ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД НА ОРОШЕНИИ

Орлова С.С. ¹, Панкова Т.А. ²

¹Доцент, кандидат технических наук; ²старший преподаватель, Саратовский Государственный Аграрный университет им. Н. И. Вавилова

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД НА ОРОШЕНИИ

Аннотация

На основе полевых исследований составлены карты формирования водного режима расчетного слоя почвы по трем вариантам увлажнения. Проведена оценка эффективности использования муниципальных сточных вод по продуктивности сельскохозяйственной культуры – люцерны.

Ключевые слова: сточные воды, режим, эффективность, культура.

Orlova S.S. ¹, Pankova T.A.²

¹Associate professor; ²starshy teacher, Saratov State Agrarian University Vavilov

PERFORMANCE EVALUATION USE OF WASTEWATER FOR IRRIGATION

Abstract

Based on field studies mapped the formation of water regime calculated soil moisture on three options. Assessed the effectiveness of the use of municipal wastewater productivity of agricultural crops - alfalfa.

Keywords : wastewater treatment efficiency, and culture.

Водные ресурсы являются важнейшим компонентом природной среды  и играют исключительно важную роль в жизни и деятельности человека. С ростом населения и существенным увеличением производства эта роль постоянно возрастает. Стремление общества к лучшей жизни еще больше увеличивает потребности основных хозяйственных сфер и промышленности в воде.

Главными источниками обеспечения населения водой остаются реки и озера, запасы воды в которых оценивают в 0,27% (95·10³ км³), всех пресных вод. Этого количества могло бы быть достаточно для всех, но водные ресурсы на территории Планеты расположены крайне неравномерно. Большая их часть сосредоточена там, где используется только на доли процентов.

При такой неравномерности водообеспечения более остро встает вопрос о комплексном использовании и охране водных ресурсов.

Из-за неправильной деятельности людей вода становится частично или полностью непригодной для водопользования, под влиянием антропогенной деятельности происходит истощение водных ресурсов.

В результате обширной хозяйственной деятельности человека и не соблюдения элементарных требование по охране природной среды, ее способность к саморегулированию в условиях естественной изменчивости стала нарушаться. Превышая концентрации выбросов сверх того, что может принять Природа, человек целенаправленно разрушает ее биосферу. В таких элементах биосферы как вода и воздух сложилось особенно тяжелое положение.

Рост водопотребления вызывает увеличение сброса сточных вод. Это влечет за собой новые вложения средств в развитие очистных сооружений, строительство новых водохранилищ, так как для сохранения природных водотоков необходимо, по крайней мере, десятикратное разбавление даже очищенных сточных вод.

Строительство сложных и дорогостоящих очистных сооружений не может радикально решить проблему полного прекращения сброса загрязненных сточных вод, так как даже после тщательной биологической очистки в них содержаться вещества в концентрациях, превышающих нормы сброса в водоемы. Экономически и экологически оправдано использование сточных вод после предварительной очистки на орошение. Помимо экономии свежей воды, почвенной доочистки сточных вод и прекращение их сброса в водоемы обеспечивается утилизация питательных веществ, содержащихся в стоках.

На орошение могут использоваться хозяйственно-бытовые, производственные и смешанные сточные воды городов, поселков, фермерских хозяйств, предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции после соответствующей их подготовки на сооружениях механической и биологической очистки.

Качество сточных вод, используемых для орошения, регламентируются по химическим, бактериологическим и паразитологическим показателям.

Допустимая концентрация тяжелых металлов в сточных водах устанавливается в зависимости от оросительной нормы и определяется расчетным способом в каждом конкретном случае.

Сточные воды, содержащие микроэлементы, в том числе и тяжелые металлы, в количествах, не превышающих ПДК для хозяйственно-питьевого водопользования, могут использоваться для орошения без ограничений.

Агрохимические требования, определяющие пригодность сточных вод для орошения, направлены на:

- повышение плодородия почвы, предупреждение кумуляции в ней токсичных веществ, засоления и осолонцевания;

- получение стабильного и высокого урожая выращиваемых культур с качеством, отвечающим санитарно-гигиеническим и ветеринарным требованиям.

Химический состав сточных вод, используемых для орошения, оценивается по активности ионов водорода (рН), содержанию суммы легкорастворимых солей, соотношению одно- и двухвалентных катионов, наличию основных биогенных элементов (азота, фосфора, калия), микроэлементов, органических веществ.

Нормирование показателей качества поливных сточных вод осуществляется с учетом почвенно-климатических, агрогидрогеологических условий территории конкретного объекта [1], биологических особенностей выращиваемых культур и технологии орошения.

Допустимое содержание биогенных элементов (азота, фосфора и калия) в сточной воде при проектировании полей орошения определяется в зависимости от величины внесения их с оросительной нормой и не должно превышать выноса этих элементов планируемым урожаем с учетом всех видов потерь.

Учитывая, что многие виды сточных вод содержат питательные вещества в пределах: азота 50-120, фосфора 10-30, калия 30-120 мг/л, орошение, как правило, ведется по водопотреблению культур.

Определяющим фактором в получении плановой урожайности является влажность почвы, которая должна находиться в определенных пределах в течение всего вегетационного периода.

Регулирование водного режима почвы приводит к тому, что в годы различной обеспеченности по влажности, для поддержания в оптимальном диапазоне влагозапасов, требуется регулирующее воздействие, значительно отличающееся по своей величине [2].

Обеспечение оптимальных параметров влажности почвы позволяет не только получить требуемую урожайность, но и рационально, экономически обоснованно расходовать оросительную воду, снижая при этом топливо – энергетические ресурсы на проведение полива [3].

Для проведения исследований была выбрана темно-каштановая маломощная малогумусная орошаемая почва суглинистого гранулометрического состава на бурой карбонатной глине, развитая на древнеаллювиальных слоистых отложениях. Изученный объект расположен в Саратовском Заволжье на территории Комсомольской оросительной системы. Экспериментальный участок находится в 5,5 км к северо-востоку от южной окраины поселка Михайловка (Марксовский район Саратовской области). Геоморфологическое положение - 3-я терраса Волги, высокий увал, вытянутый вдоль Волги, образовавшийся за счет расчленения террасы балкой.

Экспериментальная площадка расположена на поле № II-О, возделываемая культура – люцерна. Расположение площадки от дороги на юго-восток – 35 метров, от гидранта дождевальной машины «Фрегат» № 107 на восток – 500 метров.

Рельеф объекта исследований: макрорельеф – равнина; мезорельеф – слабопологий склон в сторону реки Волга; микрорельеф – промоинки, западинки, антропогенные выработки. Рельеф объекта исследований представлен в работе [4]. Почвенный покров территории представлен сочетанием темно-каштановых почв склонов и водоразделов и лугово-каштановых и лугово-черноземных почв в западинах и ложбинах. Растительность объекта исследований: посев люцерны второго года; сорняки: овсюх, полынок, полевой вьюнок, марь белая, марь красная=лебеда, вейник, молочай (редко), мыльник, вейник, мышей сизый.

Методика проведения эксперимента включала подготовку площадки, проведение поливов, измерения влажности почвы в расчетном слое почвы и определение урожайности люцерны.

Экспериментальный полевой участок был разбит на 9 площадок (рис. 1), с размерами каждой площадки 2х4 м.

 

Рис. 1 – Схема организации экспериментального участка

Исследовались три варианта увлажнения в трехкратной повторности:  Вариант S.1., площадки орошаются одним поливом муниципальными сточными водами за укос нормой 500 м³/га. Остальные поливы нормой 500 м³/га проводятся чистой водой с формированием водного режима в расчетном слое почвы 0-80 см не ниже предполивного порога влажности 70-75 % НВ (наименьшей влагоемкости).

Вариант S.2., площадки орошаются одним поливом  сточными водами за укос нормой 500 м³/га, разбавленные чистой водой соотношении 50% + 50%. Остальные поливы (m=500 м³/га) проводятся чистой водой с формированием водного режима в расчетном слое почвы 0-80 см не ниже предполивного порога влажности 70-75 % НВ.

Вариант S.3., площадки (контроль) орошаются чистой водой (m=500 м³/га) с формированием водного режима в расчетном слое почвы 0-80 см не ниже предполивного порога влажности 70-75 % НВ.

Каждая площадка оборудовалась двумя наблюдательными скважинами – трубками, для проведения контроля влажности почвогрунтов скважными влагомерами Delta-T PR-2  и  TRIME-FM.

Для поддержания заданного водного режима 100-70% НВ в расчетном слое 0…80 см потребовалось назначать по 2 полива по каждому укосу люцерны. Величина поливной нормы составила  m=500 м³/га, по всем экспериментальным площадкам.

Влажность почвы, рис. 2, в верхнем пахотном горизонте, изменялась существенно от 18 % (весовая влажность) в межполивной период до 31 % после полива [4, 5]. В слое почвы 40…80 см, где расположена основная масса корневой системы, колебания влажности почвы были менее существенны  и составили 20…15 %.

Рис. 2 – Формирование водного режима расчетного слоя почвы по вариантам увлажнения

Оценку эффективности использования муниципальных сточных вод проводили по продуктивности сельскохозяйственной культуры. Результаты полученной урожайности люцерны по 2-му укосу по годам исследований приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Урожайность люцерны по вариантам опытов

Варианты поливов	Урожайность люцерны по 2- му укосу, т/га
	2011 год	Прибавка урожайности, %	2012 год	Прибавка урожайности, %	Средняя по годам исследо-ваний
Полив сточной водой	3,46	20,9	4,33	20,9	3,90
Полив сточной водой разбавленной чистой водой	3,09	8,04	3,86	7,80	3,48
Полив чистой водой	2,86	контроль	3,58	контроль	3,22

Получена наибольшая урожайность зеленной массы за один укос люцерны - 3.46 т/га в 2011 году и 4,33 т/га, в 2012 году при одном поливе сточными водами и одном поливе чистой водой. Прибавка урожайности зеленой массы люцерны составила 0,6 … 0,75 т/га или 20,9 % по сравнению с вариантом полива только чистой водой. При поливе сточными водами разбавленными чистой водой прибавка урожайности для люцерны 2-го – 3- го  года жизни составила соответственно 0,23 …0,28 т/га за укос или 8,04 … 7,8 %.

Литература

1. Васильченко Т. А. Количественная оценка риска возделывания яровой пшеницы в Саратовской области // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. – 2009. – №1. – С. 12-16.
2. Васильченко Т. А., Затинацкий С. В. Обоснование необходимости комплексных мелиораций с учетом возможного изменения климата в условиях Нижнего Поволжья// Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. – 2008. – № 3. – С. 60–62.
3. Кошкин Н. М., Затинацкий С. В., Васильченко Т. А. Автоматизация управления режимом полива сельскохозяйственных культур с учетом погодных условий// Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. – 2010. – №7. – С. 58–61.
4. Панкова Т. А., Руковичникова А. Н. Определение влажности почвы для регулирования режима орошения сельскохозяйственных культур в условиях Саратовского Заволжья//Научная жизнь. – 2013. – №4. – С.17-24.
5. Затинацкий С. В., Панкова Т. А. Ресурсосберегающая математическая модель нормирования орошения//Научное обозрение. – 2013. – №11. – С.10-12.