Перспективы использования донного ила прудов и водохранилищ Крыма, ила городских канализационных очистных сооружений в сельскохозяйственном производстве

В двадцати трех крупных водохранилищах Крыма и сотнях прудов в процессе их эксплуатации скопилось более 25 миллионов м³ донных илов (по данным исследований специалистов Государственного Комитета водного хозяйства Республики Крым). Искусственно созданные водоёмы (крупные водохранилища и незначительные пруды) характеризуются замедленным водообменном и, как правило, подвержены заилению. Этот процесс четко проявлен и хорошо изучен на Симферопольском водохранилище. Резкое обмеление водохранилища в засушливое лето 2012 года оголило значительную часть дна в верховьях и центральной части водоема. Донные илы образуют выдержанные пластообразные залежи на крупнообломочных аллювиальных отложениях реки Салгир. Их мощность колеблется от 0,15 м до 3,5 м. В обезвоженном состоянии эти суглинистые породы светло-тёмно-серого цвета, рыхлые во влажном состоянии слабо пластичные. Породы однородные с редкими примесями более крупного обломочного материала.

Специалисты — гидрологи  Салгирского межрайонного управления водного хозяйства Крыма выполнили обследования дна водоёма и оценили объёмы заиления Симферопольского водохранилища по состоянию на 7 октября 2012 года. Уровень мертвого объёма водохранилища 2 млн.м³, а объём заиления составил почти 1,5 млн.м³, то есть 72% от уровня мертвого объёма. Такая ситуация является ненормальной и грозит уже в ближайшей перспективе прогрессирующим уменьшением полезного объёма водохранилища. Необходимы срочные меры по очистке водохранилища от заиления и разработка технологий по использованию донного ила в сельскохозяйственном производстве и иных видах хозяйственной деятельности.

Аналогичные проблемы, связанные с заилением крупных водохранилищ, а также многочисленных мелких прудов, проявились во многих регионах Горного и Предгорного Крыма. Поэтому, разработка и реализация пилотного проекта по очистке от заиления Симферопольского, как и других водохранилищ, и использованию донного ила в сельскохозяйственном производстве и в других видах хозяйственной деятельности имеет общекрымское значение.

Огромные (в сотни тысяч тонн) скопления илов образовались на так называемых иловых площадках канализационных очистных сооружений (КОС) городов и поселков Крыма. Эти илы, ввиду специфического запаха и эколого-геохимического воздействия на окружающую среду, представляют определенную опасность для окружающего ландшафта и здоровья населения. Известно, что илы КОС характеризуются повышенным содержанием гумуса и могут быть использованы совместно с илами водохранилищ и прудов для промышленного производства биопродуктивных органо-минеральных смесей.

Реализация проекта будет способствовать возрождению плодородия почв Крыма и повышению рентабельности ведения сельского хозяйства, а также улучшению экологической и санитарно-гигиенической обстановки в курортном Крыму.

Были отобраны пробы иловых отложений в Бахчисарайском районе (пруды); Симферопольском районе (пруды предгорья); в Симферопольском водохранилище. Образцы иловых отложений 6 сентября 2012 года поступили на исследование в ГУ Крымский республиканский проектно-технологический центр охраны плодородия почв и качества продукции, в аттестованную испытательную лабораторию аналитического обеспечения почвенно-агрохимических исследований. Образцы иловых отложений 6 сентября 2012 года поступили на исследование в Республиканский комитет АР Крым по охране окружающей природной среды, в отдел аналитического контроля и мониторинга. Выполненными исследованиями в Аттестационной испытательной лаборатории Крымского республиканского государственного проектно-технологического центра охраны плодородия почвы и качества продукции установлено:

• содержание гумуса в изученных пробах ила колеблется от 0,96 до 5,28%; в иле Симферопольского водохранилища эта величина составляет всего 3,12%;
• содержание питательных элементов (N, P₂O₅ и К₂О) также незначительное: — 0,08-0,16% общего азота; 0,08-0,23% P₂O_5; и 0,33-1,80% К₂О;
• содержание токсичных тяжелых металлов в изученных пробах ниже ПДК для почв.

Эти показания подтверждены исследованиями, выполненными в лаборатории аналитического экологического контроля и мониторинга Республики Крым.

Глинистые минералы (иллинит, монтмориллони́т, каолинит и другие), установленные в илах Симферопольского водохранилища, обычно являются главными породообразующими минералами, обеднены гумусом и другими питательными элементами почв Предгорного и Степного Крыма. В случае искусственного пополнения гумуса и других питательных веществ в этих илах — возможно их эффективное использование в сельскохозяйственном производстве.

В рамках экологического проекта по очистке от заиления Симферопольского водохранилища, начаты исследования по использованию донного ила в сельскохозяйственном производстве.

По решению Ученого совета Института сельского хозяйства Крыма НААН Украины, в 2013 году начаты исследования илов и иловых площадок Симферопольских канализационных очистных сооружений (село Укромное), характеризующихся повышенным содержанием органических и иных питательных веществ, с целью получения биопродуктивных композиций и их лабораторных и полупромышленных испытаний. Аналитические исследования выполнены в лаборатории по качеству и безопасности сельскохозяйственной и пищевой продукций Крымского государственного аграрного учебно-консультационного центра.

Изученные илы с иловой площадки Симферопольских КОС характеризуются повышенным содержанием подвижных форм азота (нитратов) – 720 мг\дм³; калия – 92 мг\дм³, фосфора – 11,1 мг\дм³. Массовая доля органического вещества гумуса – 26%; фосфора – 4,2%, калия – 1,7% (по методу Квельдаля). Токсичные тяжелые металлы в илах Симферопольских КОС в значениях, превышающих ПДК, не установлены.

Полученные результаты подтвердили результаты ранее выполненных исследований Севастопольской лаборатории «Эксперт» в 1991 году. По данным этой лаборатории, в составе сухого ила с иловых площадок КОС Симферополя содержание органического вещества составляет 50-70%, в том числе белки 35-45%, жиры 10-15%, углеводы 10-15%, общий азот до 4%, общий фосфор до 5,2%, общий калий до 0,6%.

В начале 2013 года в микробиологической лаборатории ИСХ Крыма начаты опытные исследования по формированию биопродуктивных композиций из илов Симферопольского водохранилища и Симферопольских КОС.

Исходя из вышесказанного, можно сделать выводы, что почвы Крыма, из-за недостатка традиционно вывозимого на поля навоза, в связи с резким упадком поголовья КРС, интенсивными методами сельскохозяйственного производства, эрозией почв – обеднены гумусом и другими питательными элементами. В тоже время на иловых площадках канализационных очистных сооружений накоплены огромные массы илов с высоким содержанием гумуса, азота, фосфора. В донных отложениях прудов и водохранилищ накоплены миллионы м³ илистых отложений, которые могут быть успешно использованы как почвообразующая глинистая субстанция для производства композиционных удобрений – из донных илов водохранилищ и гумифицированных илов канализационных очистных сооружений.

Для проведения опытных работ и полупромышленных испытаний необходимо выделить земельный участок на территории одного из базовых хозяйств ИСХ Крыма вблизи Симферополя.

Реализация проекта будет способствовать биоэнергодинамическому возрождению плодородия почв Крыма и повышенной рентабельности ведения сельского хозяйства, а также улучшению экологической и санитарно-гигиенической обстановки в курортном Крыму, экологическому оздоровлению водохранилищ и прудов Крыма. Экономическая рентабельность проекта будет выявлена в процессе реализации композиционного биогумуса на внутреннем и внешнем рынках.

Данный проект обещает быть перспективным, поскольку существует

именно острый дефицит гумуса в почвах Крыма и юга Российской федерации, а также наблюдается повышенный спрос аграриев на органоминеральные смеси. Проект открывает новые возможности организации в Крыму крупномасштабного производства за счет собственных ресурсов.

Предварительные результаты экспериментальных исследований по использованию ила в качестве органического удобрения

В 2014-2016 годах в отделе сельскохозяйственной микробиологии ФГБУН «НИИСХ Крыма» была проведена первичная оценка эффективности использования природного и активного ила КОС Симферополя при выращивании сельскохозяйственных культур (пшеницы, помидора, огурца). Было установлено, что при использовании природного ила Симферопольского водохранилища в количестве 150 т/га с примесью 20 % активного ила КОС можно повысить фитомассу растений на 32-136% без использования бактеризации и на 84-155% — с применением полифункциональных микробных препаратов. Однако вопросы отбора, перемешивания илов и тоннажа использования предусматривают большие экономические затраты и изучение последействий внесения такого количества ила. В связи с этим было бы целесообразно направить исследования на разработку технологий приготовления биогенных и биоудобрительных концентратов для растениеводства.

Перспективным направлением стало исследование возможности применения илов для утилизации бытовых отходов на полигонах, специализирующихся на переработке ТБО, в альтернативные источники энергии (газ, электроэнергия), что особенно актуально в настоящее время. Таким образом, разработка стратегии изучения и использования природного источника высокопродуктивных почвенных композитов в виде придонных иловых и илов КОС перспективно для науки и практики.

В 2017году Крымская Академия Наук, совместно с ФГБУН «Научно-исследовательским институтом сельского хозяйства Крыма», по Договору с ООО «Промтехсервис» провела дополнительные исследования илов КОС Симферополя на предмет их соответствия требованиям и нормам к органическим удобрениям типа сапропель. Были обследованы четыре иловые площадки с отбором проб методом конверта по всей площади и на глубину. Исследования проб выполнены в лаборатории ФГБУ «Центр агрохимической службы «Крымский». Анализы подтвердили высокое содержание органического вещества в изученных пробах илов от 18,7% до 34,9%. Массовая доля Р₂О_5, в пересчете на сухое вещество, составляет от 1,5% до 3,0%; массовая доля общего азота, соответственно, от 0,5% до 1,54%; массовая доля К₂О – от 0,41% до 0,96%.  Особое внимание было обращено на содержание токсичных тяжелых металлов (ТМ) в илах с учетом «Методических указаний по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства».

В изученных пробах содержание Сu колеблется от 20 до 250 мг/кг (преобладают содержания 50-100 мг/кг);

содержания Со от 0,22 до 0,48 мг/кг;

Zn – от 252 до 311 мг/кг;
Mn – от 46 до 126 мг/кг;
Pb — от 1,97 до 8,57 мг/кг;
Cd — от 1,85 до 7,17 мг/кг;
Hg — от 0,36 до 1,17 мг/кг.

Были проведены конкретные анализы объединенной валовой пробы активных илов КОС Симферополя, благодаря котором показано существующее нормирование органических удобрений на основе осадков сточных вод по двум группам:

Группа I – для выращивания технических, кормовых, зерновых и сидеральных культур;
Группа II – под посадки лесохозяйственных культур, в цветоводстве, рекультивации нарушенных земель и другое.

Практически по всем показателям содержание ТМ в изученных пробах активных илов КОС Симферополя соответствует I группе удобрений.

Поэтому, использование этих илов и, особенно, биопродуктивных композиций илов КОС и донных илов прудов и водохранилищ перспективно для возрождения плодородия почв Крыма.

Направление дальнейших исследований

В последние десятилетия наблюдается уменьшение содержания гумуса, а также иловых макро- и микроэлементов минерального питания растений в почвах Крыма. Уменьшение объектов внесения органических удобрений привело к ухудшению структуры почв и угрозе их химической деградации. Ухудшилось экологическое состояние сельскохозяйственных земель, масштабное распространение получила дефляция почв.

В результате эрозионных процессов и значительного уменьшения внесения органики под посевы сельскохозяйственных культур содержание гумуса в почвах Крыма сократилась, в среднем, с 2,9% до 2,5%. Среднегодовой снос плодородного слоя почвы составляет около 9 т/га, а потери гумуса – 0,33 т/га. Сейчас на территории Крыма широко распространены ветровая и водная эрозии, дегумификация, истощение почв питательными веществами, засоление, техногенное загрязнение. Главными причинами деградации земель и облесения почв является чрезмерная эксплуатация земель и обезлесение территорий.

В настоящее время учеными и специалистами аграрной отрасли Республики Крым разрабатываются:

• Стратегия развития защитного лесоразведения Республики Крым до 2027г.;
• Стратегия рационального использования земельных ресурсов и сохранения плодородия почв;
• Стратегия адаптивно-ландшафтного земледелия.

В каждом из этих стратегических направлений приоритетными являются задачи охраны и сохранения почв от эрозии, повышения содержания гумуса в почвах, биологизация земледелия, улучшение агрохимических показателей почвы и так далее.

Противоэрозионная устойчивость почв Степного Крыма и, особенно, Присивашья определяется наличием определенного количества карбонатов кальция в верхнем горизонте. С уменьшением соотношения гумуса к карбонатам, то есть уменьшением клеящих веществ увеличивается количество эрозионных фракций в почве, падает агрегирующая способность и возрастает податливость почв ветровой эрозии. Следовательно, увеличение запасов почвенного гумуса и его сохранение на подверженных эрозии площадях сельскохозяйственных угодий приобретает важное значение.

В этой связи необходимо разработать республиканскую «Программу использования донного ила прудов и водохранилищ Крыма и ила городских КОС в сельскохозяйственном производстве и лесомелиорации».

Программа должна включать:

• Изучение ресурсной базы придонных илов прудов и водохранилищ Крыма, а также избыточного активного гумифицированного ила городских КОС, 2018год;
• Аналитические исследования илов и биорганических композиций на их основе на предмет их соответствия нормам и стандартам органических удобрений, 2018год;
• Разработки технологий изготовления биогенных композиций для растениеводства на промышленной основе, 2019год;
• Разработку технологий по внесению биорганических композиций в почвы, в том числе с применением полифункциональных микробных препаратов, 2019-2020годы;
• Проведение полевых испытаний по использованию биорганических композиций для выращивания сельскохозяйственных культур (пшеница, ячмень, овощи, многолетние плодовые культуры), 2018-2021годы;
• Проведение полевых испытаний по использованию иловых удобрений под посадки лесохозяйственных культур с целью реализации Стратегии развития защитного лесоразведения Республики Крым, 2019-2021годы;

 Проведение и внедрение указанных исследований позволит достичь экологического оздоровления полуострова, повысит уровень продовольственной безопасности, устойчивости сельского хозяйства, улучшит качество окружающей среды, создаст условия для воспроизводства и охраны водных ресурсов.

Крымская академия наук; 

ФГБУН «НИИСХ Крыма»