автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Техника и технология полива кормовых культур по бороздам животноводческими стоками в условиях Центрального района Нечерноземной зоны Российской Федерации

■ на-! 3.8

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ИЗЫСКАНИЯМ.ИССЛЕДОВАНИЯМ, ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ В0Д0Х03ЯЯСТВЕНННХ И МЕЛИОРАТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ "СОВИНТСРВОД"

На правах рукописи

Кузин Александр Владимирович

, УМ 631.6:533.2/3: >328.3'.Р И

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИВА КОРМОВЫХ КУЛЬТУР ПО ■ БОРОЗДАМ ЯШВОТКОВОДЧЕСКИМИ СТОКАМИ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ' ФЕДЕРАЦИИ

Специальность 05.23.С? - Гидротехническое и мелиоративное

строительство,

05.01,02 - мелиорация и ородаемое земледелие

АВТОРЕ ЖРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата техничзских наук

Москва 1992

Работа выполнена на кафедре Эксплуатации гидромелиоративных систем Московского Ордена Трудового Красного знамени гидромелиоративного института и в научно-производственном объединении по сельскохозяйственному использованию сточных вод "Прогресс".

Научные руководители - доктор технических наук, профессор В.А.Сурин; - кандидат технических наук Л.П .Овцов

Официальные оппоненты - член-корреспондент Российской Академии

сельскохозяйственных наук, доктор техни--ческих наук, профессор М.С.Григоров; - кандидат технических наук А.М.Буцьжин

Ведущее предприятие - Мещерский филиал ВНШГиМ, г.Рязань.

Защита состоится «24п 0/ 1993 г. в /У часов

на заседании специализированного совета Д .099.08.01 при Производственном объединении по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству' водохозяйственных и мелиоративных объектов "СоЕинтервод"'.

Адрес: Т29344, г.Москва, ул.Енисейская, дом 2. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПО "Соеия-тервод".

Автореферат разослан "¿8* Д°кабря 1992 г.

Ученый секретарь специализированного' . ^

совета Д .009.00.01, кандидат тех-/^^^^^^^/

нических наук ЛкС.Заднепрянец

г—- . _ /А

Общая "характеристика работы * — —

Актуальность теш. Перевод животноводства на промышленную основу привел к увеличению сосредоточенных объемов бесподстилочного гадкого навоза на незначительной территории, что создало угрозу загрязнения окружающей среды. Угудлгаше экологической обстановки, обусловленное интенсификацией продавленного и сельскохозяйственного производства, отмечено и в Центральном районе Нечерноземной зоны Р5, Защитить природные вода от загрязнения промышленными, бытовыми и животноводческими стоками - ваянейляя задача современности. Основными направлениями защиты окружающей среда являются: тщательная очистка навозных стоков к их повторное использование в водообороте и утилизации подготовленных стоков на специализированных оросительных системах. Наиболее перспективным направлением является использование навозных стоков для удобритодь-но-увлажнигельного орошения кормовых культур. Процесс почвенной очистки управляем, и при соблюдении расчетного рекима орошения,оптимальной техники и технологии полива, правильно подобранных сельскохозяйственных культур севооборота, а также соответствующей подготовки стоков для орошения можно добиться полного их обеззараживания в почве.

Широко применяемый способ внесения подготовленных навозных стоков с поливной водой дождевальными машинами имеет ряд недостатков и не обеспечивает надежную работу системы. Поверхностный способ полипа в большзй степени соответствует агротехническим, санитарно-гигиеническим и природоохранным требованиям, позволяет экономить энергетические ресурсы и капиталовложения на строительстве систем. Обоснование элементов техники и технологии поверхностного полива гивотноводческими стоками для конкретных природных условий, изучение и прогнозирование степени влияния их на окружающую среду является актуальной научно-технической проблемой.

Работа по данной теме выполнялась в 1986...1991 гг. в рамках проблеш 0.85.01.10 координационного плана НИР "Разработать, усовершенствовать и внедрить технологии использования сточных вод, навозных стоков и других нетрадиционных источников в орошаемой земледелии с целью предотвращения загрязнения водных ресурсов и получения дополнительной сельскохозяйственной продукции". . (

Цель работы. Цель работы заключалась в разработке и внедрении в производство эффективной, научно-обоснованной технологии подготовки стоков КРС, рациональных элементов техники и технологии борозд-кового полива стоками на серых лесных средне-и тякелосуглинистых почвах, мероприятий, позволяющих снизить загрязнение окружающей среди биогенными веществами.

Задачи исследований:

- агромелиоративная оценка навозных стоков крупного рогатого скота (КРС) на различных стадиях подготовки;

- установление закономерностей впитывания стоков КРС на серых лесных почвах;

- разработка рациональных элементов техники и технологии полива по бороздам стоками КРС;

- изучение влияния удобрительно-увлажнительного орошения навозными стоками на основные свойства почвы, качество растениеводческой продукции, поверхностные и грунтовые воды;

- разработка мероприятий по снижению загрязнения окружающей среды.

Нпучная новизна. Для условий Центрального района-Нечерноземной зоны РФ выполнено научное обоснование технологии естественной подготовки навозных стоков для орошения- Установлены расчетные зависимости для определения рациональных элементов технику бороздкового полива стоками с содержанием сухого вещества 1,0..,3,5%; зависимости формирования урожайности многолетних трав при различных нормах внесения общего азота со стоками и распределения минеральных форм азота по профилю серой лесной почвы.

Практическая ценность и внедрение. Разработанные технологии подготовки и полива кормовых культур навозными стоками по бороздам позволяют полностью утилизировать бесподстилочный жидкий навоз на специализированных полях орошения, повысить урожайность кормовых культур, снизить энергетические и трудовые затраты по утилизации стоков. Предлагаемые мероприятия по доочистке животноводческих стоков высшей водной растительностью, по запахиванию соломы и использованию консервантов при силосовании кормовых культур уменьшают загрязнение поверхностных и грунтовых вод, повышают качество кормов и плодородие почвы.

Результаты исследований внедрены в совхозе "Рмбновский" Ря-)анской области на площади 350 гаи на свинокомплексе "Влздимир-!кий" производственного объединения "Клязьменское" Владимирской )бласти. Степень очистки стоков по взвешенным и биогенным веществом юстигала 90...99%, трудозатраты на утилизацию I м3 жидкого навоза юкратились с 0,087 до 0,042 чел.-часов по сравнению с вывозом мобильным транспортам.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты сследований докладывались в 1987...1992 гг.:

- нз научных конференциях молодых ученых по проблеме исполь-ования сточных вод в сельском хозяйстве (Купавна, 1987,1988 гг.);

- на научно-технических конференциях; Московского гидромелиорэ-ивного института, Рязанского сельскохозяйственного института, Все-оссийского научно-исследовательского института механизации живот-оводства (Москва,1987,1968 гг.; Рязань, 1990,1991,1992 гг.; эдольск, 1987 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных збот, авторское свидетельство на изобретение (в соавторстве).

Выносятся на защиту. Способ и технология подготовки жидкого авоза для удобрительно-увлажнительного орошения; техника и техно-эпия полива кормовых культур, навозными стоками по бороздам; прог-)эные расчеты влияния орошения стоками животноводческих комплексов 1 окружающую среду и способы снижения загрязнения нитратами кормов, )чвы, природных вод.

' Объем работы. Диссертационная работа состоит и,з введения, тгрех глав основного текста, общих выводов и предложений, списка ¡тературн из 211 наименований и приложений. Изложена на 149 страдах машинописного текста, включает 13 рисунков, 29 таблиц.

Содержание работы

В первой главе ,"Современное состояние использования животно-дческих стоков для полива сельскохозяйственных культур'' проведен ализ существуюних способов утилизации и технологических схем аготовки жидкого навоза для сельскохозяйственного использования, менений основных его физико-механических свойств, способов,тех-ки и технологии полива стоками, норм внесения животноводческих оков для различных агроклиматических условий. Наиболее полная рактеристика технологических схем подготозки, утилизации и ^.kw >-

хозяйственного использования бесподстилочного жидкого навоза дана в работах Р.И.Аксомайтене, Н.Г.Андреева, А.М.Буцьшина.Ю.И, Ворошилова, М.С.Григорова, В.И.Дмитриевой, В.Т.Додолиной, И.П. Канардова, И.М.Кавина, Н.Г.Ковалева, Н.А.Ковалевой. О.Ю.Кошевого, Н.А.Лаптшьой. Г.Е.Мерзлой, В.А.Никитина, В.И.Новикова, Л.Л.Ов-цова, Я.З.Шевелева, В.И.Штыкова, А.Б.Юна и других авторов.

Применяемые способы подготовки жидкого навоза требует значительных капитальных и энергетических затрат, степень очистки составляет 70...60$.

Анализ литературных источников показал необходимость проведения работ по совершенствованию техники и технологии полива кормовых культур навозными стоками, повышению надежности технологического процесса утилизации с учетом требований охраны окружающей среды. В сформулированной рабочей гипотезе предлагается исследовать поверхностный способ полива кормовых культур навозными стоками, кйторый в большей степени отвечает агротехническим, санитарно-гигиеническим и эксплуатационным требованиям, к тому же он менее энергоемкий по сравнению с дождеванием.

Во второй главе "Объекты и методика исследований" представлено описание объекта исследований, схем опытов, применявшегося оборудования, методики проведения наблюдений и выполнения необходимых анализов. Основным методом исследований является планируемый опытно-производственный эксперимент, включающий деляноч-ные и производственные опыты по изучению техники и технологии бороздкового полива кормовых культур навозными стоками и влияния орошения на окружающую среду.

Опыты проводились в 1966...1990 гг. на мелиоративных объектах "Клещевая'' совхоза "Рыбновский" Рязанской области, где использовались для полива стоки животноводческого комплекса по выращиванию крупного рогатого скота, и "Нестерково" совхоза ■ "Второво" Владимирской области с использованием для полива стоков свиноводческого комплекса "Владимирский".

Основной тип почв характерен для Центрального района Нечерноземной зоны РФ: на объекте "Клещевая" - серые лесные средне-и тяжелосуглинистае, "Нестерково" - дерново-подзолистые су-песчокне., Рельеф местности выровненный, слабоволнистый, уклоны 0,005...0,017.

Химический состав навозных стоков, используемых для орошения, зависит от многих факторов. Среднее содержание питательных веществ показано в таблице I.

Таблица I

Химический состав подготовленных навоэшх стоков (средние значения)

2ИД |_Показатели, мг/л___

стоков {рН |Уобщ] Р } к | Уа ] Са | Ма. } С£ 1_1 1 1_' !

КРС 7,1 373 1В7 102 120 5 3 203 , 87 180

Свинакомплек-

соа 7,8 216 139 41 208 85 92 27 13

Исследования водно-физических свойств почвы, элементов техники и технологии полива, учета урожайности проводились согласно общепринятым методикам и рекомендациям. Агротехнические, гидротехнические, зоотехнические анализы выполнялись в соответствую-П5ГХ аналитических лабораториях НПО "Прогресс", г.Рязани, г.Владимира . Обработка экспериментальшх данных проводилась на ЗШ с использованием методов математической статистики.

В третьей главе "Результаты исследований техники и технологии полива навозными стоками кормових культур" представлены результата комплексных полевых исследований и наблюдений.

Агромелиоративная оценка нааозют стоков крупного рогатого скота показала, что питательная ценность и физико-м§ханическив свойства их изменяются в процессе хранения, отстаивания,замораживания и транспортирования. Исходный жидкий навоз в зависимости от степени разбавления технологической водой содержит 9...7$ сухого вещества, количество фракций размером менее 0,25 мм достигает 61,7^, а более Ю мм - 10,6...12,2£. В процессе хранения жидкого навоза в прифермских прудах-накопителях происходит разделение его с образованном *рех слоев: верхнего, состоящего из твердых органических частиц, среднего - из осветленной жидкой фракциц, нижнего - из твердых частиц органического и минерального пр/щехоадения. А^я ородения использовался средний

осветленный слой навозных стоков, составлявший 53...72% всего объема. Содержание общего -азота в процессе хранения и транспортирования навозных стоков в полевые пруды-накопители снижалось с 1568...1710 до 310...432 иг/л, фосфора - с 154...760 до 66...

...133 мг/л, калия с 1577____1860 до В2...14В мг/л. Основная час

фракций сухого вещества в среднем слое стоков имела размер менее 0,2Ь ь;м.

Экспериментально установлено и подтверждено, что навозные стоки после размораживания освобождаются от биогенных веществ, солей и взвешенных веществ (а.с. № 1546455).'При замерзании сто ков образуются кристаллы пресного, .очищенного от примесей льда, причем примеси и соли сосредотачиваются в нижней части емкости, при отстаивании сверху, достигается эффективное разделение на фракции и снижение концентрации стоков (табл.2).

Таблица 2

Химический состав навозных стоков, прошедших подготовка замораживанием

Низкий навоз[__Показатели, мг/л___;__

¡З&К1" | б04! Са" I Ц | к |^бщ|Р20;

Исходный 3247 2310 Ь7б 299 117 156 '349 601 50

После размораживания 439 . 407 52 ' ИЗ 29 19 . 13 68 22

Транспортирование жидкого навоза на поля орошения осуществ' лялось в следующей последовательности. После выдерживания в карантинной емкости жидкий навоз специальным насосом НШ-200 пере качивался на зимнее хранение в прифермские пруды-накопители обы мом Ю тыс.м3 каждый. Весной после оттаивания осветленный слой навозных стоков сливался через шандоры во всасывающую камеру, вследствие содержание сухого вещества в стоках снижалось до 1,0...0,51 В полевые пруды-накопители и на орошаемые участки навозные стоки перекачивались последовательно соединенными насосами Ш1-200 и 9Г-450/22.5 по разборному трубопроводу РТ-180/

В качестве поливного трубопровода применялись рукава из мелиоративной ткани диаметром 200 мм с нерегулируемыми окантованными водовыпускными отверстиями диаметром 18 мм.

Распределение стоков на поливном участке осуществлялось поверхностным способом по бороздам. Борозды нарезались культиватором-окучником КОН-4,2 глубиной 14...18 см, с междурядиями 70 см и уклоном по длине борозд 0,004.. .0,006.

Потери напора, по длине трубопровода определялись по формуле Дарси-Вейсбаха с учетом физико-механических свойств навозных стоков. С целью обеспечения надежной работы трубопровода и предотвращения его заиления поддерживался турбулентный режим течения навозных стоков. Переход от^ламинарного режима к турбулентному происходит при числе Рейнольдса 2500...3000. Коэффициент гидравлического трения определялся по формуле Блазиуса с поправочным коэффициентом Буцыкина A.M.

' Из условия незаиляемости поливного рукава фактическая скорость течения навозных стоков 2,16м/с должна быть выше критической. При содержании сухого вещества в стоках С = 1,0% критическая скорость - 0,67 м/с, при С = 2,0$ критическая скорость - 0,80 м/с при С = 3,55$ критическая скорость - 0,90 м/с. Минимальные допус-тише расходы в начале поливного рукава 23. ..31 л/я в зависимости от содержания сухого вещества. Аля равномерного распределения стоков по длине поливного трубопровода расчетный уклон определялся по формуле, предложенной В.А.Суриным:

; _ Jk1 ( Л i \ ■

Lf 7 2f I 3d" ~ Т/' (I)

где Lf - расчетный уклон по длине поливного трубопровода;

Ун - скорость движения стоков в начале поливного трубопровода, м/с;

■А - коэффициент гидравлического трения;

d - диаметр трубопровода,- м;

I - длина поливного трубопровода, м.

Выдерживая расчетный уклон по длине поливного трубопровода' равный 0,006 было достигнуто достаточно равномерное распределение расхода в поливные борозды. Расход струи регулировался также путем изменения напора в головной части трубопровода.

Для определения рациональных элементов техники бороздкового полива изучались; впитывание стоков с различным содержанием сухого вещества в почву и скорость продвижения поливной струи по борозде.

Исследование процесса впитывания навозных стоков в почву проводилось на метровых отрезках борозд, перегороженных щитками.

е

Опыты показали, что скорость впитывания навозных стоков из борозд зависит, при прочих равных условиях, от содержания сухого вещества в стоках и уплотненности почвы.

Анализ опытных данных показал, что снижение скорости впиты вания на неуплотненных бороздах происходило интенсивнее, чаи ва уплотненных. Учитывая сложность процесса впитывания отоков в по ву и разнородность воздействия всевозможных факторов, для аппро сииации скорости впитывания была использована эмпирическая формула: , . , У

U=K"t (2)

где к - вширический коэффициент;

cL - показатель степени, характеризующий затухание скорости впитывания во врешки, зависит от типа почвы, содержания сухого вещества в стоках и др.

Скорость впитывания навозных стоков иа уплотненных борозд аппроксимируется зависимостью:

Ц ш 10,892 • t -0¿25 - при С «■ I.O.». 1.%

Ш - 8,978 • - при С - 3,0...3,5*.

из неуплотненных борозд:

¡Á ш ав.588 • i -¡¡.«» - при с » 1,0...1,5*.

Ui - 19,773 • t -°.613 - при С - 3,0...3,5*.

Даляночные и производственные опыты показали, что после трехлетнего орошения cejwx лесных почв навозными стоками с содержанием сухого вещества 1,5...3,0^ скорость впитывания чисто) воды в начале полива увеличивается в 1,2...1,4 раза (рис.1).

Изменение скорости впитывания стоков необходимо учитывать при проектировании специализированных систем и их эксплуатации,

В подпахотной горизонте вследствие его кольматации происходит увеличение плотности почвы и снижение ее впитывающей спо< кости. Глубокая вспашка, кротование, щелевание и другие агроге: нические мероприятия, проводнице в весенна-осенниа периоды, сш собствовали разрушению плужной подошвы, разуплотнению подпахо1 ного горизонта и увеличению активного слоя почвы.

Изучение процесса продвижения навозных стоков по поливным бороздам при различных расходах поливных струй позволило

v

1|,мм

Рис.1. Динамика скорости впитывания воды и навозных стоков на серых лесных почвах:

1,2 - скорость впитывания воды до орошения и после 2-х лет орошзния;

3,4 - скорость впитывания стоков с содержанием сухого вещества 1,5 н 3,0%;

5,6 - слой впитавшихся стоков о содержанием сухого вещества 1,5 и 3,0$ соответственно.

определить рациональные длины борозд. Увеличение содержания сухого вещества в стоках снижает скорость продвижения их по бороздам. Это ввязано, прежде всего, о изменением фюико-механических свойств навозных стоков: увеличением динамической вязкости, плотности, касательных напряжений.

На начальных отрезках борозд происходит отложение осадка я образование корки толщиной 8...23 им и более, в зависимости от содержания сухого вещества а стоках. Это снижает скорость впитывания в способствует более быстрому продвижение струи. Для предварительных расчетов длит добегания навозшх стоков автором получена емплрическа« вянивттпть •

С

где А,8 - вмпирический коэффициент, зависящий от содержания сухого вещества в стоках и расхода поливной струи;

- продолжительность подачи стоков в борозду, час;

- коэффициент, характеризующий процесс замедления скорости добеганяя струи во времени;

- доля содержания сухого вещества в навозных стоках»

Математическая обработка опытных данных выявила достаточно точную зависимость длины добегания от времени i -f ( 1 ) на участке борозд длиной до 80 м при расходе 0,25 л/с, до 120 м при расходе 0,50 л/с и до 140 ы при расходе 1,00 л/с.Коэффициент корреляции составил 0,992...О,996. Значения эмпирического коэффициента А приведены в таблице 3.

Табяица 3

Значения эмпирического коэффициента а в зависимости

от содержания сухого вещества в стоках и уплотненности

борозд

р | [Содерж.сухого вещества в стоках, %

поливной} y-^nfn! 1,0...1.5 , 3,0...3,5

струи, л/с

борозд^

1У плотнен-1Неуплот-1ные !ценные 1боро8ды !борозды

I I

J__

1Уплотнен-!кыо

I Неуплотнен-I нне

!борозды | борозды

I

0,25 0,50 1,00

80 120 140

3,36 3,73 4,91

3,11 3,52 4,20

3,29 3,64 4,78

2,96 3,51 4,19

Коэффициент^ , характеризующий процесс замедления скорости добегания струи во времени, определялся графически в логарифмических координатах. Он соответствует тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс (рис.2).

(

o

o

O'

Э

3

10 20 30 40 50 100 ' 200 300, t""»

Peo. 2. Определение коаффициенга jb

Распределение влаги я питательных веществ по длине борозд твлсит от продолянтвланости добегания струй, чей менызе время [обвгания, тем выпэ равномерность распределения. Однако умень-ssiiKQ длины борозд приводит к снижению производительности труда ш поливе. Экспериментальным путем бил определен наиболее оп-гашальний расход поливной струя 0,5 я/с, так как при меньшем рае-гаде происходит закупорка водовыпускных- отверстий, а при больны - переполнение борозд. Для рассматриваемых условий рекомен-ювана ярусная технология полива по бороздам. Обща А длина полив-юго участка 200 м, длина борозд первого яруса - 80 м, второго -'.SO ы. Полив верхнего и нижнего яруса осуществлялся через бо-юэду: по уплотненный и неуплотненшм бороздам соответственно. Еря »том средняя поливная норма составила 416 м3/га.

Замер запасов влаги в слое почш 0...40 см через сутки lóese полива навозными стоками показал, что распределение их юстаточно равномерное: в начале борозд первого яруса - 1166... 244 vi3/га, второго /- 1247.,.1324 м3/га, в конце борозд вто-юго яруса - ШЭ...12Э5 н3/га.

Время полива верхнего яруса 2,5 часа соответствовало времени «движения поливной струи по бороздам длиной 120 м, что поэво-

лило доувлажнить нижние часть первого яруса. Равномерность увлажнения нижнего яруса достигается за счет создания призма до-увлажнения в конце борозд. Эгим объясняется более высокое содор жание влаги в почве на второй ярусе. Общее время полива участка навозными стоками не должно превышать 3,0...3,5 часа, так как образующаяся на дне кольыатирующая пленка из осаждающихся частиц, снижает впитывающую способность почвы. Выпадающие атмосферные осадки за вегетационный период нормой £00...330 ш выравнивает увлажнение почвы.

При удобрительно-увлажнитвльных поливах навозными стоками наибольшее значение имеет равномерность распределения питательных веществ. Отклонение еапаеов питательных веществ в активном слое почвы 0..,40 см по длине борозд (табл.4) не превышало допустимых пределов и колебалось от 9,8 до 11,1%.

Таблица 4

Запасы питательных веществ и влага по длине борозд,

после полива навозными стоками (слой почвы 0...40 см),кг/п

Показатели | НП^с®°роЗД|§™а£!орОЗД | К^Циб°Р03Д

_1_ 1 ' 1 - _

гидр. 217,5 232,1 206,0

Р205 846,6 819,9 . 816,9

«¡>0 1537,2 1557,2 -1609,0

Вода ыэ/га 1205 12В5 1212

Максимальное содержание в почве питательных веществ и влаги на начальном участке борозд второго яруса объясняется тем, что впитывание стоков происходит из каждой борозды. Большая часть питательных веществ (до 60...70?) сосредотачивается • в слое почвы 0...50 см.

В четвертой главе "Степень влияния орошения навозными стоками на окружающую среду и способы предотвращения её загрязнения" приведены результаты производственных опытов и исследований По изменению основных свойств почвы, качества растениеводческой продукции, грунтовых и поверхностных вод, даны рекомендации по снижению отрицательного воздействия вносимых навозшх стоков на природу.

Изменение основных свойств почвы происходит благодаря интенсификации микробиологических и физико-химических процоссов в активном слое почвы, вызванных орогазнием навозными стоками. Санитарно-бактериологкческие исследования почвы показали следув-рэе. При полива дождеванием татр кишечной палочки соответствовал требованиям чэрез 30...35 суток (после второго полива). С увеличением оросительной нор.ы от 600 ц3/га до 1800 м3/га процессы самоочищения почвы замедлялись, оставаясь на уровне слабого загрязнения.

При поливе стокам по бороздам почва характеризовалась как чистая по всем показателям, за исключением титр клостридиум пер-фрингенс, через 20 суток. Во время полива по бороздам растения, произрастающие на гребне, практически не контактируют со стоками, оставаясь чистыми. Гребень увлажняется под действием капиллярных сил, наиболее концентрированная, часть стоков осаждается на дно борозды и сманивается с почвой в процессе обработки. Повторное внесение навозных стоков следует проводить после заверпя-нш! процесся самоочицэния. Загрязнете почш патогенной микрофлорой не обнаружено.

Удобрительно-увдажкптельше поливы навозными стоками по бороздам с содержанием сухого вопгэства 3,0...3,5^ способствовали оструктурнвзнию почвы. Процентное содержание ценных агрегатов раэмером 1,0...5,0 «м после трехгодичного внесения стоков увеличилось в пахотном слое почвы с 71,9 до 75,455. Количество водопрочных агрегатов агрономически ценных фракций 1,0...3,0 мм при втом увеличилось о 5,7 до 17,Внесение биогенных веществ и органики изменяло в лучщуо сторону в о дно-фпIичес вк е свойства активного слоя почш: плотность уменьшилась на 0,22...0,16 г/см3, наименьшая елагоемхость увеличилась на 1,55...2,90% (риа.З), повысилась водопроницаемость. Химические анализы показали, что орошение навозкымн стоками способствовало снижению гидролитической кислотности серой лесной почш. Реакция среда во всех вариантах смещалась в сторону нейтральной и била слабокислой (рй«б,1... 6,5). При ежегодном внесении навозных стоков нормой 250...380 кг/га по азоту серые лесные почвы по степени насыщенности основаниями стали относиться к средне и хорошо окультуренным.

Наблюдения за динамикой распределение минеральных форм азота на различных типах почвы в зоне аэрации показали, что

0

10

£

о 20

г.

30

со АО

=г

о

сг 50

СЯ я 60

о. 70

00

ю > 90

400

оьъсмная масса, г/о^ Лороьнооть , % .0 2,0

\

\

V

1\ п

Г

) 1

1 1

, 1 1

20 4 0 6

- 1 1

1 1

/,

/ 1 •

/ /

/ 1

1

• / 1

Наименьшая влагооллкость

ПОЧВЫ 6% ОТ ООЪСМА Ю 20 30 40

у

А-

1 1

1 1

рю. 3. изменение бодю-фиьшских свойств суглинистой почвы

■ ПРИ .ОЮ1ЮНИИ НОБОЬНЫМИ СТОКАМИ (-19&6...Н9&8 гг.):

— ю орошение ; --- поело орошения . .

нитратный азот концентрируется в верхней полуметровом слое, незначительно изменяясь ниже по разрезу (рис.4). Расчеты показали, что при удобрите льно-увлага гите льном орошении навозными стоками, нормой по азоту 400 кг/га, возможно накопление минеральных форм азота и через & лет содержание их может увеличиться в 8...10 раз, через -Ю лет -более чем в 15 раз. Для аппроксимации зависимости концентрации азотных соединэннй от глубины проникновения их в почву нами бола использована кривая Гаусса, которая определяется тремя параметрами:

Аехр!-^1^ ] ' (4)

где ^„р концентрация азотных соединений на гдубина от поверхности почвы;

А - параметр, характеризующий максимальное содержание азота в слое почвы;

П1 - параметр, характеризующий положение максимума по профилю почвы;

<5 - параметр, определяющий границы горизонта концентрами соединений.

Принимая во внимание дискретный характер наблюдений и полагая, что экспериментально концентрация веществ по профилю почет определяется послойно через одинаковые промежутки Д х , запасам выражение (4) в следующем виде:

у. = Аехр[-^ а~п)г] (5)

где - порядковый номер почвенного слоя;

м(£-)г

Параметры зависимости (5) "оцениваем методом наименьших квадратов из условия обращения в минимум суммы .квадратов отклонений экспериментальных и расчетных значений:

5=£ {¿>1211 - ШехрС-^а-П)']]}-™^

где 21

- дискрет»*« значения концентрации азотных соединений, подученше в результате эксперимента;

- параметры аппроксимирующей функции,подлежащие оценке.

а) Контроль

О 20 40 Мг/кг

.""207 кг/га ^ Лок}. 314кгДа 2] /Уедц.- кг/го

4

О

-С> СО

о

о; о

о

<

з: з; иэ

10 АО 60 80 н7/кг!

.......У-лЙ,

10 40

А/-Щ 60 80 Юо мг.

Рис. 4. Динамика рАспрздолонмя аъота иитрдтоь

по проатю почвы поело орошения навоэдыщ стоками:

2 СУТОК ; — Ч№Ъ СУТОК ; ЧОРеЗ 50 СУТОК .

Для упроптэшш расчетов а послодазц шраяании (6) используется логаргфгачясная »-'эра входящих d него составляющих.

Условием шшицуна величины S является равенство нулю частных производных от S по каддоцу из параметров:

3?=5М<«=0

=Г1ЛМ(1)=0

V

г до Hii=enlZil-gnA

Введя обозначения L=Q, £ L,=S , ^l'^C и решив оистецу уравнений (7) относительно параметров на ЭШ, получили:

N^iäter■

i'4

(10)

здесь • Ußl, = jfi}&]lZll~^fil

•Эр! IM

Сравни те яыий анализ показал, что приведенные соотношения позволяют достаточно точно"описать распределение азотных соединений в слое почвы. ' Остаточная дисперсия для песчаных грунтов при числе степеней свободы вксперимента П "12 не превышает величины 5« =0,01 А . Для тяжелых почв остаточная дисперсия возрастала до величины Sa »0,05 А .

Обследование существующих специализированных полей орошения полевые опыты и прогнозные расчеты показали, что при нарушении технологии, режима орошения и близком з .легании водоносного

горизонта (2...3 и от поверхности земли) происходит эагрязизпае грунтовых вод соединениями азота, их минерализация. В вегетационный период 1988 года после двух лет эксплуатации свинокомплекса в пробах воды из скважин 5,6,9 участка "Нестерково" наблюдалось повышенное содержание аммония - 1,3...1,8 иг/а, что свидетельствует о недавнем загрязнении грунтовых вод биогенными веществами. Количество нитратного азота колебалось по периодам года: максимальное весной - 22,4...36,1 мг/л, снижаясь до минимального в летне-осенний период - 1,0...3,1 мг/л. После трех лет орошения стоками и внедрения природоохранных мероприятий в 1989 г. среднегодовое содержание нитратного азота соответствовало расчетным значениям (табл.5) и не превышало ВДК » - 44 ыг/л.

Таблица Б

Расчетное содернание нитратного азота

в грунтовых водах, мг/л

I Время от начала орошения массива, год

До оро- ■ ................

ШВНИЯ II 13 <5_1 10

0,3 0,3...0,5 5,9...10,0 10,2...16,2 20,1...34,0

Влияние навозных стоков на урожайность и качество кормовой продукции изучалось на опытшх делянках и производственных участках. С увеличением нормы внесения навозных стоков до 500...550 кг/га азота урожайность многолетних трав возрастала в 3,5...4,2 раза. Максимальная отдача от орошения навозными стоками наблюдалась в первый год их использования, в последующие годы б фиктивность внесения снижалась.

Урожайность многолетних трав в зависимости от норад внесения с навозными стоками азота о достаточной точностью, определяется следующими уравнениями:

- первый год орошения - 0,949// +• 81,7, d - 20,

- второй год орошения У, - 0,599//+ 219,6,6 - 16,2%

- третий год орошения Уз - 0.5I8/V+- 384,0, 6-22,0£ где У - урожайность зеленой массы многолетних трав, ц/га}

N - норма внесения стоков, кг/га »зота;

6 - ошибка аппроксимации.

Опыте показали нецелесообразность постоянного многолетнего

орошения навозными стоками, так как снижается окупаемость вносимых питательных веществ урожаем, происходит накопление нитратов в почве и растениях, ухудшение травостоя.

При орошении навозными стоками сельскохозяйственных культур необходимо соблюдать определенное нормирование, так как избыток элементов питания отрицательного влияет на питательную ценность кормов. Орошение животноводческими стоками многолетних трав во всех вариантах способствовало увеличения содержания сырого протеина. Однако по содержанию клетчатки продукция контрольного варианта соответствовала I классу, а опытных вариантов П и Ш классу. Содержание калия во всех вариантах выше нормы, но оно нигде не превышает допустимых пределов. Содержание натрия низкое 0,03... 0,07$ на сухое вещество.

5 первый год проведения исследований содержание нитратов в продукции первого укоса было ниже и составляло 0,03...0,09%. Однако второй укос показал, что повышение поливной норш по азоту до 450...500 кг/га влечет за собой увеличение содержания нитратов э многолетних травах до 0,31% сухого вещества. Деляночные и производственные опыты показывают, что во второй и третий годы орошения навозными стоками содержание нитратного азота в кормах превышает ЩЩ при норме внесения по азоту 360...400 кг/га.

Следовательно, для получения доброкачественной растениеводческой продукции на специализированных полях орошения необходимо строго соблюдать поливной режим, постоянно контролировать дозы внесения питательных веществ. Годовая норма внесения азота с навозными стоками не должна превьпаать 360 кг/га. Уборку урожая проводить не ранее, чем через 15...20 суток после последнего полива стоками. Это время необходимо для превращения авота.,в органическое вещество растений.

Санитарное состояние малых рек в зоне влияния животноводческих комплексов в определенные периода года не соответствует требованиям. Из пяти наблюдаешх водотоков в зоне расположения свинокомплекса "Владимирский" Владимирской области, только два находились в относительном благополучии: р.Суйма и р.Коневка. Отсутствие устойчивого биоценоза наблюдалось в водотоках Денисов-га, Липки, Безымянный. Исследуете водотоки по содержанию аммо-«йного азота в июне-июле квалифицировались от загрязненных [2,0 мг/л) до очень грязных (р.Коневка - 6,12 мг/л). В пределах юрмы было содержание аымонийнбго азота в р.Липки в августе-сентябре, в остальных водотоках оставалось умеренное загрязнение.

Содержание нитратов в воде находилось в допустимых пределах во всех водотоках кроме р.Коневки. Наличие нитратов в воде является следатвием свежего загрязнения. Нитриты постоянно присутствуют во всех водотоках в пределах 0,006...0,370 мг/л, при ГЩК -0,08 мг/л.

Фосфаты присутствовали в поверхностных водах в количестве О,01...О,30 ыг/л при - 0,05 мг/л. В более половины проб на БПК^ вода не соответствует стандарту и характеризуется как грязная (более 5,0 мг/л).

По санитарно-бактериологическим показателям в период вегетации состояние водотоков было благополучным: коли-индекс не более 500, а микробное число не превышало 1000. Загрязнение наблюдалось в реке Суйма в июне, реках Коневка и Денисовка в августе-сентябре.

На основании проведенных комплексных исследований малых рев и водотоков; находящихся в зоне расположения животноводческих комплексов, можно заключить, что крупные животноводческие комплексы являются потенциальными источниками загрязнения поверхностных вод. Вероятность загрязнения возрастает при нарушении технологического процесса подготовки и утилизации отходов животноводства., эксплуатационного режима орошения.

Мероприятия по предотвращению загрязнения окружающей природной среды включают в себя доочистку поверхностного стока и дренажных вод с земледельческих полей орошения! снижение накопления нитратов в активном слое почвы, растениях и повышение качества кормов.

Доочистку дренажных вод проводили рогозом широколистным, который высаживался в ложе магистрального канала длиной 400 и, шириной до 3 м. После прохождения дренажных вод по магистральному .каналу, заросшему рогозом, содержание аммонийного азота снижалось с 272 до 5,3 мг/л, азота нитратов - с 3,20 до 0,18 мг/л, фосфатов - с 49,0 до 0,9 мг/л, БПКц - с 404,0 до 8,4 мг/л. Количественные показатели окисллемости и химического потребления кислорода (ХПК) уменьшались в 14...16 раз. Качество очистки зависело от количества загрязняющих ингридиентов, фазы развития рогоза широколистного, времени контакта потока с растениями. После взаимодействия стока с рогозом в течение 5...10 суток степень доочистки по взвешенным вещеотвам,'азотным соединениям и фосфатам достигала 90...99%, по хлоридам более €0%, сульфатам - 30...40$. Кроме того, дренажные воды с полей орошения полностью теряли запах,становились прозрачными.

Эффективным средством закрепления в почве минеральных форм азота при орошении навозными стоками является запахивание измельченной соломы на глубину до 10 см. Проведенные нами полевые исследования показали, что запашка соломы из расчета 5 т/га снизило содержание нитратного азота в пахотном слое почвы с 97,7 до 6,9 мг/кг почвы. При использовании соломы в качестве дополнительного источника углерода нами предложено годовую норму внесения навозных стоков по азоту рассчитывать с учетом его закрепления и использования микроорганизмами в процессе разложения солош:

М Ь -*■ С 'Q_ щ

|1с Ю ЯК.'Кг'Р ' (И)

где fit - годовая норма внесения навозных стоков, и /га;

Ь - вынос азота планируемым урожаем, кг/га;

К, - коэффициент использования азота растениями из стоков;

К- - коэффициент, учитывающий потери азота при поливе (принимается равным 0,85);

JV - концентрация азота в стоках,

С - количество вносимой в почву солош, т/га;

О, - количество азота навозных стоков,необходимое для разложения I т солош (18...26 кг/т);

р - коэффициент обеспеченности почвы питательными

веществами (низкая обеспеченность - 1,2, средняя - 1,0, высокая - 0,8).

Запахивать солому целесообразно на второй год после начала орошения стоками. Процесс разложения ее длится в течение 3...4 лет и особенно активно протекает в начальный период.

Запахивание 5 т/га солош способствовало снижению содержания азота нитратов в однолетних травах с 709 мг/кг на контроле до 514...538 мг/кг сырого вещества в опытных вариантах.

Опрыскивание многолетних трав раствором молибденовокислого аммония из расчета 220 г препарата, растворенного в 50 л воды на I га площади, позволило снизить содержание нитратного азота с 1,02В до 0,712...0,0635$ и клетчатки с 34,9 до 32,4% на сухое вещество. Кроме того, происходило повышение протеина в сухом веществе с 15,1 до 28,755.

Для дальнейшего снижения содержания нитратов в кормовой продукции исследовались различные способы их переработки: сенажи-рование и силосование с добавлением консервантов, высушивание. В качестве добавок-консервантов при закладке сенажа использовался

»

препарат "Вихер", уксусная и пропионовая кислоты, железо сернокислое закисное. Все эти вещества апробированы и применяются при силосовании. Добавление препарата "Вихер" в количестве 9 р на I кр сенажируемой массы снижало содержание нитратов через 60 суток до 4Э7 мг/кг, а добавление 12 г/кг - до 43 иг/кг исходного вещества. Сенажирование с добавлением железа сернокислого закисного в количестве 0,2.,.0,3% позволило снизить содержание нитратов в сенаже через 60 суток на 83% по отношению к исходному в зеленой массе и 56...60% по отношению к контролю. На контроле, без внесения консервантов, содержание нитратов в сенаже составляло 1434 мг/кг исходного вещества (ЦЦК-200 мг/кг).

При закладке сенажа и силоса в производственных условиях предлагается использовать в качестве консерванта железо сернокислое закисное, как более зффективное, менее дорогостоящее и дефицитное вещество. Непосредственно на коры скоту можно направлять не более 25% суточного рациона зеленой массы. Растениеводческую продукцию с повышенным содержанием нитратов целесообразно использовать в ка» честве зеленых удобрений на других полях.

Общие выводы и предложения

1. Навозные стоки животноводческих комплексов являются не только ценным органическим удобрением, использование которых способ ствует получению дополнительной растениеводческой продукции и повышению плодородия почв, но при неправильном их использовании и источником загрязнения природной среда. Отсутствие качественной подготовки навозных стоков, достаточной площади пригодных земель

и больше объемы выхода жидкого навоза увеличивают загрязнение поверхностных и грунтовых вод в районе расположения животноводческих комплексов.

2. Эффективное использование жидкого навоза в качества органического удобрения и обеспечение охраны водных ресурсов от загряз* нения достигается утилизацией его на специализированных полях орошения. Поверхностный способ полива кормовых культур навозными стоками в больней степени соответствует агротехническим, санитарно-гигиеническим и природоохранным требованиям по сравнению с дождеванием. Бороздковый полив позволяет экономить капиталовложения на строительство объекта и энергетические ресурсы в период эксплуатаци

3. Предложена технология естественной подготовки стоков животноводческих комплексов крупного рогатого скота путем их

»

отстаивания , замораживания и перекачивания в полевые прудц-нако-пители. В процессе подготовки содержания сухого вещества в стоках уменьшается до 1,0...О,5%, а основной размер фракций составляет не более 0,25 мм. Навозные стоки, подготовленные по предлагаемой технологии, вполне пригодны для полива по бороздам.

4. Экспреиментальные исследования процесса впитывания навозных стоков на серых лесных суглинистых почвах и продвижения их по бороздам с уклоном 0,004...0,006 позволили установить эмпирические коэффициента для определения скорости впитывания навозных стоков и зависимость длины добегания стоков по борозде от содержания сухого вещества.

5. Поверхностный полив стоками по бороздам на уклонах

0,004...0,006 рационально'проводить ярусами о длиной борозд верхнего яруса 80...100 м, нижнего 120...140 м. На серых лесных суглинистых почвах оптимальный расход поливных струй в пределах 0,5 л/с. Равномерность распределения питательных веществ и влаги по длине борозд при этом достигает 78...82%. Для механизации -полива навозными стоками по бороздам целесообразно использовать плейфовые машины типа ТКС-90, ТКУ-100, разработанные НШ "Радуга".

6. Поливы навозными стоками с содержанием сухого вещества 1,5...3,5% способствую* улучшению основных физико-химических свойств почвы. После трех лет орошения стоками количество органического вещества в пахотном слое почвы увеличилось с 2,5 до 4,0%, водопрочных агрегатов с 5,7 до 17,6%, плотность уменьшилась на

0,22...0,16 г/см3, повысилась его влагоемкость и водопроницаемость, несколько снизилась кислотность почвы. По содержанию элементов питания и степени насыщенности основаниями пахотный слой серой лесной почвы после внесения навозных стоков соответствует окуль-туренноцу.

7. Под влиянием длительного орошения навозными стоками изменяется питательный, водный режимы почвы и грунтовых вод на массиве. Вносимый с навозными стоками азот минерализуется в почве

и концентрируется, в основном, в слое 0...50 см. Расчетное содержание нитратов в полуметровом слое почвы через 5 лет удоб-рительно-увлажнительного орошения нормой по азоту 360.. 1,400 кг/га . увеличится более чем в Ю раз; в.нижних горизонтах 50...100 см в 2...5 раз. .

Минерализация грунтовых вод, находящихся на глубине 2...3 и, через 5 лет орошения возрастет с 0,2 до 0,6 г/к, содержание нитратного азота с 0,3 до 10,2...16,2 нг/л, чорез 10 лет минерализация составит 0,7 г/л, содержание нитратного азота 20,1...34,0 мг/л.

8. Для предотвращения загрязнения окружающей среды необходимо проводить тщательную подготовку навозных стоков, строго соблюдать эксплуатационный режим орошения, проводить мероприятия по закреплению биогенных веществ в активном слое почвы и болео полном их использовании растениями.

9. Исследования на участке "Неотерково" показали, что специализированные системы, использующие для орошэния сточные води, пэдо-пустимо располагать на супесчаных почвах о неглубоким 2...3 ы от поверхности залеганием грунтовых вод и без наличия суглинистого перекрытия.

Ю. Экспериментально установлена зависимость формирования урожайности многолетних трав при удобрительно-увлажнительном орошении навозными стоками. При повышенных нормах внесения стоков более 400 кг/га азота урожайность многолетних трав растет, но питательные вещества при етом используются нерационально и происходит снижение качества кормовой продукции. Рекомендуемая норма внесения навозных стоков по азоту для многолетних трав 270...360 кг/га средняя урожайность составляет 478...522 ц/га веленой массы.

II. При орошении навозными стоками многолетних трав в них увеличивается содержание протеина и клетчатки в 1,5...2,0 раза по сравнению с орошением чистой водой. Вместе с тем происходит накопление нитратной формы азота с увеличением нормы внесения стоков. При двух циклах скашивания предельной нормой внесения стоков по азоту является 300 кг/га, при трех циклах - 360 кг/га, при етом содержание азота нитратов в многолетних травах не превышает опасный предел 0,11% на сухое вещество.

Растениеводческую продукцию, получаемую с полей, орошаемых навозными стоками, рекомендуется использовать на сенаж, силос с добавлением консервантов, перерабатывать в витаминную куку и гранулы, а непосредственно на корм скоту направлять не более 25% суточного рациона зеленой массы.

12. Для иммобилизации нитратного ааота и снижения его потерь из пахотного слоя почвы целесообразно ежегодно вносить измельченную еолочу в количестве 3...5 т/гз, что позволит ныравнить неблагоприятное при орошении стоками соотноиение углерода и азота.

Комплексное применение предлагаешх технологий утилизации стогов и способов борьбы с накоплением нитратов в почве, растениях а кормах, соблюдение эксплуатационного режима удобрительно-увлаж-:штэльного орошения позволит предотвратить загрязнение окружающей греда, повысить плодородие почвы, урожайность и качество кормовых культур.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Установка для внутрипочвеннэго внесения жидкого навоза на цуга с торфяными почвами. - Информ.листок Рязанского НТЦ и ШИцП,-. 1983. - 9 146-88,- 4 с. (в соавторстве).

2. Опыт сельскохозяйственного использования навозных стоков фупного рогатого скота. - И ¡¡фору, листок Рязанского МГЦ НТИиП.-. 1988,- р 320-88,- 4 с.(в соавторстве).

3. Моделирование процесса накопления минеральных форм азота 1 подпахотном слоа //Метода обработки информации в задачах уп->авления: Межвуз.сб.-Рязань: РРТИ.1988.- с.114-116 (в соавторстве).

4. Пути снижения нитратов а кормах при удобрительно-увлажни-'ояьном орошении животноводческими стоками. - Информ.листок Ря-¡анского МГЦ НТИиП. - 1990. - р 61-90.- 4 с.

5. Доочястка дренажных вод рогозом широколистным при почвен-юй очистке свиностоков. - Информ.листок Рязанского МГЦ ПТИиП.-

. 1990,- ^80-90,- 3 с. (в соавторстве).

6. Влияние орошения навозными стоками на урожайность и ка-[вство кормовой продукции. - Информ.листок Рязанского !ЛЦ ШИиП.-. 1991. - Р 418-91. - 4 с.

7. Способ утилизации жидкого навоза /Авт.свид.® 1546455 от 11.89. Ввлл.Р 8 (в соавторстве)'.

8. Распределение влаги й питательных веществ при бороэдковом оливе стоками. - Информ.листок Рязанского МГЦ ПТйиП.Л991,->! 306-91.- 4 с.