, що використовується, в 5-7 разів дешевша за техніку, яку випускає фірма „Бахус”. Це сприяє низькій собівартості добрив.

Прискоренню окупності виробництва добрива сприяє не тільки пряма ефективність від його реалізації, але побічна ефективність за рахунок приросту врожайності сільськогосподарських культур від його застосування. Так, за цінами 2003 р. в середньому за три роки досліджень за вирощування кукурудзи на силос найвищою була вартість приросту врожаю у варіантах, де вносилося по 60т/га ОМД та БОД-1. Відповідно вона становила 1089 та 873грн. Витрати, пов’язані із застосуванням добрив у цих варіантах, становили 462