Оценка воздействия животноводства на почву

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Международный государственный экологический

университет имени А. Д. Сахарова»

Факультет мониторинга окружающей среды

Кафедра экологического мониторинга и менеджмента

оценка воздействия объектов животноводства на почву

Дипломная работа студента 5 курса

Барановского Владимира Сергеевича

________________В.С. Барановский

Минск 2014

Рэферат

Дыпломная праца: 68 старонак, 18 табліц, 6 малюнкаў, 42 крыніцы.

Глебавае покрыва, адыходы жывёлагадоўлі, экалагічны стан, забруджвальныя рэчывы, прыроднае асяроддзе

Аб'екты даследавання працы - гноезмяшчальныя сцёкі і забруджвальныя рэчывы ў іх складзе; жывёлагадоўчы аб'ект «Дубраўскі бройлер» (Брэсцкая вобласць, Брэсцкі раён, в. Тамашоўка) як крыніца паступлення забруджвальнікаў у глебу.

Мэта працы: ацэнка ўздзеяння аб'ектаў жывёлагадоўлі на глебавы покрыва бліжэйшых тэрыторый.

Метад даследавання - абагульненне эксперыментальных дадзеных, атрыманых на падставе праведзеных палявых і лабараторных даследаванняў. У якасці мадэльнага аб'екту была абрана птушкафабрыка «Дубраўскі бройлер».

У выніку праведзеных даследаванняў на землях птушкафабрыкі «Дубраўскі бройлер» паблізу памётасховишча ўстаноўлена, што забруджвальных рэчываў глеб з'яўляюцца - рухомыя формы фосфару P2O5; амоній-іён NH4 +, хларыд-іён Cl-, сульфаты SO42-.

У сувязі з пашырэннем будаўніцтва жывёлагадоўчых комплексаў і узмацненнем антрапагеннай нагрузкі на бліжэйшыя зямлі праблема аховы глебаў з'яўляецца адной з самых актуальных праблем у сельскай гаспадарцы.

Падобныя даследаванні дазваляюць прагназаваць і папярэджваць негатыўныя наступствы, узнікненне якіх магчыма ў ходзе эксплуатацыі аб'ектаў жывёлагадоўлі і на прадухіленне якіх патрабуецца значная колькасць часу і сродкаў.

Abstract

work: 68 pages, 18 tables, 6 figures, 42 sources.cover, animal waste, ecological condition, pollutants and natural environmentof research work - manure runoff and pollutants in their composition; livestock to «Dubravskiy Broiler» (Brest, Brest region, etc. Tomashovka) as a source of pollutants in the soil.: To assess the impact of livestock facilities on soil conditions in the surrounding areas.method of investigation - a generalization of experimental data obtained on the basis of conducted field and laboratory studies. As a model object was selected poultry « Dubravskiy Broiler».studies on the poultry farm lands «Dubravskiy Broiler» near litter storage found that soil contaminants are - mobile forms of phosphorus P2O5; ammonium ion NH4 +, chloride ion Cl-, sulfates, SO42-connection with the expansion of the livestock complexes and increasing anthropogenic load on nearby land problem of soil protection is one of the most pressing problems in agriculture.of this kind will help predict and prevent negative consequences, whose formation is possible during operation of the livestock and the prevention of which requires a significant amount of time and money.

Реферат

Работа: 68 страниц, 18 таблиц, 6 рисунков, 42 источника.

ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ, ОТХОДЫ ЖИВОТНОВОДСТВА, ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА, ПРИРОДНАЯ СРЕДА

Объекты исследования работы - навозосодержащие стоки и загрязняющие вещества в их составе; животноводческий объект «Дубравский бройлер» (Брестская область, Брестский район, д. Томашовка) как источник поступления загрязнителей в почву.

Цель работы: оценка воздействия объектов животноводства на почвенный покров близлежащих территорий.

Метод исследования - обобщение экспериментальных данных, полученных на основании проведенных полевых и лабораторных исследований. В качестве модельного объекта была выбрана птицефабрика «Дубравский бройлер».

В результате проведенных исследований на землях птицефабрики «Дубравский бройлер» вблизи пометохранилища установлено, что загрязняющими веществами почв являются - подвижные формы фосфора P2O5; аммоний-ион NH4+, хлорид-ион Cl-, сульфаты SO42-.

В связи с расширением строительства животноводческих комплексов и усилением антропогенной нагрузки на близлежащие земли проблема охраны почв является одной из самых актуальных проблем в сельском хозяйстве.

Исследования подобного рода позволяют прогнозировать и предупреждать негативные последствия, образование которых возможно в ходе эксплуатации объектов животноводства и на предотвращение которых требуется значительное количество времени и средств.

Оглавление

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

.1      Структура животноводческих объектов в Республике Беларусь

.2      Образование отходов животноводства в Республике Беларусь

.3      Влияние животноводческих стоков на почвенный покров

.4      Сточные воды птицефабрик

.5      Влияние животноводческих стоков на водные объекты

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

.1 Содержание элементов и веществ в фоновых территориях

.2 Содержание загрязняющих веществ в зоне влияния пометохранилища

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящей работе применены следующие термины с соответствующими определениями:

Животноводческие стоки - сточные воды животноводческих комплексов.

Загрязняющее вещество - любое химическое вещество или соединение, которое находится в объекте окружающей природной среды в количествах, превышающих фоновые значения и вызывающие тем самым химическое загрязнение.

ЗПО (земледельческие поля орошения) - специализированные мелиоративные системы, предназначенные для приема предварительно очищенных сточных вод с целью использования их для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий, а также очистки в естественных условиях.

ПДК (предельно допустимая концентрация) - утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

ППК (почвенный поглощающий комплекс) - коллоидный комплекс, совокупность нерастворимых в воде мелкодисперсных минеральных, органических и органоминеральных соединений, образовавшихся в процессе формирования почвы и частично унаследованных от материнской породы.

РОС (резервуар осветленных стоков) - емкость, предназначенная для хранения осветленных (освобожденных от осадка) стоков.

ВВЕДЕНИЕ

Сельское хозяйство, как и любая другая отрасль общественного производства, связана с использованием природных ресурсов. Ведь труд земледельца и животновода - это использование природы, окружающей нас естественной среды для удовлетворения потребностей человека. Сельское хозяйство необходимо рассматривать как огромный, постоянно действующий механизм культивирования живых природных богатств, и подходить к нему следует еще под одним углом зрения - охраны окружающей среды. В условиях аграрного производства использование природных ресурсов и, прежде всего, земли должно сочетаться с мерами по охране окружающей среды.

Актуальность проблемы охраны окружающей среды в сельском хозяйстве усиливается в современных условиях в связи с процессами загрязнения природных объектов, используемых в аграрном производстве. Эти загрязнения ведут к снижению плодородия почв и их продуктивности, ухудшению качества вод, атмосферы, наносят ущерб растениеводству и животноводству, что влечет к недополучению сельскохозяйственной продукции и ухудшение ее качества. Экологические проблемы сегодня являются одними из наиболее важных и глобальных. Агропромышленный комплекс в современных условиях является одним из основных загрязнителей земель и других элементов окружающей среды: отходы и сточные воды животноводческих комплексов, ферм и птицефабрик приводят к ухудшению состояния земли и всей окружающей среды в сельской местности.

Животноводство Республики Беларусь является значимой отраслью хозяйственного комплекса страны, производящей около 7.9% от стоимости всей внутренней валовой продукции и более 55% продукции сельского хозяйства [1, 2]. Программа развития сельских территорий на 2011 - 2015 гг. предусматривает дальнейшее интенсивное развитие животноводческой отрасли, предусматривается строительство 875 новых и реконструкция 1350 животноводческих комплексов [3].

Каждый такой объект является потенциальным источником загрязнения, в особенности почвенного покрова, отходами животноводства, поэтому оценка воздействия объектов животноводства на почву представляется весьма актуальной задачей. Составление перечня загрязнителей и их количества, полученного при исследовании стоков какого-либо предприятия, даст возможность оценить воздействие этого предприятия на почвенный покров, и при необходимости, предотвратить негативные последствия.

Цель работы: оценка воздействия объекта животноводства на почвенный покров близлежащих территорий.

Для достижения цели работы были обобщены научные данные о влиянии объектов животноводства на почвенный покров, составе навозосодержащих стоков и количественном содержании в них макрокомпонентов. Изучены экспериментальные данные, сформулированы выводы и заключения на основании проведенных исследований.

Следует отметить, что животноводческая отрасль при существующей структуре, численности и технологии кормлении скота обеспечивает ежегодный объем экскрементов на уровне 42,4 млн. т, наибольший удельный вес (64,5%) в нем занимают экскременты крупного рогатого скота; свиней и птицы соответственно 14,5% и 11,4%. Влияние навозосодержащих стоков на почвенный покров зависит от ряда факторов - особенности самого почвенного покрова (способность почвенных разновидностей к накоплению компонентов жидких навозных стоков и самоочищению в результате промывных процессов), химическая активность компонентов навозных стоков, нормы внесения стоков.

Согласно исследованиям, проведенным в Беларуси в рамках различных программ, временных сроков, нормативно-методических основ - жидкие навозные стоки являются источниками накопления тяжелых металлов в почвах. Сложность рельефа и активное развитие процессов водной эрозии способствуют расширению границ загрязненных территорий за счет жидкого и твердого поверхностного стока.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1    Структура животноводческих объектов в Республике Беларусь

Основными видами сельскохозяйственных животных, выращиваемых на территории Беларуси, являются крупный рогатый скот (коровы), свиньи и птица (рисунок 1.1.1).

Рисунок 1.1.1 - Структура и динамика численности поголовья основных видов скота в Республике Беларусь

Наибольшее распространение в республике получило разведение крупного рогатого скота. На начало 2014 г. в республике насчитывалось 4330,1 тыс. голов, из них порядка 95 % содержатся в сельскохозяйственных организациях. В каждом административном районе существуют сельскохозяйственные объекты данного направления.

На сегодняшний момент, согласно данным Национального статистического комитета Республики Беларусь, в хозяйствах всех категорий численность крупного рогатого скота составила 4,3 млн. голов, что на 1,1% меньше аналогичной даты предыдущего года, коров - 1,5 млн. голов (на 0,3% больше), свиней - 3,3 млн. голов (на 22,2% меньше), птицы - 45,7 млн. голов (на 7,9% больше) [4].

Предприятия крупного рогатого скота по своему назначению бывают двух типов: племенные, занимающиеся совершенствованием пород и выращиванием высокоценного племенного молодняка крупного рогатого скота; товарные, занимающиеся производством молока и мяса. Товарные фермы крупного рогатого скота в свою очередь разделяются в зависимости от направления на молочные; мясные и мясные репродукторные; по выращиванию ремонтного молодняка; по выращиванию телят и откорму молодняка; по откорму крупного рогатого скота.

В зависимости от мощности выделяются фермы и комплексы. Мощность фермы по производству говядины до 3 тыс. голов в год, комплексов - от 3 до 5 тыс. голов выращивания и откорма КРС в год. Размеры ферм по производству молока минимальный - 100, оптимальный - 235 коров; комплексов от 400 коров [5].

На фермах и комплексах крупного рогатого скота применяют привязную (стойловую) и беспривязную системы содержания скота. В зависимости от конкретных условий хозяйств, принимают один из вариантов системы содержания скота: круглогодовая стойловая, стойлово-пастбищная и стойлово-лагерная.

При круглогодовом стойловом содержании животные круглый год находятся на комплексах (фермах), куда доставляют корма. В период вегетации растений используют корма зеленого конвейера. Такая система содержания применяется при высокой концентрации животных на комплексах.

При стойлово-пастбищной системе в период вегетации растений скот пасется на долголетних культурных пастбищах, а в ночное время и в неблагоприятную погоду находится в зданиях. Здесь же, как правило, происходит и доение коров. В остальное время животных содержат на ферме.

Стойлово-лагерная система содержания применяется в молочном и мясном скотоводстве при удаленности пастбищ от ферм. В этом случае на пастбищах организуются летние лагеря, где животных подкармливают и доят.

Стойла представляют собой расположенные рядами небольшие площадки. В течение дня животных (за исключением скота на откорме) при благоприятных погодных условиях прогуливают не менее 2 часов на выгульных площадках. Кормят и поят скот в стойлах. При круглогодовом стойловом содержании допускается в летний период кормление на выгульно-кормовых дворах. Доят коров в стойлах или на доильных площадках.

При беспривязном содержании животных размещают группами без привязи в секциях на глубокой, периодически сменяемой подстилке, на решетчатых полах без подстилки или с устройством в секциях индивидуальных боксов, обеспечивающих сухое ложе при минимальном расходе подстилки или без нее.

Численность свиней на начало 2014 года составляла 3313,3 тыс. голов (таблица 1.1.1), из них 76% содержится в сельскохозяйственных организациях, расположенных в 116 районах республики.

Таблица 1.1.1 - Численность сельскохозяйственных животных по областям (по состоянию на 01.01.2014 г.)

Свиноводческие хозяйства по назначению разделяются на племенные и товарные, а по типу, размеру и мощности - на фермы и комплексы.

Племенные хозяйства совершенствуют породы и выращивают племенной молодняк для товарных свиноводческих ферм и комплексов. Товарные фермы и комплексы по назначению подразделяются на специализированные (репродукторные и откормочные) и с законченным производственным циклом.

Репродукторные объекты выращивают молодняк для специализированных племенных или откормочных ферм и комплексов, откормочные - производят мясо. Хозяйства с законченным оборотом (циклом) выращивают и откармливают собственный молодняк на мясо.

Фермы - хозяйства, циклично производящие продукцию свиноводства (поросят для воспроизводства - племенных, или откормочных на мясо) и имеющие мощность до 12 тыс. голов в год.

Комплексы - хозяйства, производящие продукцию свиноводства - выращивание и откорм свиней или раздельно только выращивание и откорм (специализированные) мощностью 12 и более тысяч голов в год. Они характеризуются равномерным (ритмичным) круглогодовым процессом производства на базе высокого уровня концентрации, специализации производства, механизации производственных процессов и раздельно-цеховой организации труда.

Фермы, в отличие от комплексов, имеют меньшую степень концентрации и механизации производственных процессов и цикличное производство продукции.

Мощность свиноводческих хозяйств определяется:

племенных ферм - по поголовью основных свиноматок, имеющихся на начало года;

репродукторных комплексов и ферм - по количеству выращенных и реализованных поросят за год;

откормочных ферм и комплексов с законченным оборотом (циклом) или специализированных откормочников - по поголовью откармливаемых свиней в год.

Птицеводство - одна из самых эффективных и рентабельных отраслей сельского хозяйства. На 01.01.2014 г. во всех хозяйствах страны насчитывалось 45,7 млн. голов. Основными производителями продукции птицеводства в республике являются сельскохозяйственные организации, на которые приходится 83 % поголовья птиц республики (таблица 1.1.1). Это количество размещается на 54 птицефабриках.

Птицеводческие предприятия, по назначению делятся на племенные, товарные, специализированные, инкубаторно-птицеводческие станции.

Племенные предприятия занимаются совершенствованием существующих и выведением новых пород и линий птиц для снабжения племенной продукцией товарных хозяйств, инкубатор-но-птицеводческих станций и населения, занимающегося птицеводством.

На племенных птицеводческих предприятиях основной продукцией являются яйца и племенная птица, сопутствующей - пищевые яйца и мясо. Товарные предприятия имеют яичное и мясное направление. На товарных предприятиях яичного направления основной продукцией являются яйца, сопутствующей - мясо птицы: на товарных предприятиях мясного направления основная продукция мясо, сопутствующая - яйца.

Кроме того, на товарных фермах выращивают ремонтный молодняк птицы для комплектования промышленных стад. Специализированные хозяйства занимаются выращиванием гибридных кур-молодок для товарных хозяйств; инкубаторно-птицеводческие станции - приемом яиц, обработкой, инкубированием, выведением цыплят и их реализацией. Побочной продукцией на всех птицеводческих предприятиях являются пух, перо, битые яйца и отходы основного производства, идущие на утилизацию.

Птицеводство - одна из самых эффективных и рентабельных отраслей сельского хозяйства. На 01.01.2014 г. во всех хозяйствах страны насчитывалось 45,7 млн. голов. Основными производителями продукции птицеводства в республике являются сельскохозяйственные организации, на которые приходится 83 % поголовья птиц республики.

Это количество размещается на 54 птицефабриках [4]. Основная цель - снабжение племенной продукцией товарных хозяйств, инкубаторно-птицеводческих станций и населения, занимающегося птицеводством. Максимальная численность птицы (около 45 млн. голов) отмечена в конце вначале 2014г. (рисунок 1.1.2).

Рисунок 1.1.2 - Структура и динамика численности поголовья птицы

В территориальном отношении Минская область является лидером по численности основных групп сельскохозяйственных животных: крупного рогатого скота, свиней, птиц (таблица 1.1.1) в сельскохозяйственных организациях. В свою очередь в Могилевской области наименьшее количество крупного рогатого скота и свиней, а в Гродненской - птиц.

На районном уровне выделяются Барановичский, Гродненский, Могилевский и Минский районы, где поголовье скота составляет более 100 тысяч условных голов.

В целом по республики условное поголовье составило 4330,1 тыс. голов. Наибольшее количество приходится на Минскую область, где сосредоточено около 24 % всего поголовья скота.

1.2    Образование отходов животноводства в Республике Беларусь

животноводство сток загрязняющий пометохранилище

В настоящее время в республике животноводческая отрасль при существующей структуре, численности и технологии кормлении скота обеспечивает ежегодный объем экскрементов на уровне 42,4 млн. т. [6]. Животноводческие стоки влажностью более 97 % составляют до 65% его объема. Это объясняется тем, что на крупных комплексах используется гидравлическая система навозоудаления со значительным расходом воды. Так, в зависимости от системы навозоудаления (механической или гидравлической) нормы расхода воды на одно животное различаются от 2 до 15 раз, и составляют на свиноводческих комплексах 1,5-20,0, на животноводческих предприятиях промышленного типа по откорму крупного рогатого скота - 8-15, на комплексах молочного направления - 15-30 л в сутки [7].

Наибольший удельный вес (74,5%) по объему занимают экскременты крупного рогатого скота; свиней и птицы соответственно 14,5% и 11,4% (таблица 1.2.1)

Таблица 1.2.1 - Объемы поступления экскрементов животных в окружающую среду (01.01.2014 г.)

В настоящее время наиболее оптимальным решением проблемы утилизации жидкой органики является использование их в качестве удобрений.

Почти 50% объема животноводческих стоков используется на земледельческих полях орошения (ЗПО), площадь которых уже в 1990 г. превышала 15 тыс. га.

Поэтому для удобрительного орошения сельскохозяйственных культур применяются специально подготовленные (осветленные) стоки после механического разделения на фракции (жидкую, твердую) с дальнейшим гарантированием и дегельминтизацией в резервуарах осветленных стоков (РОС). Емкость последних рассчитывается на аккумуляцию годового объема животноводческих стоков, что обусловлено климатическими особенностями республики.

Следует отметить, что утилизировать бесподстилочный навоз в земледелии и луговодстве намного сложнее, чем обычный подстилочный навоз. Это, прежде всего, обусловлено наличием в жидкой органике патогенной микрофлоры и яиц гельминтов, сроки выживания которых возрастают при разбавлении водой [8].

Это, в свою очередь, требует всестороннего изучения влияния дождевания стоками на окружающую среду: почву, воздух, растения и природные воды, во избежание негативных последствий неграмотного использования животноводческих стоков как удобрений. Сказанное в равной мере относится и к изучению химического состава и специфических свойств животноводческих стоков, что позволит рассчитывать необходимую норму внесения стоков в виде удобрений на полях, учитывая специфику состава стоков и взаимодействие содержащихся в стоках веществ с почвенным покровом (таблица 1.2.2).

Таблица 1.2.2 - Химический состав навозосодержащих стоков после механической очистки при подготовке их к орошению (свинокомплекс «Беловежский»), мг/л

Исследования (1981-1994 гг.) химического состава в навозосодержащих стоков показывают, что в процессе подготовки к орошению идет перераспределение питательных веществ между твердой и жидкой фракцией стоков, причем в последнюю переходит 80% и более исходного их количества [9].

После шестимесячного выдерживания стоков в одной секции РОС влажность навозных стоков свинокомплексов составляет 99,4- 9,7%. При этом, несмотря на высокую потерю питательных веществ в процессе их обработки и подготовки к орошению, они обладают высокой удобрительной ценностью, обусловленной значительным содержанием биогенных элементов, органических веществ и микроэлементов [10].

Высокая эффективность животноводческих стоков, особенно в первый год внесения, обусловлена их специфическим составом: большая часть общего азота (до 80%) представлена легкоусвояемой растениями аммиачной формой.

В растворимом и легкодоступном для растений состоянии находится и калий. Что касается фосфора, то он также представлен соединениями, хорошо доступными для растений.

Животноводческие стоки, благодаря значительному содержанию биогенных элементов, органических веществ и микроэлементов, являются прекрасным удобрением на полях, повышая урожай сельскохозяйственных культур, если грамотно подходить к задаче их использования, особое внимание уделяя механической очистке стоков.

1.3    Влияние животноводческих стоков на почвенный покров

Как было сказано ранее, для удобрительного орошения сельскохозяйственных культур применяются специально подготовленные (осветленные) стоки после механического разделения на фракции (жидкую, твердую) с дальнейшим гарантированием и дегельминтизацией в резервуарах осветленных стоков (РОС).

В жидкой органике протекают преимущественно анаэробные мезофильные процессы. В итоге легко минерализующиеся органические соединения разлагаются на сероводород, углекислый газ, аммиак, меркаптаны и органические кислоты. Так, если после механического разделения их доля в общем азоте жидкой фракции бесподстилочного навоза составляет 61%, то в резервуаре осветленных стоков (РОС) она снижается до 27%. Количество же нитратов имеет обратную тенденцию, что обусловлено недостатком кислорода в резервуарах осветленных стоков. Включение в технологию обработки навоза вертикальных отстойников также отражается на качестве жидкой органики. Содержание общего азота уменьшается примерно на 18%, а количество фосфора в жидкой фракции снижается с 291 до 251 мг/дм3, или на 14%. Во время отстаивания в РОС из жидкой фракции на дно оседают различные включения и она становится еще менее концентрированной: влажность достигает 99,4-99,6%.

Использование механически очищенного жидкого навоза и навозных стоков животноводческих комплексов для удобрения сельскохозяйственных угодий - важное мероприятие. Проведенные исследования [14-23] показывают (таблица 1.3.1), что процесс очистки навозных стоков почвой определяется рядом факторов. Наиболее значимыми из них являются: особенности почвенного покрова, химическая активность компонентов навозных стоков, нормы внесения стоков [24].

Таблица 1.3.1 - Очищающаяся способность дерново-подзолистых почв стоков КРС

Установлен следующий порядок и степень поглощения почвами компонентов навозных стоков при норме внесения N240 (% от внесенного):

суглинистые почвы - P99,9; K98,8; Nобщ.; Cl65,3; Ca49; Mg254; Na16,7.

супесчаные почвы - P99,9; K97,9; N88,7; Cl71; CaО0; Mg58,2; NaO.

Увеличение нормы внесения стоков по азоту до N360 вносило некоторые коррективы степени поглощения суглинистыми почвами элементов Ca и Mg (увеличение на 10-11%) и Cl и Na (некоторое уменьшение).

Аналогичные закономерности основных почвенных разновидностей сельскохозяйственных земель Беларуси в очищении жидких навозных стоков установлены в исследованиях [25], где также отмечена различная способность почвенных разновидностей к накоплению компонентов жидких навозных стоков и самоочищению в результате промывных процессов.

Наибольшие потери компонентов жидких навозных стоков от промывания характерны для песчаных почв. При высоких нормах внесения жидких навозных стоков, превышающих самоочистительную способность почв, в почвенном покрове происходит ряд негативных изменений.

Особое внимание негативным изменениям в почве, вследствие внесения в нее механически неочищенных животноводческих стоков, уделил в своей работе А. Р. Цыганов [26].

Отходы животноводческих комплексов и птицефабрик (жидкий навоз и сточные воды) по степени загрязненности органическими веществами, бактериальной обсемененности, особенно кишечной палочкой, в том числе патогенной и для человека (сальмонеллы различных серотипов), значительно превосходят хозяйственно-бытовые сточные воды и стоки предприятий пищевой промышленности. Они являются весьма благоприятной средой для сохранения жизнеспособности возбудителей ряда инфекционных болезней.

Внесение бесподстилочного навоза и животноводческих стоков от крупного рогатого скота и свиней в почву вызвало ее интенсивное бактериальное обсеменение. Обнаружено, что патогенные бактерии, в том числе сальмонеллы, сохранялись в почве земледельческих полей орошения (ЗПО) в течение 4-5 мес.

На свойства бесподстилочного навоза влияют вид животных, возраст и рацион кормления. Тем более что, по данным ряда авторов, в навоз переходит 50-80% азота, 60-80 - фосфора, 80-95 -калия и до 90% кальция, 7% натрия, находящихся в кормах. Экскременты свиней, в рационе которых преобладают концентраты, отличаются повышенным содержанием азота и фосфора и пониженным калия. Наоборот, бесподстилочный навоз крупного рогатого скота содержит много калия. Происходит изменение состава стоков и в результате их механической обработки и хранения.

В последнем случае за 6 месяцев потери азота жидкой фракции составляют 15%. Компоненты жидких навозных стоков, попадая в почву, в результате взаимодействия с почвенным поглощающим комплексов, биотой почвы подвергается различным превращениям. Рассмотрим особенности некоторых элементов минерального питания на почву.

Азот. При внесении навозных стоков свинокомплекса в течение 13 лет в дозах из расчета 300- 500 кг N/га отмечено повышение структурности и водопрочности почвы, снижение актуальной и гидролитической кислотности, содержания обменного алюминия. При дозах 600-700 кг N/га физические свойства почвы ухудшались, в избытке размножались денитрифицирующие бактерии, накапливались патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов. Дозы навозных стоков, превышающие 300 кг N/га, вызывали накопление в зеленой массе кормовых культур нитратов в количествах, превышающих ПДК. Внесение повышенных доз животноводческих стоков (более 300 кг N/гa) вызывало снижение концентрации в травах кальция и магния, увеличение количества калия, железа, марганца, никеля и кадмия[27].

Расчеты показали, что легкосуглинистая почва на полях, где постоянно и интенсивно применялся жидкий навоз КРС, характеризуется очень высокими запасами минерального азота (таблица 1.3.2). В слое почвы 0-20 см его запасы составляют 127,5 кг/га, в слое 0-40 см - 271,3, в слое 0- 100 см - 825,4 кг N/гa, что в 1,8; 2,1 и 3,2 раза выше, чем в окультуренной легкосуглинистой почве.

Таблица 1.3.2. Содержание и запасы минерального азота в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в условиях постоянного применения навозных стоков

При утилизации жидких стоков аммонийные соединения азота крайне неустойчивы в почве: частично вымываются поверхностным и внутрипочвенным стоком в поверхностные и грунтовые воды, частично подвергаются микробиологическим процессам, в результате которых происходят следующие превращения [28]:

NH4®NH2OH [NOH+NO2®N2H2O3] « NO « NO2« NO2H2O «NO3

При этом на первой стадии под воздействием бактерии Nitrosobacter и Nitrosomones аммиачный азот окисляется до нитритов:

NH4+ +3O2 = 2NO2- + 2H2O + 2H+

а затем - до нитратов:

NO2- + O2 = 2NO3

Скорость превращения аммонийных форм в нитратные зависит от влажности и температуры почвы, но в условиях Беларуси этот процесс осуществляет в течение не более 20 дней (таблица 1.3.3) [29].

Таблица 1.3.3 - Динамика содержания аммонийного и нитратного азота в почвах лизиметрического опыта

Фосфор, поступающий в почву с жидкими стоками, закрепляется в основном в пахотном горизонте. При этом на кислых почвах в виде нерастворимых соединений с гидратами железа и алюминия.

На слабокислых и нейтральных почвах - с соединениями кальция. На песчаных почвах, обладающих невысокой емкостью поглощения, фосфор накапливается в меньшей степени, чем на суглинистых.

В дренажные воды этот элемент вымывается слабо. Но при высоких нагрузках жидкого азота, превышающих самоочищающуюся способность почв, повышается растворимость фосфатов и увеличивается миграция их в дренажные воды.

По сообщению И.С. Кауричева и др. [30] результаты опытов на дерново-подзолистых почвах Калужской области показали, что из пахотного горизонта вымылось от 50 до 80 % фосфора, внесенного с жидкими навозными стоками, миграция его в органо-минеральной форме достигла 90-100 см. Более высокая подвижность фосфора жидких стоков по сравнению с минеральными формами связана с содержанием в навозных стоках глюкозофосфатов и глицерофосфатов [31].

Калий в жидком навозе находится преимущественно в растворимой (обменной) форме, легко усваивается растениями и более подвижен в почвах, чем фосфор.

Следует отметить, что увеличение содержания обменного калия в почвах блокирует усвоение растениями магния, что снижает качество растительной продукции и кормов.

Однако весь потенциал негативных последствий переизбытка в почве вышеперечисленных элементов раскрывается посредством фундаментальных природных процессов, происходящим в самой почве.

Обменно-абсорбционные процессы в почве протекают обычно в направлении насыщения почвенного поглощающего комплекса катионами с высокой энергией поглощения (Ca++ и Mg++), что обеспечивает почвам высокую обменную способность и улучшение водно-физических свойств (плотность, пористость, проницаемость и др.), сохранение гумуса. С жидкими животноводческими стоками в почву в больших количествах поступают одновалентные ионы (аммоний, хлор, натрий, калий) и магний, которые по закону действующих масс вытесняют из почвенного поглощающего комплекса кальций. Происходит следующая реакция:

Ca++(ПК) + 2NaCl = 2Na(ПК) + CaCl2

Кальций, являясь хорошим коагулятором, способствует формированию почвенных коллоидов и образованию водопрочной структуры. Замена поглощенного кальция на натрий, калий, аммоний разрушает структуру, резко снижает водопроницаемость, усиливает поверхностный сток - транспорт жидких навозных стоков в водные объекты, что является причиной антропогенной эвтрофикации.

Исследования ряда авторов также указывают на проблему переизбытка натрия в почве. Избыточное содержание водорастворимых соединений натрия в почвах приводит к негативным изменениям в почвенно - поглощающем комплексе, способствуя деградации плодородия почвы, ухудшению условий минерального питания растений, угнетению их роста и развития. В почвах с высокой концентрацией натриевых солей создаются условия для насыщения поглощающего комплекса катионами натрия путем вытеснения из него других катионов. Высокое содержание обменного натрия в почве способствует разрушению почвенного поглощающего комплекса за счет соосаждения кремнекислоты и перехода ее в грубозернистое состояние (с размерами частичек большими, чем коллоидальные, которые не принимают участия в образовании поглощающего комплекса почвы).

Кроме того, насыщение почвы натрием вызывает расщепление (пептизацию) самих коллоидов с образованием частичек менее 1 микрона, не участвующих в обменных процессах. Структура таких почв ухудшается. При увлажнении они сильно набухают, и становятся плохо водопроницаемыми, а при высыхании - плотными и твердыми [32].

Что касается хлора, то в биологии этот элемент принято относить к эссенциальным, он входит в состав всех живых организмов. Хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток, именно этим объясняется его совместное участие с ионами натрия и калия в создании постоянного осмотического давления и регуляции водно- солевого обмена у животных и человека.

Значительную роль играет хлор и в жизни растений. В малых дозах он способствует росту и развитию растений. Хлор участвует в энергетическом обмене растений, активируя окислительное фосфорилирование. Наличие хлора необходимо для образования кислорода в процессе фотосинтеза и стимулирования процессов фотосинтеза, связанных с аккумулированием энергии. Хлор положительно влияет на поглощение корнями кислорода, соединений калия, кальция, магния.

Высокая концентрация ионов хлора в растениях снижает содержание хлорофилла и уменьшает активность фотосинтеза. Избыточное поступление хлора в растения оказывает на них токсическое действие, проявляющееся в замедлении роста растений, появлении различных внешних изменений, отмирании тканей и целых органов, а зачастую ведущее к полной гибели растения.

Установлено, что хлор не оказывает влияния на нитрифицирующую и ферментативную активность почв (если не находится в аномально высоких концентрациях) [33].

Фрагментарные исследования, проведенные в Беларуси в рамках различных программ, временных сроков, нормативно-методических основ, свидетельствуют, что жидкие навозные стоки являются также источниками накопления тяжелых металлов в почвах.

Геохимическое обследование почвенного покрова земель, используемых ОАО «Липовцы» Витебского района - крупного предприятия по производству говядины в своей отрасли, имеющего ежегодно на откорме более 7,0 тысяч голов скота, проведенное РУП «БелНИЦ «Экология» показало, что технологический процесс производства 1,5 тыс. т. говядины в год на этом предприятии не обеспечивает охрану земель от загрязнения.

Неравномерность распределения жидких стоков на территории сельскохозяйственных земель обусловила загрязнение их нитратами и тяжелыми металлами.

Причем земли, близко расположенные к животноводческим фермам и навозохранилищам, систематически удобряемые жидкими стоками, содержали нитратный азот на уровне 1,2-5,9 ПДК. Эти загрязнители проникли вглубь почвы до 40 см. Накопление в пахотных почвах никеля и кадмия достигало 0,7-0,9 ПДК, что позволяет эти почвы рассматривать как ближайший резерв формирования земель, загрязненных тяжелыми металлами [34].

Длительными исследованиями в полевом опыте установлено, что в условиях торфяно-болотных почв накопление тяжелых металлов слабо зависело от норм вносимых жидких навозных стоков. На дерново-подзолистых легкосуглинистых при увеличении доз животноводческих стоков от 0 до 480 кг/га по азоту установлено увеличение содержания в почвах всех рассматриваемых элементов, определенного в 1 М HCl.

На дерново-подзолистых суглинистых почвах получены аналогичные выводы поведения тяжелых металлов с увеличением норм вносимых навозных стоков по азоту от 120 до 600 кг/га.

При этом миграция металлов вглубь по профилю почв имела некоторые различия: марганец и никель проникали до 20 см, медь - до 100 см.

Согласно исследованиям РУП «Бел НИЦ «Экология», анализирующих территориальные особенности почвенного покрова по способности к химическому загрязнению, самоочищению и размещение объектов интенсивного животноводства, была признана определенная локальность нагрузки скота, приуроченная к почвам с высоким потенциалом химического загрязнения: лессовидные суглинки на востоке и связносупесчаные, подстилаемые мореной на западе. Был сделан вывод, что сложность рельефа и активное развитие процессов водной эрозии способствуют расширению границ загрязненных территорий за счет жидкого и твердого поверхностного стока.

Очевидно, что высокие и постоянно пополняющиеся за счет органических и минеральных удобрений запасы в почве элементов минерального питания могут стать причиной загрязнения почвенно-грунтовых вод и являться причиной формирования зон экологического риска.

1.4    Сточные воды птицефабрик

Утилизация сточных вод птицефабрик, на которых установлена гидравлическая система удаления помета, происходит, как правило, на ЗПО или в близлежащие водоемы, проходя строгую очистку. Рассмотрим поэтапно образование сточных вод и технологию очистки.

Сточная вода, поступающая от пометохранилищ и производственных подразделений птицефабрик, уносит с собой в растворенном и взвешенном состоянии частицы корма и помета, различные механические и пылевидные включения от уборки, мойки помещений.

Сточные воды птицефабрики можно разделить на три основных вида:

. Технологическая вода, скапливающаяся после мойки птичников, клеточных батарей и другого технологического оборудования. Содержит частицы помета и различные механические загрязнения и включения.

. Хозяйственные, бытовые, фекальные сточные воды, поступающие от жилищно-бытовых зданий.

. Сточные воды убойных цехов содержат в основном пух, перо, кровь, содержимое желудочно-кишечного тракта и другие мелкие отдельные отходы переработки птицы.

Однообразие источников загрязнения, связанных с выполнением технологических операций того или иного производственного или хозяйственного подразделения птицеводческих комплексов, обуславливает более или менее постоянное среднее количество загрязнений на одну голову птицы, поступающее в сточные воды в течение суток. Различия, зависящие от возраста птицы и типа оборудования, существенно не влияют на биохимический состав сточных вод.

В связи с этим можно дать общую физико-химическую и бактериологическую характеристики сточным водам птицефабрик. Однако, это не означает, что они имеют постоянный и неизменный состав.

Наоборот, концентрация и количественные соотношения отдельных постоянных элементов загрязнения иногда имеют резкие колебания, отражая особенности и изменения производственного режима по часам, суткам и периодам года.

Взвешенные и растворенные вещества, находящиеся в сточной жидкости, придают ей специфические особенности: запах, цвет. Даже по внешним визуальным признакам можно констатировать большое разнообразие неблагоприятных изменений в санитарном режиме водоемов или водотоков, в которые эти сточные воды поступают. Своеобразие состава делает необходимым определение каждого вида сточных вод и применения особых условий их выпуска, а значит и выбора способов очистки.

Следует отметить, что сточные воды птицефабрик содержат в больших количествах азот и они всегда загрязнены патогенными микробами. Так, например, сточные воды, поступающие после мойки птичников содержат: БПКполн. до 11700 мг/л; аммиачного азота - 2085 мг/л; взвешенных веществ - 5630 мг/л.

Анализ работы многих птицефабрик показал, что в зависимости от мощности количество поступления сточных вод составляет порядка 200 - 3000 м3 в сутки. Поэтому проблема очистки, обеззараживания и дезодорации сточных вод птицефабрик чрезвычайно актуальна.

Задача очистки и обеззараживания сточных вод состоит в таком улучшении их свойств и состава, чтобы они не вызвали ни в составе воды, ни в общем режиме близлежащих водоемах и земель изменений, вредных для использования в санитарных целях.

Вещества, содержащиеся в птицеводческих сточных водах, находятся в различном физическом состоянии: твердом, дисперсном, коллоидном и жидком. Это позволяет расчленить весь процесс очистки на два основных этапа:

а - механическая очистка, включающая выделение из сточной жидкости взвешенных веществ;

б - биологическая очистка, которая включает минерализацию органических веществ, находящихся в коллоидном и растворимом состоянии.

Для механической очистки, в основном, используются обычные приемы задержания взвеси в отстойниках различной конструкции.

Более сложным процессом в технологии очистки сточных вод является организация биологического способа воздействия на нейтрализацию вредных химических и биологических загрязнений. Глубокий распад органического вещества происходит в результате жизнедеятельности микробов, разлагающих органические соединения до конечных или близких к ним продуктов жизнедеятельности. Это процесс биохимический и в условиях, подавляющих жизнедеятельность микробов, он прекращается (низкие температуры, отсутствие влаги, токсические и отравляющие вещества). По различным технологическим и другим причинам в сточные воды птицефабрик во многих случаях сливают птичий помет, бросают обрывки картона, ветошь, перо после обработки тушек - все это серьезно усложняет процесс последующей очистки стоков.

Разложение органических веществ может происходить при участии как анаэробных, так и аэробных микробов. В первом случае процесс идет медленно, носит восстановительный характер, образуются неприятно пахнущие газы, в частности сероводород. При свободном же доступе кислорода протекают аэробные окислительные процессы и образуются минеральные азотно-серно- и фосфорнокислые соли, а углерод органических соединений образует с кислородом воздуха угольную кислоту. Все достоинства и преимущества санитарного характера связаны с аэробным типом окисления.

Этот биохимический процесс и лежит в основе биохимической очистки практически всех сточных вод, включая и птицеводческие стоки.

Для механической и биологической очистки должны быть созданы условия, при которых сточные воды не окажут прямого или косвенного вредного действия на людей, воду, почву, воздух населенных пунктов и производственную зону птицефабрик. Технической основой обеззараживания и обезвреживания сточных вод служат очистные сооружения, объединяемые на станциях очистки сточных вод.

Механическая очистка. Механическая очистка сточных вод требует применения более сложной технологии, чем очистка речной воды на водопроводных сооружениях.

Размеры, относительная плотность и химический состав взвешенных веществ сточной воды гораздо разнообразнее той однородной минеральной взвеси песка и глины, задержание которой служит основной задачей очистных сооружений на водопроводах.

Механическая очистка сточных вод происходит на ряде последовательно расположенных сооружений, конструкция которых рассчитана на задержание различных фракций взвеси. Обычно в состав таких сооружений входят решетки, песколовка и отстойники.

Решетки. В наиболее простой форме решетки представляют собой ряд параллельных железных прутьев, скрепленных вместе и поставленных поперек канала, по которому сточная вода подходит к очистным сооружениям или насосным установкам. Просветы между прутьями от 16 до 120 мм, чаще 16-30 мм.

На больших канализационных сооружениях очистка решеток механизируется. На небольших установках решетка конструктивно совмещается с песколовкой. На решетках задерживаются наиболее крупные взвешенные вещества больших размеров, чем ширина просветов. Среди них встречаются самые разнообразные предметы, случайно или умышленно сбрасываемые в канализацию птицефабрик.

В массе же отбросы с решеток состоят из обрывков бумаги, тряпок, ветоши, пустой мелкой стеклянной и картонной тары, павших цыплят и даже кур, яичной скорлупы, пера и пуха. В них много органических веществ, которые легко загнивают, небезопасны в эпидемическом отношении и нуждаются в обезвреживании. На малых установках пользуются методами, принятыми в практике обезвреживания твердых отходов (компостирование, закапывание или запахивание, биотермические камеры или котлы для термической переработки).

На больших и средних станциях биологической очистки масса, задержанная на решетках, измельчается на аппаратах-дробилках и поступает в канал к отстойникам или прямо в метантенки. В последнее время применяется прибор коминутор, совмещающий в себе круглую вращающуюся решетку с приспособлением для дробления.

Решетки освобождают осадок, выпадающий в отстойниках, от грубых примесей, придают ему более однородный характер и тем облегчают его обезвреживание. Кроме того, решетки предохраняют от засорения насосы и трубы для перекачки сточной жидкости и осадка.

Песколовки. Предназначены для задержания тяжелой минеральной взвеси до поступления сточной воды в отстойник. Это нужно для того, чтобы не загружать общую массу органического осадка минеральным балластом. При расходе воды до 300 м3/сутки песколовку можно не устанавливать.

Принцип работы песколовки основан на том, что потоку сточной воды придается скорость от 15 до 30 см/с, достаточная для оседания песка, а легкая органическая взвесь продолжает дальнейшее перемещение с жидкостью в отстойники. Время прохождения воды через песколовку не менее 30 секунд. Песколовки бывают вертикального, а чаще горизонтального типа; последние имеют 2-3 секции, каждая из которых может работать самостоятельно.

Это позволяет выключить 1-2 секции при малом расходе воды (ночью), чтобы сохранить расчетную скорость течения воды и производить очистку осадка по частям, не выключая всей песколовки. Удаляют осадок не реже, чем один раз в двое суток. Дно песколовки иногда дренируют, чтобы обезводить осадок и тем облегчить его удаление и подсушивание.

Отстойники. Отстаивание сточных вод имеет целью задержать основную массу взвешенных веществ до сооружений биологической очистки. Осадок (ил) производственно-бытовых сточных вод птицефабрик, выпадающий в отстойниках, в основном состоит из органических веществ (около 70-90 %, считая на сухое вещество), содержит 95-97,5 % воды и обладает многими отрицательными свойствами: дает кислую реакцию; легко загнивает; распространяет резкий неприятный запах; содержит патогенные микробы; яйца гельминтов; привлекает мух и служит благоприятной средой для их массового размножения.

Органические вещества растительного и животного происхождения сохраняют в свежем осадке свою клеточную структуру и удерживают воду, вследствие чего осадок плохо подсыхает. Обезвреживание ила должно быть одним из обязательных элементов всей системы очистки сточных вод птицеводческих комплексов.

При сбраживании ил в значительной степени теряет отрицательные свойства, коллоидная структура его разрушается, он легко отдает воду и подсыхает (объем уменьшается), резкий неприятный запах исчезает, кислая среда переходит в щелочную, а патогенные микробы и яйца гельминтов погибают.

Экологическая и санитарно-техническая задача - создание условий для наиболее быстрого и полного сбраживания ила на очистных сооружениях.

Отстойники для сточных вод разделяются на две группы:

Заданная концентрация растворенного кислорода в камере реакции поддерживается автоматически, путем регулирования подачи кислорода в соответствии с изменением состава и парциального давления газовой смеси в ректоре.

Очищенная вода и активный ил разделяются в открытом резервуаре- илоотделителе, куда поступает иловая смесь. Выделенный активный ил возвращается в камеру реакции, а избыточное его количество направляется на дальнейшую обработку.

В таблице 1.4.1 отражается усредненный качественный состав сточных вод птицефабрик до и после биологической очистки (подразумевается строгое соответствие технологии, используя исправное оборудование) на примере птицефабрики сооружений ОАО Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская», Россия.

Таблица 1.4.1 - Качественный состав сточных вод птицефабрик до и после биологической очистки

В целом, сложность и специфика очистки и обеззараживания сточных вод, поступающих от современных крупных специализированных птицеводческих предприятий, заключается не только в поступлении значительных объемов сточных вод, но и высокой концентрации органоминеральных компонентов, разнообразии их состава, высокой бактериальной обсемененности, наличии возбудителей паразитарных болезней, что поставило перед технологами птицефабрик достаточно сложные задачи.

Устройство в сельской местности сооружений искусственной биологической очистки городского типа требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат, привлечения к работе высококвалифицированных специалистов, которых, как правило, в сельской местности нет.

В условиях интенсивного развития птицеводческой отрасли, при концентрации и специализации фабрик по производству яиц или мяса птицы особую актуальность обретают вопросы проектирования, строительства и эксплуатации сооружений по водоотведению, очистке, обеззараживанию и дезодорации сточных вод.

В настоящее время охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения сточными водами птицефабрик, фермерских хозяйств и малых населенных пунктов находится не на должном уровне, так как неочищенные стоки сбрасываются в те реки и озера, на берегах которых они расположены. Это объясняется отсутствием очистных сооружений. А если они и есть, то из-за недостаточной укомплектованности работают неудовлетворительно [35].

1.5    Влияние животноводческих стоков на водные объекты

Благодаря своей активной поверхности почва является своеобразным барьером, защищающим акватории от загрязнения и эвтрофикации. Однако, в связи с возрастающими антропогенными нагрузками, указанная функция почв ослабевает, в результате чего в реки и водоемы поступает избыточное количество многих соединений химических веществ как в виде агрохимикатов и животноводческих стоков с сельскохозяйственных угодий, так и различных промышленных и бытовых отходов. Вследствие этого происходит эвтрофикация водоемов.

Эвтрофикация - насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоёма, так и антропогенных воздействий.

Практический опыт и результаты научных исследований [36] свидетельствуют, что главной причиной эвтрофикации является избыточное поступление в водоемы фосфора и значительно реже - азота

Предполагается, что биологически доступный фосфор ограничивает рост биомассы водорослей, когда отношение его массы к массе биологически доступного азота превышает 7. Если это соотношение приблизительно равно 7, то рост водорослей могут сдерживать оба элемента или какие-то другие факторы (например, свет, температура). Если оно меньше 7, рост биомассы водорослей ограничивается азотом.

Фосфор в минеральной почве представлен тремя важнейшими формами: органическим фосфором, связанным с гумусом, нерастворимым минеральным и фосфором, доступным для питания растений. Дополнительное поступление фосфора в почву связано с внесением минеральных и органических удобрений, а также разложением остатков растительной биомассы. Вынос фосфора из почвы осуществляется с урожаем, а также вследствие диффузных и эрозионных процессов. Основные компоненты цикла фосфора представлены на рисунке. 1.5.1.

Рисунок 1.5.1 - Цикл фосфора в системе «фосфор-растение»

Движение азота и фосфора в рамках элементарной гидрологической единицы, которая характеризуется внутренней однородностью почвенного покрова, элементов рельефа, типа землепользования или растительного покрова, моделируется в зависимости от условий питания, на основе учета внесения минеральных и органических удобрений. Вынос азота и фосфора из почвенной системы рассчитывается на основе учета их поглощения произрастающими культурами или выносом с поверхностным стоком в виде растворов или твердых частиц[37].

Наиболее высокая иммобилизация фосфора наблюдается в почвах, имеющих значительное содержание аморфного железа и гидроксидов алюминия. Наличие таких соединений снижает подвижность ионов, увеличивая долю минерального неподвижного фосфора, недоступного для питания растения.

Данные характеристики способствуют накоплению фосфора вблизи поверхности почвы, что увеличивает возможности для его транспорта с твердым и поверхностным диффузным стоком.

Таким образом, в почве фосфор представлен в минеральной и органической формах (рисунок. 1.5.2).

Рисунок 1.5.2 - Вариации групп фосфора и их взаимосвязь в почве

Минеральный фосфор существует в неподвижной, подвижной и растворимой формах. Органический фосфор включает подвижную и неподвижную формы, связанные с гумусовым веществом почвы, а также свежий фосфор, образующийся из растительных остатков и микробной биомассы.

В настоящее время эвтрофикация водоемов, в том числе озер, одна из наиболее острых проблем как теоретической, так и прикладной экологии. Ее последствия хорошо известны и проявляются в виде «Цветения» водоемов, интенсификации осадконакопления, в результате происходит их обмеление, зарастание и заболачивание. Источники антропогенных эвтрофицирующих веществ - это промышленное и сельскохозяйственное производство, а также рекреационная деятельность [38].

Основными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод являются навозонакопители, пруды - накопители сточных вод. Наибольшую опасность представляют навозонакопители, устраиваемые на склонах, в оврагах и балках, сток по которым может поступать в открытую речную сеть.

В паводковый период такие сооружения перехватывают поверхностный сток, происходит их переполнение, земляные плотины разрушаются, и навозная жижа из накопители поступает в расположенные ниже водоемы [39].

Технология очистки сточных вод животноводческих комплексов, основной задачей которой является снижение содержания органических веществ до уровня санитарных требований, не предусматривает удаление из них азота и фосфора до необходимых концентраций. Спуск в водоемы очищенных биологическим методом сточных вод животноводческих комплексов приводит к значительному повышению в воде этих водоемов концентрации биогенных элементов (азота и фосфора), что, несомненно, нарушает биологическое равновесие в водоеме [40].

Известно, что на водосборах, представленных склоновыми землями, существует постоянная угроза поступления загрязняющих веществ в водные объекты. Под влиянием антропогенных факторов в озерах увеличивается концентрация биогенных элементов, и нарастают процессы эвтрофирования. Кроме того, увеличивается содержание отдельных главных ионов и соответственно их сумма. За многолетний период наблюдений в водоемах Браславской озерной системы со значительным удельным весом в структуре водосборов сельскохозяйственных угодий содержание сульфатов возросло в 2-3 раза, хлоридов - в 3, ионов натрия - в 3-4, нитратов - в 3 и фосфатов - в 7 раз. Кроме того, увеличивается содержание органического вещества, а летняя прозрачность воды уменьшается в 1,5-2 и более раз.

В некоторых озерах и водотоках при усилении эвтрофирования наблюдается высокая скорость эволюции природных вод, зафиксированные изменения в относительном содержании почти всех главных ионов способствуют формированию «антропогенного» типа, несвойственного озерам Беларуси. Важнейшей особенностью этого процесса является снижение относительных величин бикарбонатов и кальция, значительное увеличение хлоридов, а натрия и калия почти на порядок по сравнению с природным фоном. Гидрохимические показатели ручья, в который транзитом поступают воды поверхностного стока стационара «Браслав», вполне сопоставимы с параметрами ручья, аккумулирующего неочищенные коммунальные стоки и плоскостной смыв с интенсивно удобряемых огородов д. Слободка. В период снеготаяния в жидком стоке, наряду с повышенными значениями хлоридов, натрия и калия, зафиксировано достаточно высокое содержание нитратов и ионов магния, концентрациях последних почти в два раза превышает таковую кальция.

Вынос хлоридов, натрия и калия с сельскохозяйственных территорий и поступление их с локальных источников столь велик, что в отдельных водоемах может приводить к изменению типа и даже группы озерных и речных вод (от кальциевой к магниевой и/или натриевой). В результате гидрохимических изменений возрастает антропогенное влияние на среду обитания гидробионтов водных экосистем.

Следует отметить существенные изменения в режиме основного из биогенных элементов - фосфора. Исследования [41] показали, что его максимальное количество аккумулируется в мелиоративных канавах (0,2- 0,5 мгР/л), в которых, кроме того, фиксируется высокая концентрация аллохтонного органического вещества, обуславливающего высокую цветность вод.

Известно, что количественные показатели фосфора, широко используемые для оценки влияния водосбора на экосистемы водоемов, обусловлены преимущественно его структурой, поскольку при выносе соединений фосфора она является определяющей. В случае, когда водосбор представляет распаханную или селитебную территорию, содержание фосфора в поверхностном стоке наибольшее (0,25-0,30 мгР/л). При полиструктурном его характере, в составе которого находится пашня или культурное пастбище, содержание фосфора снижается за счет сложной или мозаичной структуры водосбора, но все равно остается повышенным (0,1- 0,17 мгР/л). Преобладание природных участков (лес, кустарник и т.д.) формирует наименьший вынос фосфора (0,03-0,10 мгР/л). Определенному типу ландшафтной (природно-антропогенной) структуры водосбора соответствует закономерно и порядок величин концентрации соединений фосфора в водотоках.

Трофический статус водоема можно определить опытным путем на основании лимнологической классификации, предложенной Ли [42] (таблица 1.5.1).

Таблица 1.5.1 - Лимнологическая классификация трофического статуса Ли

В целом, проблема эвтрофирования водных объектов является одной из наиболее серьезных как на глобальном, так и на региональном уровнях. Ключевым фактором эвтрофикации в Беларуси по многолетним данным мониторинга является содержание в воде соединений фосфора.

Эвтрофикация может активно стимулироваться при дополнительном поступлении фосфора в водные объекты. Основными источниками поступления фосфора поверхностных и подземных вод являются навозонакопители, пруды - накопители сточных вод, ЗПО вблизи водоемов. Элементы, которые попадают в почву вследствие дождевания ЗПО навозосодержащими стоками, закрепляются в пахотном горизонте почвы, и их дальнейшая миграция происходит за счет поверхностного жидкого и твердого стоков в близлежащие водоемы.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по оценке загрязнения почвы в зоне влияния животноводческого комплекса проводились на землях птицефабрики «Дубравский бройлер». Птицефабрика "Дубравский бройлер" расположена в юго-западной части Брестского района на территории республиканского заказника «Прибужское Полесье», вблизи д. Томашовка. На объекте была исследована территория вблизи пометохранилища. Следует отметить, что данное хозяйство располагается в экологически чистом районе. В качестве потенциальных загрязняющих веществ в почвенных образцах определялись: подвижный фосфор (P2O5), аммоний-ион (NH4+), хлорид-ион (Cl-), сульфаты (SO42-), а также водородный показатель рН.

Схема отбора к актам отбора проб земель дана в приложении А.

Объектом исследования является почвы вблизи пометохранилища птицефабрики «Дубравский бройлер».

Для анализа почвенных проб применялось следующее оборудование (таблица 2.1.).

Таблица 2.1. - Оборудование, применяемое при проведении испытаний

Для определения загрязняющих веществ в почвенных пробах использовались следующие ТНПА, устанавливающие методы испытаний (таблица 2.2).

Табл. 2.2. - Технические нормативные правовые акты, устанавливающие методы испытаний

Анализ почвенных образцов проводился в Брестской областной аналитической лаборатории Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Содержание элементов и веществ в фоновых территориях

Для определения содержания загрязняющих веществ в почвенных образцах фоновых территорий нами был проведен отбор образцов почв на землях, не прилегающих к пометохранилищу ОАО "Комаровка" Птицефабрика "Дубравский бройлер".

Для определения фоновой концентрации веществ - P2O5, NH4+,Cl-, SO42-, а также водородного показателя рН - с трех фоновых территорий было отобрано по три почвенных образца согласно схеме отбора (приложение А). Глубина отбора образцов - 0-19,9 см. Был проведен их анализ, результаты содержания определяемых веществ представлены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1 - Результаты содержания определяемых веществ в почвенных образцах фоновых территорий

Из полученных результатов следует, что содержание SO42- в почвенных образцах трех фоновых территорий практически не отличается.

Что касается Cl-, то наименьшее его количество наблюдается на 2-й фоновой территории, к северу от пометохранилища (0,078 ммоль/100г). В целом содержание хлорид-иона в образцах также отличается незначительно.

Содержание P2O5 на 2-й фоновой территории в 1.5 - 1.7 раз меньше, чем на остальных. Возможно, это связано с большими нагрузками на почву азота, содержащегося в навозных стоках, который повышает растворимость фосфатов, вследствие чего ускоряется их миграция в дренажные воды. Стоит отметить, что содержание NH4+ на этой же исследуемой территории, по сравнению с 1-й и 3-й фоновыми территориями, имеет относительно небольшое различие - ±0,8 млн-1. Почвы (супесчаные, приложение Б, таблица Б.1) фоновой территорий в среднем имеют кислотность, близкую к нейтральной, но существуют некоторые различия: наименьшее значение рН наблюдается на фоновой территории 3 - рН 6,29 (слабокислая среда), наибольшее значение наблюдается на фоновой территории 1 - рН 7.8 (слабощелочная среда). В таблице 3.1.2 представлены результаты расчета среднего фонового содержания определяемых веществ в почве. Более подробные расчеты представлены в приложении Б, таблица Б.2.

Таблица 3.1.2 - Среднее фоновое содержание химических веществ почве

Полученные данные о фоновых содержаниях исследуемых элементов позволяют оценить загрязнение почв этими веществами.

3.2 Содержание загрязняющих веществ в зоне влияния пометохранилища

В ходе исследований были отобраны почвенные образцы с 27 точек участка земли, прилегающего к территории пометохранилища (приложение А).

Результаты исследований почвенных образцов представлены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1 - Фактическое значение веществ в почвенных образцах

Результаты проведенных исследований показали, что наименьшее содержание сульфатов наблюдается в почвенных пробах, отобранных в точках № 5, 14 (0,22 ммоль/100г.).

Наибольшее содержание - в точке 17 (1,33 ммоль/100г.). То есть содержание вещества различается в 6 раз. Значительное различие в содержании в почвенных пробах наблюдается также и у остальных веществ. Так, содержание хлорид-иона в точке 3 составляет 1,609 ммоль/100г. (максимальное значение, в 14,8 раз превышающее фоновую концентрацию), а в точке 25 - 0,124 ммоль/100г., что почти не отличается от показателя фоновой концентрации (рисунок 3.2.1).

Рисунок 3.2.1. - Соотношение содержания сульфатов и хлорид-ионов в почвенных образцах.

Содержание подвижного фосфора в почвенных образцах колеблется от значения 699,8 млн-1 (точка14) до 2941,4 млн-1 (точка17). В данном случае эти показания превышают значение фоновой концентрации.

В целом наибольшее содержание фосфора наблюдается на участке территории, на котором были отобраны пробы точек 16 - 20,

Наименьшее значение содержания аммоний-иона наблюдается в почвенной пробе, отобранной в точке 17 (9 млн-1). Наибольшее значение - 25 (225 млн-1) - в точке.

Установлена тенденция - уменьшение содержание подвижного фосфора с ростом содержания аммонийного азота в почве. Следует также отметить, что по отношению к содержанию подвижного фосфора в почве и сульфатов наблюдается прямая зависимость (таблица 3.2.1). Отмечается, что наименьшие и наибольшие значения подвижного фосфора и аммония наблюдаются в одних и тех же точках (рисунок 3.2.2)

Рисунок 3.2.2 - Соотношение содержания подвижного фосфора и аммоний-иона в почвенных образцах

Что касается водородного показателя рН, то его значение колеблется от рН 6,55 (точка 3) до рН 7,66 (точка5). Кислотность почв при исследовании территории вблизи пометохранилища практически не отличаются от показаний кислотности фоновых территорий.

Общий результат загрязнения проб земель представлен в таблице 3.3.2 Характеристика проб и расчеты указываются в приложении В, таблицах В.1 и В.2.

Таблица 3.2.2 - Результаты загрязнения проб почвы

Согласно определению, загрязняющее вещество <http://stockauction.ru/85d7500455492054.html> - химическое вещество, присутствующее в окружающей среде в количествах, превышающих фоновые значения. По результатам анализа подвижный фосфор (P2O5), аммоний-ион (NH4+), хлорид-ион (Cl-), сульфаты (SO42-) - являются загрязнителями почв в зоне влияния объектов животноводства. Вероятнее всего, что такое огромное поступление веществ в почву связано с поступлением веществ с пометохранилища и их дальнейшей миграции за счет поверхностного жидкого и твердого стоков и дальнейшем закреплении веществ в пахотном горизонте почвы. В связи с этим следует принять меры, направленные на недопустимость повторного загрязнения территории вблизи пометохранилища (путем проведения специальных мероприятий - совершенствования системы очистки стоков, системы и способы содержания животных (с подстилочным материалом или без, совершенствовать технологическую схему производственного процесса, систему навозоудаления и канализации).

Загрязнение почв как экологическая проблема с каждым годом приобретает все большую актуальность. Исследования, направленные на оценку воздействия объектов животноводства на почву, в последнее время приобретают все больший масштаб, так как обостряется проблема утилизации отходов, образующихся на животноводческих комплексах в связи с развитием современного промышленного животноводства.

Подобного рода исследования начали активно проводиться и конспектироваться рядом авторов (И.С. Кауричев, А.И. Карпухин, В.Г. Гринюк) уже в 80-е годы, так как набиравшее в то время обороты строительство животноводческих объектов не могло не сказаться на состоянии окружающей среды.

В настоящее время на территории нашей страны активным геохимическим обследованием почвенного покрова земель, прилегающих к животноводческим объектам, занимается РУП «Бел НИЦ «Экология». Авторами работ, посвященных подобного рода исследованиям, являются В.И. Желязко, П.Ф. Тиво, В.И. Матвеева, А.А. Голденков, А.Л. Демидов и другие.

Значительный вклад в исследование антропогенного воздействия на почву внесли С. Е. Головатый, З. С. Ковалевич, Н. К. Лукашенко. Проводимые ими исследования были также посвящены влиянию животноводческих и промышленных объектов на состояние почвенного покрова близлежащих территорий.

Выбор птицефабрики «Дубравский Бройлер» в дипломной работе в качестве объекта исследований обусловлен рядом факторов. Во-первых, птицефабрика располагается в экологически чистом районе, на территории заказника «Прибужское Полесье», поэтому особый интерес представляет возможность оценить масштаб влияния животноводческого объекта на охраняемую природную территорию.

Во-вторых, птицефабрика является предприятием малой мощности, в то время как основные работы по изучению влияния объектов животноводства посвящены мощным комплексам.