Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ХИМИЧЕСКИХ МЕЛИОРАНТОВ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ РОССИИ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ХИМИЧЕСКИХ МЕЛИОРАНТОВ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ РОССИИ"



На правах рукописи

Кузьмич Михаил Александрович

Агроэкологическое обоснование применении нетрадиционных химических мелиорантов в земледелии России

Специальность 03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва - 2004

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-техпологическом институте химизации сельского хозяйства (ВНИПТИХИМ) и Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны (НИИСХ ЦРНЗ)

Научный консультант

доктор сельскохозяйственным наук, член-корреспондент РАСХН, профессор

Войтович Николай Васильевич.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, академик

РАСХН, профессор Ладоннн Вадим Фсопентович; доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Завалин Алексей Анатольевич; доктор сельскохозяйственных наук Осипов Анатолий Иванович.

Ведущая организация: Московский государственный

университет им. М.В. Ломомис.. (кафедра агрохимии)

Защита диссертации состоится /¿г -Ыа&тг? 2004 г. заседании Диссертационного совета Д. 220.016.01 во Вссроссяйс. учно-исследовательском институте информатизации агрономии гии (ВНИИ «Агроэкоинформ»)

Адрес: 143026, Московская обл., Одинцовский р-н, п. 1' 1 ул. Агрохимиков, дом 6, ВНИИ «Агроэкоинфог

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ин Отзывы на диссертацию в 2-х экземплярах, заверенные . н просим присылать по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук

Ю.А. Ушаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Объемы применения химических мелиорантов ад последние годы снизились более чем в 20 раз, в результате чего площади почв с повышенной кислотностью возросли до 40 млн. га. При этом применение фосфорсодержащих мелиорантов за последние 20 лет уменьшилось почти в 100 раз. Вместе с тем на территории страны наряду с месторождениями традиционных известь- и фосфорсодержащих материалов имеются большие запасы дешевых нетрадиционных химических мелиорантов (металлургические шлаки, зола бурых углей, природный мел и др.), применение которых позволит не только увеличить объёмы химической мелиорации, но и сделать это с меньшими затратами. В то же время улучшится экологическая ситуация в зонах накопления этих мелиорантов.

Нетрадиционные мелиоранты обладают многоплановым воздействием на почвенную среду как с точки зрения физико-химических свойств (факторы почвенной кислотности), так и по агрохимическим показателям, в число которых входит широкий набор макро- и микроэлементов. Особое место при их использовании занимает экологический фактор, связанный с наличием в изучаемых продуктах тяжелых металлов и других нежелательных примесей. Важное значение, в частности, имеет изучение вопросов реабилитации земель, ранее загрязненных этими элементами в результате неправомерных антропогенных действий, например, при бессистемном использовании осадков городских сточных вод (ОСВ). Однако комплексных исследований химического состава нетрадиционных химических мелиорантов, особенно по наличию нежелательных примесей и оценке их влияния на состояние почв и растений, проделано недостаточно. Представленная работа призвана в известной мере устранить этот недостаток.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является комплексная агроэкологическая оценка нетрадиционных химических мелиорантов, содержащих биофильные элементы.

Задачами исследований предусматривалось:

* исследовать запасы и объемы применения нетрадиционных химических мелиорантов;

* изучить поведение тяжелых металлов в системе мелиорант (удобрение) - почва - растение;

* дать оценку степени загрязнения биологических объектов при использовании нетрадиционных химических мелиорантов 'разработать регламенты по их применению, позволяющие избежать негативного эко-

"¿-шьъ

логического воздействия на окружающую природную среду;

* разработать способы улучшения физических свойств пылевидных мелиорантов и природного мела для получения исслеживающихся гранулированных известковых удобрений;

* изучить эффективность удобрений и агроруд на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, разработать предложения по их применению для получения нормативно чистой продукции;

* изучить транслокацию тяжелых металлов различными культурами и их реакцию на применение дето кс и кантов.

Научна» новизна работы. Получены новые данные по комплексной агроэкологииеской оценке нетрадиционных химических мелиорантов. Дана оценка влияния содержащихся в них биофильных элементов, а также примесей тяжелых металлов и токсичиых элементов на плодородие почвы, величину и качество урожая.

Впервые изучена эффективность продуктов обогащения и переработки апатит-штафелитовых руд Ковдорского месторождения, проведена их агроэкологическая оценка. Показано, что наряду с фосфоритами' апатит-штафелитовые руды могут использоваться в качестве основного фосфорного удобрения.

Получены новые данные о влиянии стандартной и активированной камышинской фосфоритной муки на урожайность сельскохозяйственных культур и фосфатный режим почвы. Уточнены условия повышения эффективности удобрений из сырых молотых фосфоритов на каштановой почве с нейтральной реакцией среды.

Показана высокая эффективность применения фосфоритно-кар-бонатных пород на кислых почвах Хабаровского края для улучшения фосфатного режима и регулирования реакции почвенной среды.

Установлено, что на почвах, длительное время удобрявшихся осадками сточных вод, внесение повышенных доз азотных удобрений сопровождается усилением транслокации в растения тяжелых металлов, особенно кадмия, никеля и цинка. Основным приемом, препятствующим этому процессу, является известкование.

Положения, выносимые на защиту.

1. Эколого-агрохимическая оценка нетрадиционных химических мелиорантов,

2. Технологические приемы улучшения физических свойств пылевидных мелиорантов и природного мела для получения исслеживающихся гранулированных удобрений,

3. Нормативные требования к качеству гранулированных известко-

вых удобрений.

4. Научное обоснование применения удобрений и мелиорантов на почвах, загрязненных тяжелыми металлами в результате ненормированного применения ОСВ, и отбора кормовых культур для выращивания на таких почвах.

Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований получены данные по объемам ежегодного выхода, отвальным запасам, подробном химическом составе и физическим свойствам нетрадиционных химических мелиорантов. Определено содержание в них основных токсикантов, изучено влияние уровня их применения на накопление наиболее распространенных токсикантов в системе мелиорант - почва - растение. Всё это позволило разработать предложения по расширению ассортимента известковых удобрений за счёт нетрадиционных химических мелиорантов.

Разработаны регламенты, рекомендации и руководства по безопасному применению металлургических шлаков, золы бурых углей, природного мела и некоторых других нетрадиционных химических мелиорантов для повышения плодородия почв.

Предложены технологические приемы улучшения физико-химических свойств золы бурых углей и природного мела. Они сводятся к получению гранулированных продуктов путем использования вяжущих свойств самих мелиорантов, специальных связующих материалов или смешивания с непылящими мелиорантами.

Все исследования направлены на снижение риска до минимума при использовании новых нетрадиционных химических мелиорантов.

• По итогам исследований изданы следующие рекомендации:

«Руководство по применению в качестве известкового удобрения шлака доменного гранулированного», 1988 г.

«Рекомендации по осуществлению контроля за использованием феррохромового шлака для известкования почв с целью предотвращения отрицательных последствий», 1989,2002 гг.

«Рекомендации по применению золы бурых углей для известкования кислых почв», 1990 г.

«Регламент применения феррохромового самораспадающегося шлака для известкования кислых почв», 2002 г.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Уче- . ных советах ВНИПТИХИМ и НИИСХ ЦРНЗ, конференции «Методы оценки нетрадиционных химических мелиорантов» (Ленинград-Пушкин, 1987); 5-й научной конференции международной ассоциации агрохими-

ков и агроэкологов «Агроэколас» (Москва, МГУ, 1998); международном симпозиуме «Проблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного минерального сырья в земледелии» (РАСХН, Немчиновка, 2000); международной научно-практической конференции (ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии. Курск. 2002), всероссийской научно-практической конференции «Ассортимснг минеральных удобрений, средств защиты растений и совершенствование научно-технологического агрохимического обеспечения сельхозтоваропроизводителей» (Москва, ВВЦ, 2002).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 38 научных работ. Получено 4 авторских свидетельства.

Объем н структура работы. Диссертация состоит из 8 глав, выводов и предложений производству, изложена на 332 страницах, содержит 136 таблиц, 5 рисунков. Список литературы включает 380 наименований, в том числе 77 работ иностранных авторов. Приложения представлены на 20 листах.

ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по теме диссертационной работы выполнены автором в 1978-2003 гг. в соответствии с тематическими планами НИР ВНИПТИ-ХИМ и НИСХ ЦРНЗ, в рамках выполнения Постановления Совета Министров СССР X» 1036 от 4.11.1985г. «О мерах по обеспечению известкования кислых почв в 1986-1990 годах.

Объектами исследований являлись следующие мелиоранты: шлак феррохромовый самораспадающийся Челябинского электрометаллургического комбината (ЧЭМК) и Серовского ферросплавного завода (СФЗ) электрометаллургический и доменный граншлак Череповецкого и Новолипецкого комбинатов; белитовый шлам Пикалевского ГО и Ачинского ГК; зола углей Ирша-Бородинского, Назаровского и Березовского месторождений; конверсионный мел Кирово-Чепецкого завода удобрений; шлам содового производства Стер л ита м а кс ко го ПО «Сода»; природный мел Стойленского ГОК; апатит-штафелитовые агроруды Ков-дорского месторождения; фосфоритно-карбонатная мука Средне-Илгинского и Бурунбаевского месторождений; фосфоритная мука Камы-шинского месторождения.

Для решения поставленных задач проведены лабораторные, вегетационные, полевые и производственные опыты. Исследования выполнены на дерново-подзолистых почвах, выщелоченном черноземе, серой лесной

почве, лугово-бурой и подзолисто-бурой почвах различной степени кислотности и гранулометрического состава.

Вегетационные опыты проводили в сосудах Митчерлиха, вмещающих 5 кг воздушно-сухой почвы. В качестве фона NPK использовались аммиачная селитра, двойной суперфосфат и хлористый калий. Дозы внесения указаны при обсуждении результатов экспериментов.

При разработке программ исследований руководствовались следующими нормативными документами:

«Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами». М., ИМГРЭ, 1982.

«Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве». М., 1982, № 2609-82.

«Методические рекомендации по обследованию и картографированию почвенного покрова по уровням загрязненности промышленными выбросами» М., Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 1987.

«Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства». М., ЦИНАО, 1992.

«Методические указания по гигиенической оценке качества почвы населенных мест». МУ 2.1.7.730-99.

Аналитические работы выполняли в соответствии с утвержденными ГОСТ и ОСТ.

Общее содержание элементов в исследуемых образцах почвы определяли после химического разложения проб горячей 1М HN03 при отношении почвы к раствору 1:10, а также на рентген-флуоресцентном анализаторе. Подвижные формы металлов извлекали ацетатно-аммопийным буферным раствором с рН 4,8, а также рядом других экстрагентов: HjO; 1н. НС1; холодной 1М HN03; оксалатным буферным раствором.

Минерализацию растительных образцов проводили методом сухого озоления в муфеле с постепенным повышением температуры до 500 градусов по Цельсию. Полученную золу растворяли в 10%-ом растворе НС! и использовали в дальнейшем для анализа. Определение тяжелых металлов в образцах 1985-1986 гг. проводили методом плазменной спектрофо-тометрии на приборе ICAP-900 (США). Содержание хрома в образцах 1987 года определяли методом атомно-адсорбционной спектрофотометрик на приборах "Pirkin - Etmer" (США) и "Hitachi" (Япония). В последующие годы определение тяжелых металлов в почвенных и растительных пробах проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре ААС-3. Определение содержания бенз-а-пирена в золе и в недогоревшен части угля было проведено в лаборатории скрининга канцерогенов НИИ канцерогенеза ВОНЦ АМН СССР спектрально-флуоресцентным методом

при низких температурах (-196°С). Удельную радиоактивность феррохром о во го шлака ЧЭМК и золы бурых углей определяли на малофоновой установке УМФ-2 и гаммзспектрометре "Сотри§атта-1281

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние плодородия почв и поставки химических мелиорантов

Главным критерием оценки почв сельскохозяйственного назначения является уровень их плодородия. За годы интенсивной химизации сельскохозяйственного производства (1975-1990) в нашей оране были значительно улучшены такие показатели плодородия, как рН и Нг. В это время было налажено производство промышленных известковых удобрений, разработаны требования к их качеству, резко увеличились объемы работ по известкованию почв. В 1988 году сельскому хозяйству поставлено максимальное количество известковых удобрений, около 44 млн. тонн в физическом весе, из которых примерно пятая часть представлена нетрадиционными химическими мелиорантами (табл. 1). За десять лет (с 1977 по 1987 гг.) площадь пахотных сильнокислых почв уменьшилась на 2,8 млн. га, а средпекислых на 0,8 млн.. га. Площадь слабокислых и близких к нейтральным почв возросла на 8,8 млн, га.

Применение фосфоритной муки в то время превысило 800 тыс. т Р2О5 в год, что составляло около 20% от всего ассортимента производимых фосфорных удобрений.

Экономический кризис в сельскохозяйственном производстве в последние годы привел к резкому ограничению или прекращению известкования почв. В 2002 году сельскому хозяйству поставлено всего 2 млн. т известковых удобрений, или в 22 раза ниже, чем в 1988 году. По результатам агрохимического обследования пахотных земель площадь кислых почв (рН<5,5) в Российской Федерации сегодня составляет около 40 млн. га, или более 30% от обследованных площадей, в том числе сильно кислых (рН<4,5) - более 3 млн. га. Только за 2000 год в 28 субъектах РФ произошло увеличение площадей кислых почв на полтора млн. га. В Республике Коми, Хабаровском крае, Орловской, Кировской и ряде других областей удельный вес кислых почв превышает 70%, а в 21 субъекте России их площадь превышает 50%. При сохранении объемов поставок известковых удобрений на нынешнем уровне неизбежно дальнейшее ухудшение параметров плодородия почв, снижение эффективности применения минеральных удобрений и падение продуктивности земледелия.

Необходимо отметить, что использование нетрадиционных химических

мелиорантов также значительно сократилось. Максимум их поставок отмечен в том же 1988 голу - 9,5 млн. toi и i.

В составе поставляемых мелиорантов превалирует известняковая мука. Соотношение пылевидной и сыромолотой муки в среднем 1:1, хотя по годам колебания досгигаот от 1:3 до 3:1. tía предприятиях Мкпсельхсш РФ производят только сыромолотую муку марки В и С (местные известковые удобрения),

В последние годы удельный все пылевидной муки существенно сшвипся. Это обусловлено во многом ценой на химмслиорангы. Так. в 2002 году отпускная цена на пылевидную муку колебалась от 200 до 416 рубУт, а на сыромолотую - от 36 до 73 рубЛ. В среднем же тонш известняковой муки стоила 195 руб. Стоимость известкования 1 га пашни (включая пену мелиоранта, расходы на его доставку и внесение в почву), по данным Министерства сельского хозяйства РФ, достигает 5-10 тыс. рублей. Значительная часть расходов ложится на перевозки мелиорантов. Так, в Московской области доставка 1 т мелиоранта по железной дороге на расстояние 100 км обходится в 300 руб., а на 300 км - в 740 руб. В таких условиях важное значение приобретает возможность расширения сырьевой базы и поиск новых источников поставок мелиорантов с целью приближения их к потребителю. Достаточно сказать, что применение нетрадиционных химических мелиораЕгтов обходится в 16 раз дешевле.

Нетрадиционные химические мелиоранты.

Краткий характеристика.

¡Отсев доломитов. По своему составу этот продуют идентичен доломитовым породам, используемым для производства муки. Анализ удобрений различных месторождений показал, что содержание в них вредных примесей невелико и не вызывает опасений.

Осадок фильтрационный. На сахарных заводах для рафинирования сахара используют известь. После прохождения через технологический цикл получают осадок, который в зависимости от способа удаления может быть раздельным или смешанным с промывочными и сточными водами. В обиходе этот мелиорант называют дефекатом. По содержанию тяжелых металлов и других токсикантов опасений не вызывает.

Таблица 1,

Поставки известковых удобрений сепьсному хозяйству РФ, тыс. m

Год Всего Извести, мука Местные НЗВССТКн удобрения Нетрадиционные химические мелиоранты

отсев доломита фильтрац осадок кон вере, мел шлаки металлург. цемент, пыль белит, мука зола известное, серный м-т

1985 35088 22842 5139 767 2101 222 1024 756 31 2088 118

1986 38663 25017 4726 1150 3150 320 1035 785 28 2201 250

1987 40021 25661 5087 1066 2561 603 1997 815 28 2023 179

¡988 43808 28772 5556 1059 2572 921 1875 775 22 1955 301

1989 38083 24796 5790 797 3191 306 1255 490 21 1348 90

1990 32528 21365 5319 737 1153 342 882 359 15 2356 -

1991 28357 18596 5322 773 1465 490 697 264 П 740

1992 20667 11678 4794 675 2465 36t 240 158 - 296

1993 150О7 7741 4388 279 1938 310 Í24 72 - 155

1994 Í995 7616 3521 3087 60 613 270 34 14 16

5069 1640 2663 47 539 33 123 8 15

199Ó 3533 664 2656 - 139 12 49 3 11

1997 2493 269 2032 - 22 26 148 - -

1998 1746 236 1410 - 64 20 15 <1 -

1999 2191 269 1784 - 120 17 1 - -

2000 2328 324 ■ 1806 2 158 36 2 - -

2001 2344 351 1780 - 17? 34 <1 1 -

2002 2070 222 1636 - 187 26 - - -

2003 2313 299 1696 - 268 44 - 6 ; - -

Известково-сернын мелиорант. Его поставка осуществлялась до 1989 года включительно из Раздольского рудника Львовской области. После флотации серы, находящейся в виде вкраплений в составе известняков и мергелей, получали известьсодержащий мелиорант. Содержание в нем вредных примесей, к сожалению, ранее не изучали. Учитывая природное происхождение минерала, можно предположить отсутствие существенных проблем в экологическом плане. Присутствие в составе мелиоранта небольшого количества серы не снижало его мелиоративных свойств. На уровень и качество урожая такое количество серы оказывает положительное влияние.

Пылевидные мелиоранты. Все пылевидные мелиоранты квалифицируются как относительно опасные. В случае нарушения регламентов применения они создают проблему загрязнения атмосферы, особенно в рабочей зоне. Попадание в дыхательные пути даже относительно чистой известняковой муки способно вызвать профессиональные болезни. Если же используются цементная пыль, зола и шлаки, то опасность возрастает. Поэтому решение проблемы пыления мелиорантов представляет важную экологическую задачу.

Сланцевая зола. Значительные объемы золы получают при сжигании горючих сланцев на тепловых электростанциях. В годы интенсивной химизации до 2 млн. тонн этого мелиоранта ежегодно использовалось для известкования кислых почв. Однако подробная агроэколо-гическая оценка его не проводилась. В настоящее время для этих целей сланцевая зола не применяется.

Зола бурых углей. Ежегодно на тепловых электростанциях страны получают 2,5 млн. т буроугольной золы, содержащей более 60% соединений кальция в пересчете на СаССЬ. В основном это зола Березовского, Назаровского и Ирша-Бородинского месторождении углей. Проведенными исследованиями установлено, что кроме кальция зола содержит большое количество других биофильных макроэлементов (магний, калий, серу, фосфор, натрий), а также-ряд микроэлементов (бор, селен, молибден). Содержание подвижных форм наиболее токсичных элементов, таких как кадмий, ртуть, мышьяк, в золе значительно ниже ПДК для почвы. Поэтому её можно рассматривать как субстрат для выращивания растений. Ограничивающими факторами в использовании свежеполученной золы в качестве удобрения являются присутствие в ней свободного оксида кальция и сульфидной серы, что может вызвать ожог растений, а также способствует слеживанию и комкованию при увлажнении или хранении на открытом воздухе.

Зола обладает высокой дисперсностью н сильно пылит при внесении в почву. Материально-техническая база, созданная в свое время для применения такого вида мелиорантов, в настоящее время отсутствует, что обусловливает поиск путей улучшения физико-химических свойств золы для применения ее в качестве известкового удобрения.

Цементная пыль. При производстве некоторых марок цемента используются глинистые известняки (мергели) или смеси извести и глин. Иногда основой для получения цемента являются зола или шлаки, предварительно гидратированные промышленными сточными водами. Поэтому в составе цементной пыли могут содержаться, кроме соединений кальция и магния, калий, сера, а также ряд других био-фильных и нежелательных элементов. Содержание калия в пыли может достигать 7,5% КгО. Следовательно, с 10 т этого мелиоранта на 1 гектар поступает до 750 кг К20. В литературе имеются сведения о наличии в цементной пыли кадмия и свинца, которые оседают в почве.

Белитовая мука (шлам). При выработке глинозема для производства алюминия получают мелиорант, содержащий до 98% действующего вещества в пересчете на СаСОз. Фазовый состав его представлен в виде 2 СаО'ЗЮ?. Ежегодно только на Ачинском глиноземном комбинате получают около 6 млн. т этого мелиоранта. Свежий шлам содержит 40-50% влаги, 95% частиц проходят через сито с отверстиями 0,65 мм. После подсушивания и измельчения он обладает свойствами пылевидных материалов. Кроме соединений кальция и магния, в шламе содержатся доли процента фосфора и калия, незначительные количества бора и меди, а также стабильный стронций, фтор, барий и хром. При хранении в отвалах содержание действующего вещества снижается до 90%, а по истечении 3-х месяцев шлам превращается в материал прочностью до 4 МПа.

Металлургические шлаки. Ежегодный выход всех металлургических шлаков достигает 40 млн. т. Более 300 млн. т шлаков находится в отвалах. Практически все шлаки имеют высокое содержание кальция (более 80% в пересчете на СаСОз). Важным показателем качества шлаков является модуль основности (отношение Са и Mg к и А1). При отношении больше единицы, шлаки называют основными, меньше единицы - кислыми. Кислые шлаки глыбисты и для применения в качестве удобрений требуют измельчения, что связано с экономическими и энергетическими затратами. Наиболее приемлемым путем в этом процессе является получение гранулированного продукта. При

очень высокой основности шлаки способны к так называемому кальциевому распаду с образованием мелких частиц.

Доменные шлаки. В зависимости от скорости охлаждения фазовый состав шлаков может быть представлен кристаллической или стекловидной структурой. Соответственно меняется и скорость нейтрализации реакции среды. В шлаке содержится около 15% 5102, 25% АЦОз, >1% РегОз и 0,12% Р2О5- В составе шлака обнаружено (мг/кг, вытяжка 1 н НЖ>з): Си-10; В-30; РЬ-3; Бг-4000; ТМОО; Мп-6000. Проведенными исследованиями доказана высокая эффективность ишаков и их положительное влияние на параметры кислотности почвы и урожайность растений. Установлено, что металлургические шлаки являются хорошим источником магния для растений. Подробная экологическая оценка их не проводилась. Кроме того, существуют проблемы получения высокоэффективного мелиоранта требуемого зернового состава. Разработана технология гранулирования доменных шлаков на припечных установках, суть которой заключается в подаче расплавленного доменного шлака в воду. Из-за резкого перепада температур происходит образование мелких частиц и исключается необходимость применения энергоемкого оборудования для размола шлаков.

Самораспадающийся феррохромовый шлак. Ежегодный выход этого мелиоранта составляет 1,3 млн. т, сельскому хозяйству поставлялось до 1 млн. т. Нейтрализующая способность ФХШ в пересчете на СаСОз превышает 100%. Из минералов в составе преобладает двух-кальциевый силикат 2СаО*ЗЮ2. В среднем в шлаке содержится около 30% ЭЮг, 6,5% А^Оз. Вытяжкой 1н НМОз из шлака извлечено: (мг/кг) Си-2; 2п-20; Мо-6; Са-0,2; РЬ-11,7; Эс-З,!; 5г-15; Аз-КЗ; Со-б; N¡-4; Т1-100; Мп-1500. В составе шлаков допускается до 3.5% Сг3+, а также примеси Сг6+ в количествах, не превышающих 30 мг/кг.

Ап атит- ппафе лито в ые агроруды. Для производства фосфорсодержащего концентрата используется апатитовая руда Ковдорского месторождения. Особой разновидностью ископаемых этого массива являются апатит-штафелитовые (франколитовые) руды, содержащие наряду с апатитом повышенные количества монтмориллонита, вермикулита, хлорита, каолинита. Ранее эти руды промышленностью не использовались, т. к. среднее содержание Р2О5 в них составляет около 17%. В процессе обогащения образуются вторичные продукты, которые могут содержать до 70% оксидов кальция и магния (в пересчете па СаСОз), 18% Р205, 6% К20 (табл. 2).

Таблица 2.

Химический состав продуктов обогащения а пат ит-шта фел ит оеых руд (в среднем), %

Действующие вещества АШР-Л-1/1 АШР-Л-2/1 АШР-Л-3/1

хвосты флота ц. шлам хвосты пер-вич. шлам вто-рич, шлам хвосты вто-рич. шлам

Р2О506Щ 6,1 12,6 2,0 7,1 15,4 2,1 17,3

РзСМ.р. 3,9 6,45 1,5 4,0 5,9 2,0 5,9

Ре203 8,6 И,4 15,1 12,3 10,3 22,2 6,3

АЬ03 12,0 12,6 П,1 13,4 8,6 10,3 7,9

СаО 8,5 17,7 8,7 П,5 7,0 5,1 25,4

МёО 17,3 5,2 4,3 9,5 22,3 14,1 9,2

И 0,7 1,57 0,4 0,9 1,7 0,4 2,0

БОз 0,25 0,05 0,05 0,10 0,15 0,05 0,20

п.п 15,9 15,3 11.7 14,3 9,8 10,3 9,9

Природный мел. При добыче железной руды на Стойлспском и Лебединском месторождениях Белгородской области ежегодно извлекают попутно около 10 млн. т природного мела, который в основном сбрасывают в отвалы. Значительные количества меловых месторождений различной мощности расположены на территориях Белгородской и Курской областей. По химическому составу природный мел пригоден для мелиорации почв. Содержание действующего вещества составляет 95-98% (в пересчете на СаС03 в сухом состоянии), влаги в естественном состоянии - 16-30%. Прочность при сжатии - 15-50 МПа. Для улучшения физико-химических свойств мела предлагается его гранулировать.

А гроз кол огн ческа я оценка мелиорантов

Феррохромовые шлаки. В вегетационном опыте на дерново-подзолистой срсднесуглини-стой почве вносили шлак Серовского ферросплавного завода (СФЗ) в дозе полной нейтрализации гидролитической

кислотности (1НГ), двойной дозе (2НГ) и четырехкратной дозе (4НГ). В расчете на кг почвы дозы составили: 3, 6 и 12 г, а в пересчете на га - 9, 18 и 36 тонн соответственно. В год внесения изучали прямое действие шлака, в последующем рассматривалось его последействие. Из таблицы 3 следует, что единичная доза феррохромового шлака снизила показатели кислотности почвы в большей степени, чем эквивалентное количество стандартной известняковой муки.

Таблица 3,

Изменение реакции среды дерново-подзолистой ггочвы в зависимости от доз феррохромового шлака СФЗ_

рНнго рНкс! Нг, мг-экв/100г

Варианты 1-й 2-й 1-й 2-й 1-й 2-й

год год год год год год

ИРК - фон 5,00 5,00 3,95 3,80 8,11 7,92

По фону: извест. мука, I Нг 6,30 6,35 5,40 5,40 3,79 3,19

шлак 1 Нг 6,90 6,75 6,15 5,70 1,40 2,21

шлак 2 Нг 7,60 7,90 7,00 7,10 0,43 0,42

шлак 4 Нг 8,00 8,30 7,35 7,55 0 0

Увеличение дозы шлака в 4 раза привело к созданию слабощелочной реакции как водной, так и солевой вытяжки почвенного раствора. РНш составил 7,35, а рНщо - 8,00; гидролитическая кислотность не обнаружена. Известкование почвы карбонатом кальция не обеспечивает такого сильного сдвига реакции почвенного раствора. Для сравнения нейтрализующего влияния феррохромовых шлаков и стандартных известковых удобрений в лабораторном опыте произведено измерение рН водной вытяжки. К навеске мелиоранта 20 г добавляли 50 мл дистиллированной воды, как это обычно делается при определении рН почвы. Уже через сутки рН вытяжки из доломитовой муки составил 8,8, а из ФХШ - 11,6, Через 7 суток реакция вытяжки практически не изменилась. Феррохромо-вый шлак сильнее сдвигает рН водной вытяжки в сторону щелочного показателя, чем доломитовая мука.

Полученные результаты имеют важное практическое значение в том смысле, что при рН среды выше 7,5 усиливается подвижность кадмия, тяжелого металла первого класса опасности, а критическим уровнем кислотности, при котором возрастает растворимость хрома, является рН 8.0. В реальности такая ситуация может возникнуть, когда вносят высокие

дозы мелиорантов (до 40 т/га).

Результаты вегетационного опыта подтверждают высокую эффективность одинарной и двойной доз шлака (табл. 4). Однако повышение дозы в 4 раза привело к снижению урожая зерна ячменя в сравнении с вариантом «фон + известняковая мука». Можно назвать несколько предполагаемых причин такого эффекта, в том числе сдвиг рН почвы в неблагоприятный для роста растений интервал.

Таблица 4.

Сухая масса растений (г/сосуд) и содержание хрома (мг/кг) при снесении различных доз феррохромового шлака СФЗ

Варианты Ячмень, 1-й год Кукуруза, 2-й год Рапс, 3-й год

зерно солома

масса Сг масса Сг масса Сг масса Сг

ЫРК — фон 5,0 0,04 7,7 0,26 50,6 0,18 12,6 0,50

По фону: изв. мука, 1 Нг 21,3 0,05 19,3 0,22 54,9 0,17 22,4 0,39

шлак 1 Нг 20,4 0,05 21,9 0,26 62,3 0,13 24,1 0,35

шлак 2 Нг 18,1 0,05 19,5 0,28 62,1 0,15 22,6 0,38

шлак 4 Нг 14,8 0,05 19,5 0,29 61,3 0,17 23,6 0,39

НСРоз 3,9 27,7 4,2

Примечание: МДУ хрома в зерне и грубых кормах составляет 0,5 мг/кг

Известно, что С а" в высоких концентрациях тормозит поступление в растения К+ или Мд Кроме того, нельзя сбрасывать со счетов и возможность присутствия в шлаках неметаллов-антагонистов. На второй и третий годы последействия достоверного снижения урожая кукурузы и рапса под влиянием шлаков не наблюдалось.

Транслокация хрома в системе мелиорант - почва - растение в сравнении с другими токсикантами изучена слабо. Считается, что раствор 1н. НС1 извлекает из почвы комплекс тяжелых металлов, который можно рассматривать в качестве "ближнего резерва", способного подпитывать их миграцию в сопредельные природные среды и по пищевым цепочкам [Ильин, 2000]. Солянокислая вытяжка рекомендуется для определения хрома в связи с тем, что при использовании стандартного метода из почвы извлекается его довольно мало.

Как видно из таблицы 5, содержание подвижного хрома в почве было незначительным (вытяжка ААБ рН 4,8). Под влиянием феррохромовых шлаков оно несколько увеличилось, особенно во второй год. Однако на

третий год после внесения концентрация подвижного хрома в вытяжке заметно упала. Аналогичное явление наблюдается и при анализе данных, полученных с использованием кислотной вытяжки.

В целом уровень загрязнения почвы хромом, даже при разовом внесении четырехкратной дозы, можно считать неопасным, так как увеличение содержания подвижного хрома составляло не более 10% от ПДК,

Таблица 5.

Содержание хрома и свинца в почве по годам исследований, мг/кг

Вариант Хром Свинец

ЛАБ pH 4,8 | 1 н. HCl ААБ рН4,8| 1н. HCl

годы

1-й 2-й 3-й 1-й 2-й 3-й 1-й 2-й 1-й 2-й

КРК-фон 0,10 0,09 0,05 0,60 0,59 0,30 0,29 0,20 2,08 2,05

По фону: изв. мука, 1 Нг 0,10 0,09 0,06 0,59 0,59 0,31 0,17 0,22 2,11 2,10

шлак 1 Нг 0,17 0,15 0,06 1,07 0,99 0,55 0,21 0,20 2,01 2,13

шлак 2 Нг 0,31 0,30 0,10 1,88 1,69 0,86 0,28 0,28 2,15 2,20

шлак 4 Нг 0,64 0,66 0,20 3,08 4,17 1,28 0,42 0,37 2,31 2,30

Примечании: ПДК хрома составляет 6,0 мг/кг (вытяжка ААБ pH 4,8), фоновым считается уровень хрома до 30 мг/кг (1н HCl).

При внесении обычных доз шлаков, рассчитанных на нейтрализацию гидролитической кислотности, нет оснований говорить о каком-либо заметном загрязнении почвы хромом. Однако эти результаты подчеркивают и недостаток метода оценки мелиоранта по хрому. В почву поступает хром, который не определяется стандартным методом, и при систематическом внесении шлака неизбежно произойдет повышение его валового содержания.

Внесенный в составе шлака хром практически не извлекается применявшимися вытяжками, за исключением 1н. HCl, в которой отмечено некоторое повышение концентраций этого элемента. Такую ситуацию можно рассматривать как следствие особенностей формы нахождения хрома в шлаках. Известно, что его соединения при термическом воздействии становятся устойчивыми к растворению в сильных и слабых растворах щелочей и кислот.

В вегетационных опытах на суглинистой дер но ио-подзол истой почве, где доза шлаков 2Ш, внесенная за один прием, составила 50 т/га (в пересчете), обнаружено угнетение растений рапса в течение первого года

(табл. 6). При этом содержание подвижных форм хрома в почве оставалось ниже уровня допустимых концентраций.

Снижение урожая рапса наблюдалось также и от внесения аналогичной дозы известняковой муки. Вместе с тем внесение в почву известняковой муки и растворимого в воде трехвалентного хрома в количестве, эквивалентном его содержанию в дозе шлака 2Ш, не оказало угнетающего действия на урожай. Эти результаты косвенно свидетельствуют о возможном негативном влиянии на растения щелочной реакции среды после высоких доз мелиорантов. Такая же доза шестивалентного хрома вызывала гибель растений в течение первого года. А увеличение её до 3 Сгй+ в сочетании с высокой дозой известняковой муки усиливало срок токсичного действия хрома до 3 ле г.

Таблица 6.

Урожай рапса (зелёная масса) при внесении мелиорантов и солей хрома (фрагмент опыта на суглинистой почве), г/сосуд

Вариант опыта 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999*

ЫРК -фон 12,8 25,9 20,3 23,7 20,1 22,4 28,1

По фону: 1Са** 12,0 313 22,8 23,4 25,6 23,9 31,1

2Са 11,6 33,6 21,3 23,6 25,8 26,6 36,0

1Ш*** 13,8 29,1 23,8 22,7 20,3 29,0 36,3

2Ш 6,7 34,7 21,5 24,2 23,6 25,6 40,5

1Сг^ 10,1 29,9 20,5 25,8 20,4 22,5 30,0

1Са Юг6* 6,1 34,8 23,9 24,6 20,1 32,1 34,8

2Сг6* 0 38,4 20,5 25,5 19,1 27,2 36,0

1Са 2СГ64 0 29,1 22,3 25,7 24,2 26,4 33,4

2Са 2Сг6+ 0 5,6 17,6 25,4 21,6 28,4 35,1

ЗСг6* 0 0 ¡3,0 30,0 28,6 31,2 36,2

1Са ЗСг6* 0 0 и 32,7 27,3 27,0 32,1

2Са ЗСг6+ 0 0 ол 24,5 24,4 29,6 31,6

2Са 2С^+ 27,8 23,3 24,2 27,5 28,4 35,0

1Са 2Сг*+ 11,6 31,1 22,9 25,4 22,0 25,9 32,3

НСРоз 2,05 3,96 2,94 3,70 3,92 5,02 4.10

Примечания: *-после повторного известкования, **-СаСОз, ***-шлак

Следовательно, известкование почв, загрязненных шестивалентиой формой хрома, задерживает его переход в трехвалентную форму, что подтверждается увеличением срока токсичного воздействия на растения. Повторное известкование, проведенное после шести лет эксперимента, не повлияло на величину урожая и содержание в нем хрома.

Анализ серых лесных почв Свердловской области, длительное время известковавшихся ФХШ, также не выявил существенного их загрязнения (табл. 7). Содержание общего хрома хорошо коррелировало с наличием подвижного, извлекаемого ААБ с рН 4,8 (г= 0,79).

Таблица 7.

Содержание общего и растворимого хрома в серых лесных почвах _Свердловской области, мг/кг_

Район Общий Растворимый в 1 н. НС1 Растворимый в ААБ с рН 4.8

Артемовский 245(140-900) 3,6(1,3-22,0) 0,8(0-4,3)

Ачитский 210(77-432) 3,6(1,3-9,0) 0,5 (0-1,4)

Байкаловский 153 (66-431) 2,3(1,5-5,0) следы

Ирбитский 230(141-326) 4,0 (2,0-6,5) следы

Красноуфимский 138(90-225) 3,2(1,5-5,0) следы

Ново-Ляли иски и 221 (108-406) 4,3 (2,5-7,0) следы

Пышминский 134(115-157) 1,4(0,8-2,1) 0,2 (0-0,4)

Серовский 179(107-322) 3,0(1,2-7,2) 0,8 (0-2,1)

Слободо-Туринс ки й 174 (76-349) 2,5 (0,5-11,3) 0,5 (0-0,8)

Сысертский 174 (74-450) 2,5 (0,5-9,5) 0,5 (0-1,4)

Сухоложский 128 (87-177) 2Д (1.5-3,0) следы

Талицкий 127 (44-253) 2,0(1,5-4,0) следы

Туринский 208 (91-1002) 3,6(1,3-26,6) 0,7 (0-3,3)

По области 176 3,65 0,63

Примечание: среднее содержание, и скобках -диапазон колебаний

Коэффициенты корреляции между кислоторастворимым, общим и подвижным хромом были близкими и составили соответственно 0,86, и 0,85. Связь между подвижным (у) и валовым (х) хромом описывается линейным уравнением: у=0,143+0,00282х (рис. 1). В соответствии с приведенным уравнением, расчетное содержание подвижного (ААБ рН 4,8) хрома в почве достигнет ПДК (6,0 мг/кг) при уровне общего хрома 2077 мг/кг, что превышает ПДК по фоновому содержанию этого элемента в 4 раза. Нормативное фоновое содержание валового хрома в почвах состав-

.пяет 500 мг/кг. По этим данным, лимитирующим фактором при использовании ФХШ для известкования почв является содержание общего, а не подвижного хрома, что требует индивидуального подхода к этому мелиоранту. При разработке регламента на применение феррохромовых шлаков в сельском хозяйстве было рекомендовано вести контроль за содержанием в почве подвижного и общего хрома.

Наличие других токсикантов в феррохромовьк шлаках не вызывает опасений загрязнения растительной продукции при нормированном использовании шлаков.

100 1000 2000

Сг валовый, мг/кг

Рис 1. Изменение содержания в почве подвижного хрома (у, мг/кг) в зависимости от валового (х, мг/кг)

Гранулированные доменные шлаки. В ряде вегетационных и полевых опытов на различных почвах проведены испытания нескольких образцов доменных шлаков, фанулированных на припечных установках. Основная масса частиц имеет размеры 0,4 - 2 мм (табл. 8).

Таблица 8.

Зерновой состав гранулированнъи: доменных шлаков, %

Образец Размер частиц, мм

<0,05 0,050,1 0,10,25 0.250,4 0,40.63 0,631,0 1,0-2,0 2,0-3,0 >3,0

№1 0,3 0.8 7,2 15,6 17,8 33,3 23,7 1,1 0.2

№2 0,4 1,0 5,7 11,0 21,1 35,4 23,2 1,8 0.4

Как показали исследования, эффективность гранулированных доменных и конвертерных шлаков Ново-Липецкого металлургического комбината (НЛМК) в сравнении с традиционными химическими мелиорантами невысока, особенно крупных фракций (табл. 9), Фракция менее 0,25 мм была более эффективной, но и она действовала слабее известняковой муки. В наибольшей степени влияние мелиорантов обнаруживается при определении подвижного алюминия.

Таблица 9.

Влияние зернового состава шлака и других мелиорантов на агрохимические показатели дерново-подзолистой почвы и массу зерна ячменя (г/сосуд)

Вариант Фракция, мм рНка рНнго Иг* Но* А1** Урожай

ЫРК - фон - 4,00 4,45 6,37 1,55 13,50 6,0

По фону №К: Известняк, мука 5,54 6,20 2,12 0,08 0,59 30,0

СаСОз, х.ч. <0,25 6,09 6,35 1,84 0,07 0,57 31,9

Доменный шлак 3-0,25 4,10 4,57 5,63 0,91 7,70 5,9

,то же <0,25 4,75 5,97 3,36 0,17 1,35 32,6

НСР 05 2,3

Примечания: *мг-экв/100 г почвы; **мг/100 г почвы

При внесении шлака исходного грансостава (3-0,25мм) сдвиг рН составил всего 0,1 единицы, а содержание алюминия снизилось с 13 до 8 мг/100 г почвы. Для более детальной оценки шлака в зависимости от размера частиц провели полевой и вегетационный опыты на выщелоченном тяжелосуглинистом черноземе. Результаты этого опыта показали, что в составе шлаков целесообразно ограничить наличие частиц размером более 1 мм (табл. 10),

Таблица 10.

Изменение агрохимических свойств выщелоченного чернозема и урожая ячменя (г/сосуд) в зависимости от размера частиц вносимого шпака

Вариант 1-й год 2-й год

рНк сг Нг У,% уро жай рНк С1 Нг У,% уро жай

Без удобр. 5,1 4,96 83,2 6,7 5,1 4,90 82,8 9.0

ЫРК-фон 4,9 6,00 81,2 15,7 5,1 4,90 82,2 9,8

Шлак по фону >2 мм 5,2 5,05 84,9 16,4 5,8 3,36 88,0 14,0

2-1 мм 5,4 3,57 88,9 17,7 6,0 2,27 91,4 14,1

1-0,5 мм 5,8 3,05 90,1 19,2 6,0 2,54 90,2 13,4

0,5-0,25 мм 5,9 2,51 91,9 18,6 5,7 3,14 88,1 13,8

<0,25 мм 6,3 1,45 95,0 17,7 5,8 2,66 89,9 13,9

НСР05 - - - 1,6 - - - 1,2

Примечание: Нг- мг-экв. /100 г

В полевом производственном опыте, проведенном в Липецкой области на черноземе выщелоченном, сравнивали влияние шлаковой муки и грубомологого шлака на плодородие почвы, размеры урожая и его состав. Результаты этих; исследований (табл. II) показывают, что грубомолотые шлаки также способствовали снижению кислотности почвенного раствора, однако в меньшей степени, чем мука. Гидролитическая кислотность снизилась всего в 1,4 раза, а степень насыщенности основаниями увеличилась лишь на 3,6%.

Таблица 11.

Влияние шлаков на агрохимические показатели _чернозема выщелоченного _

Показатели Фон (М(2ОР12ОК|6О) Фон +шлаковая мука Фон +грубомолот, шлак

I 2 3 1 2 3 1 2 3

рНка 4,9 5,0 5,2 4,9 5,4 5,6 4,7 5,1 5,2

Нг,мэкв/100г 6,9 6,6 6,2 5,9 2,9 3,9 6,7 4,5 5,6

81,6 80,9 82,0 84,0 90,9 89,0 82,8 86,7 84,0

Р2О5, мг/кг 100 93 112 89 93 ПО 117 84 116

К20, мг/кг 232 127 145 250 135 118 205 101 121

Са,мэкв/100г '24,0 23,3 22,3 24,4 23,5 24,1 24,9 25,2 23,2

Примечания: I - 10.10.1984 г., 2- 15.10.1985 г., 3- 14,05.1986 г.

Через два гола после внесения мелиорантов в почве опытных делянск появились признаки подкисления - повысилась гидролитическая кислотность и снизилась степень насыщенности основаниями.

Под действием мелирантов повысилась урожайность выращиваемых культур (табл.12). В целом шлаковая мука оказалась эффективнее грубомолотого шлака.

Таблица 12

Урожайность селъскохозяйственпых культур под елиянием мелиорантов

Вариант Урожай, ш'га Прибавка к фону

и/га /0

Сахарная свекла

м(2оРгаК|60-Фон 346

Фон-Ыцлаковая мука 407 61 18

Фон+грубомолоты й шлак 382 36 10

НСРМ 19,7

Зерно ячменя

МцоРцоК]«)- Фон 22,8

Фон+шлаковая мука 24,8 2,0 9

Фон+грубомолотый шлак 23,8 1,0 4

НСР05 1,1

Химический состав урожая сахарной свеклы представлен в табл. !3. Содержание в корнеплодах всех элементов, за исключением хрома, находится в пределах МДУ. Что касается хрома, то, скорее всего, норматив на этот элемент требует корректировки в сторону увеличения.

Таблица 13.

Химический состав растений сахарной свеклы, мг/кг сухого вещества

Элемент Фон (№К) Фон+ шлаковая мука Фон+ шлак грубомо- ЛОТЫЙ

1 2 1 2 1 2

Сг 6,6 4,1 6,4 2.5 6,9 3,8

С<1 0,04 0 0,02 0 0,02 0,01

РЬ 0,17 0,70 0,21 0,73 0,27 0,72

Щ 0,009 0,059 0,010 0.065 0,010 0,059

Аз 0,001 0 0.001 0 0,001 0

N1 0 1,25 0 0,79 02 1,59

В 8,2 59,2 8,5 53,0 8,5 52,6

Мо 0,13 0,62 0,17 0,67 0,19 0,70

Си 0,16 1,70 0 1,51 0,07 1,60

гп 21,3 40,6 29,1 33,0 26,9 31,7

Со 0,04 2,01 0,23 2,10 0,30 2,01

Мл 122 329 106 238 108 234

Примечание: I - ботва, 2 - корнеплоды

Результаты исследований с ячменем на дерново-подзолистой почве подтвердили слабую транслокационную способность тяжелых металлов.

содержащихся в шлаках, и их экологическую безопасность (табл. 14).

Таблица 14

_Химический состав соломы ячменя, мг/кг сухого вещества_

Вариант РЬ Сг 2п Си в Мо Со Мп

Без удобрений 0,20 0,01 2,2 25,8 0,01 6,2 0,11 0,04 22

МРК - фон 0,51 0,02 4,4 36,7 1,77 7,4 0,33 0,66 60

Шлак по фону МРК: >2мм 0,35 0,01 3,6 16,6 0,44 7,1 0,14 0,20 106

2-1 мм 0,38 0,01 2,8 23,4 0,81 7,5 0,13 0,17 73

1-0,5 мм 0,41 0,01 5,2 29,6 1,67 6,6 0,27 0,27 81

0,5 -0,25 мм 0,46 0,02 3,4 19,2 1,13 16,2 0,22 0,40 72

<0,25мм 0,52 0,02 6,6 23,2 2,14 22,8 0,46 0,63 44

МДУ 5,0 0,05 0.5 50,0 30,0 - 2,0 1,0 -

Примечание: Кадмий, мышьяк и никель не обнаружены.

Содержание ртути под влиянием внесенных шлаков в растениях не изменялось. Вместе с тем отмечено определенное повышение содержания микроэлементов бора, молибдена и кобальта в вариантах с мелкими фракциями шлака. Колебания концентраций цинка и меди не имеют четко выраженной закономерности. В целом вся продукция благополучна по содержанию особо опасных токсикантов.

Электрометаллургические шлаки. На Старооскольском металлургическом комбинате получают шлак, обладающий высокой нейтрализующей способностью. Испытывался образец с содержанием действующего вещества около 100% в пересчете на СаСОз. Для этой цели проведен вегетационный опыт па кислой дерново-подзолистой почве. Из таблицы 15 следует, что испытываемый продукт оказывает влияние на кислотность почвы, аналогично феррохромовому шлаку. При его внесении в избыточных дозах реакция среды, особенно в водной вытяжке, становится слабощелочной. Масса растений увеличивается под воздействием расчетных доз мелиорантов. Повышенные дозы электрометаллургического шлака снижают урожай ячменя в первый год и несколько повышают урожайность кукурузы в последействии (на второй год). Правда, при внесении 4-кратной дозы шлака прибавка урожая уменьшается.

Таблица 15.

Влияние традиционных мелиорантов и различных доз электрометаллургического шлака на кислотность почвы и сбор сухой массы растений ___(г/сосуд)___

Вариант рНкс! рНцао Иг, мг-экв/100 г Ячмень, пр, действие Кукуруза

1 2 1 2 1 2 3 4 2

1ЧРК - фон 3,95 3,80 5,00 5,00 8,11 7,92 7,7 5,0 50,6

По фону: изв. мука 5,40 5,40 6,30 6,35 3,79 3,19 19,3 21,3 54,9

мел 6,25 6,40 7,00 7,20 г,23 1,06 20,5 22,1 58,7

шлак, 1 Нг 5,80 5,64 6,85 6,70 2,46 2,25 21,5 23,4 60,9

шлак, 2 Нг 6,75 6,60 7,55 7,45 0,75 0,76 19,4 19,2 67,9

шлак, 4 Нг 7,64 7,55 8,10 8,20 0 0 21,3 19,2 64,3

Примечания: 1 -прямое действие, 2 - последействие, 3 - солома, 4-зерно

В этом опыте, как и в предыдущих, определяли спектр всех тяжелых металлов в почве. Количество кадмия, ргуги, молибдена, цинка и меди опасений не вызывает. Содержание хрома и свинца несколько увеличивается, но оно незначительно даже при внесении повышенных доз мелиоранта. Вызывает некоторую озабоченность содержание в почве кислоторастворимого никеля. По классификации Почвенного института его количество в 2-3 раза превышает фоновый уровень, В то же время концентрация ацетатно-растворимой формы значительно ниже ПДК. Заметное увеличение растворимого никеля наблюдается при внесении удвоенной дозы шлака и еще в большей степени - четырехкратной дозы. Относительно ПДК концентрация никеля довольно высока даже в тех вариантах, где шлаки не вносили. Максимум его обнаружен в вариантах с двойной и четырехкратной дозами шлака (табл. 16).

Таблица 16,

Содержание никеля и молибдена в дерново-подзолистой почве, мг/кг

Вариант N1 ■Мо

ААБ эН 4,8 1 н, НС1 ААБ эН 4,8 1н. НС1

1-Й год 2-й год 1 -й год 2-й год 1-й год 2-й год 1-й год 2-Й год

Ь1РК-фон 0,58 0,58 21,12 20,87 0,83 0,44 0,27 0,24

По фону: юв. мука 0,84 0,90 20,67 22,04 0,76 0,64 0,52 0,48

мел 1,26 1,48 21,13 21,14 0,97 0,80 0,58 0,61

шлак, I Нг 1,77 1,57 21,72 22,95 0,93 0,69 0,51 0,51

шлак, 2 Нг 3,52 3,24 27,39 24,81 1.09 0,86 0,73 0,64

шлак, 4 Нг 6,57 6,33 26,48 27,62 1,51 1,24 0,97 1,04

Поэтому при использовании шлака в качестве мелиоранта необходим первоочередной контроль за поведением никеля в почве и его содержанием в растительной продукции.

Зола бурых углей. Применение золы, особенно её мелких фракций, на кислых почвах в дозе I Нг обеспечивает нейтрализующий эффект на уровне стан-даршых известковых удобрений. По влиянию на урожайность растений зола эффективнее уже в первый год, что связано с присутствием в ней ряда питательных элементов (табл. 17). Несмотря на то, что стойленский мел сильнее, чем зола в целом, снижал кислотность почвы, его влияние на размеры урожая меньше. В этом опыте клевер был первой культурой, под которую вносили мелиорант. Достоверен прирост сухой надземной массы клевера при внесении самой мелкой фракции золы в сравнении с применением мела. Что касается более крупных фракций, то при внесении частиц от 0,25 до 3,0 мм прибавка урожая клевера несколько меньше. Таким образом, уже в год внесения слабое влияние более крупных фракций золы на кислотность почвы компенсируется прибавкой урожая за счет наличия в ней биофильных макро- и микроэлементов.

В последействии, при выращивании кукурузы и ячменя, все фракции золы были эффективны и в подавляющем большинстве случаев превосходили стандарт.

Таблица 17.

Влияние различных фракций золы березовскихуглей _на сбор сухой массы растений, г/сосуд_

Вариант Клевер Кукуруза Ячмень

зерно солома

ЫРК-фон 24,5 49,7 11,5 13,1

По фону: Стойленский мел 33,8 56,7 12,1 15,8

Зола <0,25мм 36,6 63,3 15,2 16,2

Зола 0,25-0,5 мм 34,4 62,7 16,6 16,3

Зола 0,5-1,0мм 36,3 57,2 17,0 16,8

Зола 1,0-3,0мм 34,2 63,3 15,8 15,6

Зола 3,0-5,0мм 31,8 57а 13,0 14,8

НСР05 2,6 1,7 2,9 1,5

Зола может рассматриваться как источник для растений бора и селена. Расчеты показывают, что с 10 т золы на гектар будет внесено до 3 кг ки-слоторастворимого бора, половина которого находится в водорастворимой форме. При такой дозе нет опасности токсического эффекта, и бор следует рассматривать как микроэлемент. Что касается селена, то изучение поведения его соединений в системе мелиорант - почва показывает, что в первый год после внесения двойной дозы березовской золы идет накопление в почве кислоторастворимых форм этого элемента. Наблюдается заметное обогащение почвы селеном и при внесении расчетной дозы ирша-бородинской золы, которая сама содержит этот элемент в количестве до 10 мг/кг.

Селену в последнее время уделяется много внимания. Это связано с его активным участием в биологических процессах, происходящих в растениях. Некоторые исследователи, впрочем, оспаривают необходимость селена для растений. По их данным, он не влияет на продуктивность. Но есть сведения о его положительном действии на урожай укропа и редиса. В наших опытах при внесении высоких доз золы и, естественно, соответствующих количеств селена урожаи возделываемых культур повышались (табл. 17).

Анализ почвы показал, что количество извлеченного селена не превышает 1,45 мг/кг в вытяжке ]н. НС1 (табл. 18). При этом увеличение доз золы, независимо от ее происхождения, сопровождалось ростом содержания в почве кислоторастворимых форм селена. На третий год эксперимента оно заметно снизилось. Следовательно, золу можно рассматривать как источник этого микроэлемента.

- Для контроля за загрязнением почв полициклическими ароматическими углеводородами в образцах золы и «недожоге» (1-2% аг золы) определяли концентрацию бенз-а-пирена. Проведенные исследования показывают, что количество бенз-а-пирена во всех образцах золы и пестревшего угля, отобранных из Ирша-Бородинского, Назаровского и Березовского месторождений не превышало 0,02-0,04 мкг/кг, А так как ЦЦК этого токсиканта в почве составляет 20 мкг/кг, можно сделать вывод, что в данном случае использование золы в мелиоративных целях не приведет к загрязнению почв.

Биологическое тестирование золы показало, что в дозе 10 т/га она не влияет на состав микробного сообщества, но изменяет его организацию. Целлюлозолитическая активность почвы при внесении сверхвысокой дозы золы (до 500 т/га) не имела четко выраженной тенденции. Резкое снижение количества целлюлозолитических микроорганизмов наблюдалось только при их внесении на чистую золу.

Таблица 18.

Содержание микроэлементов и ТМв дерново-подзолистой почве в зависимости от (tuda и дозы мелиоранта (вытяжка lit. HCl, 1-й год),

мг/кг

Варнант Доза м-ранта В Se Mo Pb Sr Ca Ca:Sr

NPK - фон 0 0,16 0,73 0,30 1,80 0,61 79 121

По фону: Известняковая мука I Нг 0,15 0,75 0,32 1,67 0,81 206 254

Ирша-Бор. зола <0,25 I Нг 0,21 1,22 0,31 1,82 4,21 214 50

Тоже 2 Нг 0,42 1,36 0,38 1,98 7,33 289 39

Назаровск. зола <0,25 1 Нг 0,20 0,86 0,35 1,74 1,92 192 100

То же 2 Нг 0,37 1,27 0,27 1,82 2,81 117 .41

Березовск. зола., <0.25 1 Нг 0,16 0,74 0,33 1,72 2,21 184 83

То же 2 Нг 0,32 1,25 0,34 1,91 4,22 п.д. н.д.

То же 4 Нг 0,56 1,45 0,30 1,98 7,46 504 67

То же, 0,25-0,5 мм 1 Нг 0,18 0,45 0.33 1,70 1,92 175 91

То же, 0,5-1,0 мм 0,14 0,32 0,32 1,69 1,83 170 93

То же, 1,0-3,0 мм 0,15 0,28 0,30 1,68 1,65 168 102

То же, 3,0-5,0 мм 0,12 0,16 0,30 1,71 1,36 149 ПО

Фитотоксические свойства золы в почве выражены довольно слабо. Количество проросших семян кресс-салата на контроле (почва) составляло 70%, в варианте с проращиванием только на золе - 60%, а при внесении золы в интервале доз от 5 до 15 т/га оно было, напротив, максимальным и составило 90%. Эти результаты подтверждают не только фитобе-зопасность, но и пользу периодического внесения небольших доз золы при химической мелиорации кислых почв,

В связи с повышенным содержанием в золе стабильного стронция рассматривалась опасность накопления в почве и растительной продукции этого элемента. При соблюдении норм внесения мелиоранга в почву избыточного накопления стронция в растениях не наблюдалось. Не надо забывать также о высокой подвижности соединений стронция. Наш вывод - применение золы в дозах до 10 т/га раз в 5 лет оправдано с агрохимических и экологических позиций.

Для устранения неудовлетворительных свойств золы рекомендуется ее гранулирование или смешивание в другими мелиорантами, обладающими га>

вышенной влажностью. Смеси золы с белитовым имамом и серпентинитгами в соотношениях 1:1,1:3 и 3:1 (в зависимости от исходной влажности компонентов) не пылят, обладают высокой нейтрализующей способностью и хорошими удобрительными свойствами.

Гранулированная зола (по зерновому составу) должна соответствовать требованиям, предъявляемым к известковым удобрениям ГОСТ Р 14050-93 I-го класса (до 20 МПа). Таким же требованиям должны отвечать и другие гранулированные известковые удобрения из природного мела и белитово-го шлама.

Гранулированный природный мел. Целью грануляции является получение исслеживающихся удобрений, выдерживающих складирование на открытых площадках и кратковременное увлажнение, пригодных для равномерного внесения на поверхность почвы при помощи центробежных машин и механизмов. Для гранулирования мела в качестве связующего можно использовать бентонит в количестве 3 кг на 1 т готовой продукции (0,3%), ЖКУ 10:34:0 (до 3%), сульфитно-спиртовую барду (7%), цементную пыль-до 3%. Непродолжительный подогрев гранул способствует увеличению их водостойкости. Для упрощения технологической схемы гранулирование в две стадии может быть осуществлено в одном барабанном грануляторе.

Все исследованные опытные партии гранулированного продукта имели выровненный зерновой состав, обладали удовлетворительными физико-химическими свойствами и высоким мелиоративным эффектом. Использование для грануляции ЖКУ и сульфитно-спиртовой барды повышает удобрительные свойства мелиоранта за счет дополнительного питания растений азотом, фосфором и серой.

Оптимальным является нанесение связующего вещества на сформированные гранулы. При этом на поверхности гранул образуется подобие скорлупы, что обеспечивает их достаточную прочность и необходимую скорость изменения реакции почвенной среды.

Изучение нейтрализации почвенной кислотности гранулированными удобрениями показало, что в целом удовлетворительные результаты достигаются, если диаметр частиц не превышает 3 мм. Это совпадает с требованиями, предъявляемыми к известняковой муке ГОСТ Р 14050-93 марки С 1-го класса, в соответствии с которыми доля частиц размером более 3 мм не превышает 25%. Полученные результаты дают основание применять указанный ГОСТ при производстве гранулированной продукции из природных мелов, золы бурых углей и рассеве белитового шлама.

Белитовая мука (шлам). По влиянию на кислотность почвы и урожай шлам не уступает традиционным химическим мелиорантам, В поч-

вах, удобренных белитовым шламом, и в растительной продукции определяли Cd, Hg, Pb, As, Ni, В, Mo. Mn, Zn, Cu, Со (табл. 19). В растениях клевера, возделываемого па второй год после внесения мелиоранта, отмечено повышенное содержание только марганца (в среднем на 16%).

Таблица 19.

Влияние последействия мелиорантов на химический состав растений клевера, мг/кг_

Элемент NPK -фон По фону NPK:

известняк, мука СаСОз (х. ч.) шлам свежий шлам из отвалов

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Cd 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0

Сг 2,8 - 1,4 2,5 1,2 2,2 2,2 2,0 2,0 2,8

HgxlO"3 4 - 8 29 7 14 10 12 12 19

Pb 0,64 - 0,39 0,6 0,35 0,48 0,44 0,44 0,46 0,56

As 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0

N1 - - - 0,18 - 0,16 - 0,23 - 0,28

В 2,46 - 4,09 4.6 3,52 4,39 2,32 3,05 2,55 3,11

Mo 0,04 - 0,05 0,24 0,07 0,29 0,10 0,36 0,15 0,47

Mn 136 - 117 183 84 170 117 210 105 216

Zn 53,5 - 23,3 43,5 25,2 44,5 48,7 51,9 45,5 51,3

Cu 18,0 - 12,3 21,3 12,4 17Л 14,0 16,7 13,2 18,1

Со 0 - 0,03 0,29 0,03 0,56 0,23 0,21 0,25 0,62

Примечания: 1- первый укос, 2- второй укос, - гибель растений.

По остальным элементам периодическое применение шлама для известкования кислых почв не вызывает загрязнения почвы и растительной продукции.

А1 роэкологическая оценка фосфор- и калъцийсодержащих природных мелиорантов

Штафелиты. Для изучения агрономической ценности проведено испытание шести образцов, содержащих от 2,3 до 17,5% Р2О5, в т.ч. до 70% в лимоннорастворимой форме. Гранулометрический состав представлен частицами менее 0,18 мм.

Из таблицы 20 следует, что в год внесения в почву только три образца оказали достоверное влияние на размеры урожая люпина. Известно,

что эта культура относится к группе растений, обладающих повышенной способностью использовать труднодоступные фосфаты апатитовой природы. Тем не менее уже на второй год эксперимента эффект влияния всех испытываемых образцов значительно усилился и был на уровне фосфоритной муки. В сравнении с фоном все образцы штафелитов достоверно увеличили урожай вико-овсяной смеси. Ещё лучший результат получен при выращивании горчицы, которая, как известно, также относится к культурам, способным хорошо использовать фосфор из труднорастворимых фосфатов. Штафелиты полиэлементны по химическому составу, ло основным показателем их эффективности является использование растениями фосфора, поскольку остальные элементы играют менее существенную роль.

Таблица 20.

Влияние штафелитов на сухую массу растений (г/сосуд) _и суммарный вынос фосфора. 2001-2003 гг._

Вариант Люпин Овес Вика Вика +ОВСС Горчица Райграс, 1 укос Суммарный ВЫНОС Р2О5

м г/сосу д %

Ж-фон 6,5 7,0 3,5 10,7 0,5 13,4 117 60

Но фону: Рф 11,4 10,7 4,3 15,0 1,3 21,7 195 100

Штаф. 1 10,1 10,0 3,5 13,5 1,6 19,6 192 98

Штаф. 2 9,8 9,1 4,1 13,2 1,3 19,0 170 87

Штаф. 3 9,5 9,8 3,9 13,8 1,7 19,4 174 89

Штаф. 4 6,8 10,6 3,9 14,5 1,2 19,0 160 82

Штаф. 5 8,0 9,2 3,9 13,1 2,3 19,5 169 87

Штаф. 6 8,0 9,2 3,5 12,7 1,6 18,8 160 82

НСРоз 2,1 2,0 0,7 1,9 0,4 0,5

В целом за три года исследований суммарный вынос фосфора растениями был большим .у фосфоритной муки, однако такой результат получен в основном за счет слабого эффекта штафелитовых агроруд в год внесения в почву. Наиболее высокий показатель выноса фосфора у первого образца, остальные показали примерно равный эффект. Следует учитывать, что фосфоритная мука также является медленнодействующим удобрением в сравнении с водорастворимыми фосфатами. На этом основании продукты обогащения штафелитов можно считать источником

фосфорного питания при основном удобрении сельскохозяйственных культур в повышенных дозах, как это принято для фосфоритной муки.

Содержание наиболее распространенных тяжелых металлов в образцах штафелитов, почв и выращенных растений, не вызывает опасности загрязнения окружающей среды, поскольку их количества находятся далеко за пределами ПДК.

Фосфоритно-карбонатные мелиоранты, В Дальневосточном регионе располагаются месторождения особой разновидности мелиорантов, содержащих одновременно фосфаты и карбонат кальция. Например, нейтрализующая способность мелиоранта из Срсдне-Илгинского месторождения в пересчете на СаСОз достигает 70-80% при содержании Р2О5 от 3 до 8%. В то же время 73% почв Дальневосточного региона обладают кислой реакцией среды, более 50% почв плохо обеспечены подвижным фосфором, что идеально подходит для применения таких мелиорантов.

Исследования в этом направлении проведены совместно с Дальневосточным филиалом ВПИПТИХИМ на фосфатно-карбонатпых породах* Средне-Илгинского месторождения и его Бурунбаевского рудопроявле-ния на территории Хабаровского края.

Полевые опыты проводили в звене севооборота (яровая пшеница-соя-кукуруза). Сою и кукурузу выращивали на гребнях, зерновые и многолетние травы - сплошным посевом на выровненной поверхности поля. Опыты заложены в ОПХ ДальНИИСХ «Восточное» на лугово-бурой и подзолисто-бурой тяжелосуглинистой почвах. Характерной особенностью этих почв является высокое содержание соединений железа и алюминия. В результате внесение 100 кг/га Р2О5 в форме водорастворимых удобрений повышает содержание подвижного фосфора на 2-3 мг на кг почвы, что в 3-4 раза ниже, чем в Европейской части страны. Нормы расхода СаСОз на сдвиг единицы рН в почвах Дальневосточного региона также значительно выше, чем для почв Нечерноземной зоны.

Фосфоритно-карбонатную муку вносили из расчета 450, 500 и 1000 кг Р2О5 на гектар. Дозу извести доводили до 1 Нг. В качестве фона вносили только ЫК-удобрения.

Из таблицы 21 видно, что за счет фосфорит но-карбонатной муки гидролитическая кислотность снизилась на 40-50%, но оставалась на достаточно высоком уровне, рНка повысился на 0,5-1,1 единицы. Улучшился фосфатный режим почвы. По сравнению с контролем содержание подвижных фосфатов возросло в 2-4 раза. При повышенной дозе муки (1000 кг Р2О5) закономерно возросло и количество определяемого фосфора. Исследованиями установлено, что внесение 100 кг/га Р20з фосфоритно-

карбонатной муки повышает содержание подвижного фосфора на 8-10 мг/кг почвы, что соответствует нормативным показателям для водорастворимых удобрений.

Таблица 21.

Изменение агрохимических показателей почвы под влиянием мелиорантов^ Дальневосточном регионе

Варианты опыта рНкС! Нг, мг-экв/100 г Содержание Р20з Повышение Р^Оз от 100 кг м-ранта

мг/кг

Бурунбаевское рудопроявление (ср. за 4 года)

Без удобрений 5,1 6,6 26 -

Ш - фон 5,1 6,6 24 -

Фон + СаСОз по 1 Нг 5,6 4,2 30 -

Фон +Рф 450 кг 5,3 5,4 81 12,6

Фон +Рф.к. 450 кг 5,6 3,9 65 9,1

С редне-И лгинское месторождение

Без удобрений 4,5 6,6 27 -

+ изв.м. 5,2 4,7 41 -

1ч1К+Рф.к. 500 5,3 4,2 65 7,6

МС + Рф.к. 1000 5,6 4,1 124 9,7

Примечание: Рф - стандартная фосфоритная мука,

Рф. к. - фосфоритно-карбонатная мука - Многолетние наблюдения в полевом и кормовом севооборотах показали, что внесение фосфоритно-карбонатной муки положительно влияло на урожай сельскохозяйственных культур во все годы проведения опытов (табл. 22). Урожайность сои под влиянием бурунбаевской фосфоритно-карбонатной муки увеличилась на 1,8 ц/га (17%) в сравнении с контролем и на !6%-в сравнении с азотно-калийным фоном. Еще более заметное влияние оказала испытываемая мука на урожайность кукурузы и пшеницы, где прибавки достигали 40-50%.

Таким образом, наличие в фосфоритной муке значительного количества карбонатов не является препятствием для использования ее в качестве фосфорного удобрения. Одновременно происходит снижение кислотности почвы, что позволяет эффективнее применять минеральные удобрения.

Таблица 22.

Применение мелиорантов и урожайность сея ь скохозя йст ее ни мх культур в звене севооборота. Дальневосточный регион.

Варианты Урожай, ц/га Прибавка к контролю Прибавка к фону

ц/га % ц/га %

Соя (ср. за 4 года)

Без удобрений 10,6 - - - -

МК-фон 10,7 0,1 1 - -

Фон+СаСОз 1 Нг. 12,2 1,6 15 1,5 14

Фон+Рф 450 12,7 2,1 20 2,0 19

Фон+Рф.к. 450 12,4 17 1,7 16

НСР05 0,5

Кукуруза, зеленая масса (с э. за 4 года)

Без удобрений 205 - - -

МК-фон 268 62 30 - -

Фон+СаСОз 1 Нг. 284 79 38 17 6

Фон+Рф 450 296 91 44 28 10

Фон+Рф.к. 450 304 99 48 37 14

НСР05 24,1

Пшеница

Без удобрений 19,5 - - - -

№С - фон 25,0 5,5 26 - -

Фон+СаСОз I Нг 30,6 ПЛ 57 5,6 22

Фон+Рф 450 30,6 ИЛ 57 5,6 22

Фон+Рф .к. 450 32,3 12,8 66 7,3 29

НСР05 К2

Фосфортная мука Камьпиинсюго месторождения. Месторождение расположено в Волгоградской области. По существующей генетической классификации оно относится к конкреционному (желваковому) типу песчанистых фосфоритов хемогенного морского происхождения. Содержание в них. Р205 составляет 16,5-18,0%, 5Ю2 - от 25 до 56%. Фосфориты содержат мало полуторных окислов и окиси магния (1^20^4,5%), что позволяет рассматривать их как перспективные для промышленной переработки на концентрированные минеральные удобрения. Содержание лимоннорас-творимой фосфорной кислоты в фосфоритах превышает 30%. Это дает основание рассчитывать на использование для удобрения почв сырых мо-

лотых фосфатов. Данные химических анализов подтверждаются петрографическим строением фосфоритов: основная их масса (>65%) слагается аморфным изотропным фосфатом (курскитом), а Р2О5 в молодых аморфных фосфоритах, как известно, более доступна для растений, чем фосфор кристаллических фосфатов.

В таблице 23 представлены результаты вегетационного опыта, проведенного на каштановой почве Волгоградской области.

Таблица 23.

Сухая масса кукурузы (г/сосуд), вынос Р2О5 и содержание подвижных фосфатов в каштановой почве под влиянием форм фосфорных

удобрений

Вариат" 1-й год 2-й год В ср. за 2 года Вынос По Мачи- Степень подв.

урожай прибавка Р1О5, мг^сг^ мг/л

14К - фон 54,5 37,9 46,2 - 82 5,0 0,16

По фону: Рсд ежегодно 81,3 46,0 63,6 17,4 123 6,8 0,41

Рф ежегодно 56,1 38,3 47,2 1,0 80 5,0 0,11

Рфа ежегодно 80,9 44,9 62,9 16,7 95 5,2 0,08

Рсд разово 90,8 46,9 68,9 22,7 151 7,3 0,55

Рф разово 65,9 43,6 54,8 8,6 85 5,1 0,13

Рфа разово 74,7 41,8 58,2 12,0 88 5,7 0,27

Рф ежег.+ бактофосфин 73,6 42,6 58,1 11,9 91 5,5 0,23

Бактофосфин 67,3 47,0 57,1 10,9 81 5,3 0,19

НСР05 18,0 13,4 11,6

Изучали эффективность фосфоритной муки в сравнении с двойным суперфосфатом и бактериальным удобрением бактофосфином. При запасном внесении фосфорных удобрений вся доза, составляющая 450 мг Р205 на кг почвы, внесена за один прием при набивке сосудов. При ежегодном внесении доза поделена на 5 лет. В опытах использовали следующие формы фосфорных удобрений: двойной суперфосфат (P2O5 44%), стандартная фосфоритная мука (Рф); фосфоритная мука активированная HCl (Рфа).

Стандартная фосфоритная мука при ежегодном внесении не оказала значимого влияния на величину урожая сухой массы кукурузы. При запасном внесении отмечена тенденция положительного влияния на уро-

жайность, хотя прибавки недостоверны. От активированной фосфоритной муки в среднем за два года прибавки урожая достигали 26 и 36% к фону 1ЧК (соответственно при запасном и ежегодном внесении), а от суперфосфата-49 и 38%.

Следует отметить положительное влияние на величину урожая бактериального удобрения бактофосфина. Его применение улучшает к тому же экологическое состояние почвенной среды. Бактериальные препараты фосформобилизующей направленности весьма перспективны и с точки зрения экономики. В этом отношении они могут быть так же эффективны, как препараты свободноживущих азотофиксаторов, хорошо зарекомендовавшие себя в различных почвенно-климатических условиях (Завалин, 1999).

Наибольший вынос фосфора растениями получен по суперфосфату. Активированная фосфоритная мука также увеличила вынос, но заметно меньше, чем суперфосфат.

В соответствии с программой опыта определяли степень подвижности фосфатов в почве. Наибольшая степень подвижности установлена в' вариантах с ежегодным внесением суперфосфата и бактофосфина на парующей почве. Активированная НС1 фосфоритная мука, как и стандартная, почти не меняла степень подвижности фосфатов при ежегодном внесении. При разовом внесении она увеличивала этот показатель по сравнению с фоном в 3 раза, приближаясь к суперфосфату. В вариантах с парующей почвой степень подвижности почвенных фосфатов в 2-3 раза больше, чем в вариантах с растениями.

Таким образом, активированная фосфоритная мука Камышинского месторождения по влиянию на продуктивность растений и на фосфатный режим почвы существенно превосходит стандартную форму и при увеличении доз внесения сравнима с суперфосфатом.

Использование нетрадиционных химических мелиорантов для реабилитации почв, загрязненных тяжелыми металлами.

Среди земель сельскохозяйственного назначения, находящихся в коллективном пользовании, выявлено около 1,5 млн, га почв, загрязненных тяжелыми металлами (ТМ). Только в Московской области их около 30 тыс. га. Во многих случаях загрязнение вызвано внесением в почву осадков городских сточных вод (ОСВ), в особенности в Раменском, Люберецком, Балашихи не ком, Щелковском и Ленинском районах.

Для снижения транслокации ТМ в растения рекомендуется известкование почв, внесение различных сорбентов и глин, а также применение

минеральных удобрений, способствующих повышению устойчивости растений. Автором проведено испытание некоторых из рекомендуемых детокси-кантов.

Почву для проведения исследований отобрали на поле одного из подмосковных хозяйств, где длительное время вносили ОСВ. В результате в почве сформировался повышенный фон большинства тяжелых металлов (мг/кг): Ъл - 285; РЬ - 23,2; Сг - 117; Си -62,8; N1 - 39,8 (вытяжка ! н. НЫОз), Содержание СсЗ составило: 3,2; 5,9 и 6,5 мг/кг почвы (соответственно в вытяжках ААБ рН 4,8; 1н НМОз и 1н. НС1). Агрохимические показатели: гумус-2,35%, Нг-2,25 мг-экв/100 г, рН-5,9; Р:0;-Ю25 мг/кг, К30-292 мг/кг. Все мелиоранты внесли разово при закладке опыта, в дальнейшем изучали их последействие.

Как следует из таблицы 24, наиболее заметно снижение транслокации кадмия в растения при внесении известняковой муки. Положительный эффект получен также от двойной дозы компоста.

Таблица 24.

Влияние агроруд и удобрений па содержание в растениях кадмия, мг/кг

Варианты опыта Шпинат Салат Суд. трава Кукуруза Подсоли. Вика Овес Клев, луг.

Без удобр. - 29,5 7,6 3,6 3,5 2,3 1,2 0,9

ИРК-фон 65,4 23,9 И,4 5,5 7,1 4,4 3,1 1,2

По фон}". СаСОз 1д. 61,5 16,5 20,3 7,7 6,0 4,0 3.6 1,1

СаСОз 2д. 52,9 14,6 15,7 5,3 2,9 2,7 2,0 1,0

СаСОз Зд. 24,3 11,1 8,9 7,6 2,6 1,4 1,7 0,7

Компост ¡д. 59,2 21,8 14,1 7,4 9,1 6,1 3,6 2,0

Компост 2д, 43,9 18,2 13,4 5,2 4,3 2,8 2,6 0,8

В отличие от известняковой муки и компоста трепелы и диатомит повышают содержание токсикантов в растениях. Минеральные удобрения, вносимые в качестве фона, как правило, усиливали транслокацию кадмия и цинка, в меньшей степени - свинца, меди и хрома.

Для выявления влияния отдельных элементов питания на транслокацию ТМ из загрязнённой почвы в растения был проведен опыт, в котором вносили минеральные удобрения на двух фонах - известкованном и неиз-весткованном (табл. 25). В первый год эксперимента азотный компонент способствовал избыточному содержанию в надземной массе подсолнечника тяжелых металлов и сильно снижал урожайность растений. Особенно повышалась в растениях концентрация кадмия, цинка и никеля. Содержание хрома, свинца и меди изменялось в меньшей степени. Фосфор и калий практиче-

ски не влияли на содержание определяемых элементов. Негативное влияние азота на фоне известкования было слабее. На второй и третий годы эксперимента азот оказал положительное влияние на размеры урожая, содержание в растениях ТМ на удобренных азотом вариантах изменялось в меньшей степени.

Таблица25.

Влияние удобрений на урожай и химический состав растений подсолнечника

№ пп Варианты опыта Урожаи, г/сосуд Содержание тяжелых металлов, мг/кг

са 2п Сг Си РЬ N1

1 Без удобрений 25,2 7,5 836 1,9 10,7 0,79 15,1

2 N 1,3 22,5 1495 3,9 19,5 1,00 57,0

3 Р 21,3 7,5 804 2,1 10,8 0,70 15,0

4 К 26,9 9,3 781 1,9 10,0 0,52 14,1

5 № 0,9 21,1 1681 6,7 24,0 0,70 64,3

6 Ж 1,0 29,6 1616 8,2 23,6 1,40 60,1

7 РК 26,6 8,7 802 2,1 10,5 1,10 15.4

8 ЫРК 1,2 33,6 1723 5,6 22,9 0,70 68,4

12 Дол. мука-фон 37,6 4,5 432 1,8 10,1 0,82 8,2

13 Фон+Ы 15,9 5,7 653 1,5 10,7 1,20 11,3

14 Фон + Р 42,2 5,7 680 1,9 11,6 0,95 10,2

15 Фон + К 43,9 4,3 403 1,8 10,7 0,86 7,1

16 Фон + ЫР 22,8 5,7 641 1.8 11,0 0,90 12,3

17 Фон + ЬГК 16,3 8,6 722 2,3 9,8 0,26 11,6

18 Фон + РК 34,6 4,6 427 1,2 10,4 0,95 8,1

19 Фон + ЫРК 20,2 7,9 651 2,6 10,9 0,50 10,9

МДУ 0,3 50 0,5 30,0 5,0 3,0

НСР05 14,1

В полевых условиях на той же почве роль азота в формировании урожая была недостоверной (табл. 26). Возможно это было связано с исключительно засушливыми условиями вегетационного периода 2002 года. Однако под воздействием азота четко наблюдалось увеличение в растениях концентрации кадмия и цинка. Содержание других токсикантов практически не изменилось. В целом следует отметить очень высокий уровень концентрации большинства определяемых тяжелых металлов в растительной продукции, что делает ее непригодной для скармливания скоту.

Таблиц 26.

Влияние азотных удобрений иа урожайность (нг/м2) и химический Октав

Варианты Урожай Сс1 2п Си N1 РЬ Сг

Контроль 3,40 0.6 240 4.3 1.2 1.3 0.4

N35 4,97 0.6 215 '3.4 1.1 1.1 0.3

N70 4.96 0.8 256 4.3 1.2 1.2 03

N105 4,48 2.6 283 4.4 1.6 0.8 0.3

МДУ 03 50,0 30,0 3,0 5,0 0,5

НСРоя 230

Результаты наших экспериментов дают основание рекомендовать ограничения по использованию азотных удобрений, особенно в повышенных дозах, на почвах, удобряемых осадками сточных вод.

ВЫВОДЫ

1,В условиях дефицита известковых и минеральных удобрений вопросом народнохозяйственной важности является использование для повышения плодородия почв нетрадиционных химических мелиорантов, содержащих биофильные элементы. Весьма перспективны в этом отношении природные мела, получаемые при вскрыше па Стойленском и Лебединском ГОК, зола от сжигания бурых углей, белитовая мука, конверсионный мел, шлаки металлургического производства. Ежегодно более 20 млн. т этих материалов поступают в отвалы. К сожалению, в ассортименте известковых удобрений за последние 18 лет их доля упала с 24 до 1012% и продолжает снижаться.

2,Наличие в составе нетрадиционных мелиорантов хрома (ферро-хромовые шлаки), никеля (электрометаллургические шлаки), бора, стронция и селена (буроугольная зола) не препятствует их использованию в сельскохозяйственном производстве. Во-первых, при соблюдении технологических требований по внесению и постоянном контроле концентрация этих потенциальных токсикантов в почве и растениях значительно ниже утверждённых ПДК. И, во-вторых, в таких количествах хром, бор и селен могут рассматриваться как необходимые для растения микроэлементы.

3,Внесение в почву самораспадающихся феррохромовых шлаков в дозах до 10 т/га не представляет опасности накопления хрома в растительной продукции. При использовании феррохромовых и электросталеплавильных шлаков требуется контроль за содержанием в почве и растительной продукции никеля.

4,Зола Березовского, Назаровского и Ирша-Боролинского месторождений бурых, углей пригодна для повышения плодородия и устранения повышенной кислотности почв при тщательном соблюдении технологии и регламентов применения. Использование её в количествах более 10 т/га в запас на 5 лет требует контроля за содержанием бора, стронция и селена в почвах и растительной продукции.

5.Феррохромовые шлаки и высококальциевая зола бурых углей нейтрализуют кислотность почвы значительно быстрее известняковой муки, что связано с формой нахождения в них соединений кальция и щелочных металлов.

6. Оптимальный зерновой состав гранулированных удобрений из природного мела, золы бурых углей и белитового шлама, с учетом их нейтрализующей способности и влияния на урожайность растений, должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 14050-93 1-го класса, прочность пород до 20 МПа.

Гранулированные доменные шлаки должны иметь размер частиц до 1 мм. Особенностью этого мелиоранта является устранение в первую очередь влияния подвижного алюминия.

Для получения гранулированных известковых удобрений из природного мела целесообразно использовать в качестве связующих компонентов ЖКУ 10-34-0 до 3% или сульфитно-спиртовую барду - до 7% от массы мелиоранта.

7.Смешивание белитового шлама с золой бурых углей в соотношениях 1:1; 3:1 и 1:3, и с серпентинитом позволяет устранить избыточную влажность и пылящие свойства мелиорантов, что улучшает технологию их внесения в почву.

8. Фосфорсодержащие продукты обогащения апатит-штафели-товых руд оказывают такое же положительное влияние на урожай, как и молотые фосфориты, и могут быть использованы для улучшения фосфатного состояния почв и питания растений в качестве основ-ного удобрения в повышенных дозах. При этом содержание в полученной продукции токсикантов первого и второго классов опасности (Сс1, '¿п, РЬ, Сг, N1, Си) не превышает их нормативных ограничений.

9. Фосфоритно-карбонатная мука дальневосточных месторождений, внесенная в кислую почву из расчета 450-1000 кг Р2О5 на га, положительно влияет на фосфатный режим почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Превышение Р;05 в почве над исходным уровнем от каждых внесенных 100 кг/га Р2О5 составляет 8-10 мг/кг (против 2-3 мг/кг от водорастворимых фосфатов по литературным данным).

Действенным приемом повышения эффективности сырых молотых

фосфоритов Камышинского месторождения является их. активация соляной кислотой (10%-кый раствор) и совместное внесение с бактериальным препаратом бактофосфином.

10. Почвы, загрязненные тяжелыми металлами в результате избыточного применения осадков сточных вод, следует выделять в особую категорию при разработке мероприятий по их детоксикации.

Основным приемом, снижающим переход в растительную продукцию ТМ, является применение известковых удобрений. Внесение на таких почвах повышенных доз азотных минеральных удобрений может усилить загрязнение растительной продукции и привести к снижению урожайности растений. Серьезную опасность избыточного поступления в растения представляют кадмий, цинк и никель. Транслокация в растения свинца, меди и хрома происходит в значительно меньшей степени.

Кремнийсодержащие агроруды (диатомит и трепелы) при использовании в целях детоксикации на загрязненных почвах малоэффективны. Органические удобрения оказывают краткосрочный положительный эффект (не более 2-х лет).

11. На почвах, загрязненных шестивалентными соединениями хрома, применение известкования недопустимо, так как этот прием увеличивает срок токсичного воздействия хрома на растения. После перехода шестивалентного хрома в трехвалентный применение известковых удобрений возможно, если количество хрома в почве сверх фона не превышает 150 мг/кг.

12. По транслокационной способности растений к накоплению ТМ из загрязненной почвы можно построить убывающий ряд: суданская трава > подсол-1{ечник > кукуруза > викоовсяная смесь> клевер луговой. При загрязнении почвы хромом более чувствительной культурой являегся горох, в меньшей степени -рапс. Овес относится к. культурам интенсивно накапливающим никель и устойчивым к загрязнению хромом.

13. Стандартные методы определения содержания валового и подвижного хрома в удобренной феррохромовым шлаком почве не дают объективной картины степени загрязнения этим элементом, что связано с формой нахождения его в шлаках и спецификой поведения в почвах.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В целях расширения ассортимента известковых удобрений, применяемых в сельскохозяйственном производстве, и сокращения затрат на проведение мелиоративных работ целесообразно использовать следующие нетрадиционные химические мелиоранты: шлаки металлургические (гранулированные доменные, фер-

рохромовые, электрометаллуршческие), золу от сжигания углей Березовского, Пазаровского и Ирша-Бородинского месторождений, бслитовую муку, конверсионный и природный мел.

Для экологически безопасного использования нетрадшдюнных химических мелиорантов необходимо соблюдать разработанные регламе*пы и рекомендации, с учетом химического состава и физико-химических свойств мелиорантов.

Апатиг-штафелишвые агроруды Ковдорскош месторождения можно применять в качестве фосфорного удобрения при основном внесении в повышенных дозах (более 200 кг/га, аналотчно фосфоритной муке) под сельскохозяйственные культуры.

Гранулирование природного мела и золы бурых углей позволяет улучшить фшические свойства этих мелиорантов, снизить слеживаемость, повысил» влагостойкость и устранить пылекие при внесении в почву.

Для снижения транслокации в растения тяжелых металлов и токсичных элементов из почвы загрязненной ими в результате несанкционированного применения осадков сточных вод необходимо внесение известковых удобрений и регламентировш ие использования азотных удобрений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Кузьмич М.А., Чуприков JO.K. Превращение фосфора в дерново-подзолистой почве и использование его растениями. Доклады ТСХА, вып. 238, 1978г.

2. Кузьмич М.А., Чуприков Ю.К. Аккумуляция фосфора в конкрециях дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений. Известия ТСХА, выпуск. 1,1979 г.

3. Кузьмич М.А., Чуприков Ю.К. Сравнительная оценка методик определения подвижных фосфатов в дерново-подзолистой глееватой почве. Известия ТСХА, выпуск 5, 1979 г.

4. Кузьмич М.А., Чуприков Ю.К. Фракционный состав фосфатов дерново-подзолистой почвы и использование их растениями при внесении удобрений. Известия ТСХА, выпуск 6,1979 г.

5. Кузьмич М.А., Останин А.И., Кузьменков A.B., Кабалия К.Н. Эффективность фосфорных удобрений в севообороте в зависимости от способа применения на средне-суглинистой дерново-подзолистой почве. Химия в сельском хозяйстве, 1984 г., №6, с. 29-34

6. Величко В.А. Браги на В.М. Кузьмич МА. Использование дефеката в сельскохозяйственном производстве. Химии в сельском хозяйстве, 1986 г., №6

7. Кузьмич М.А., Величко В А. Промышленные отходы как известьсодержащие мелиоранты. Химия в сельском хозяйстве, 1986, № 5, с. 1419.

8. Кузьмич М.А. Кальцийсодержащие отходы промышленности. Краткая характеристика, годовой выход и запасы, М.: 1987,50 с.50.

9. Кузьмич М.А., Ненайденко Г,Н. Сидоров Н.Ф., Дзикович К.А. Об отзывчивости яровых зерновых культур на различные формы фосфатов. В сборнике: Элементы интенсивной технологии возделывания зерновых культур в Ивановской обл., Ленинград, 19S7 г., с. 24-35.

10. Кузьмич М.А., Ненайденко Г.Н. Соколов В.А., Сидоров Н.Ф., Дзикович К.А. Эффективность внесения новых форм фосфатов под зерновые и бобовые культуры. Сборник докладов Всесоюзного совещания "Перспективы расширения ассортимента фосфорсодержащих удобрений.** Сб. М., 1987г., с. 29-36.

11. Кузьмич М.А., Кобзев В.В, Четверик А.П. О возможности использования фосфогипса для мелиорации засоленных земель. Труды НИУИФ, № 2! 7, "Проблемы производства экстракционной фосфорной кислоты и охрана природы", 1985г., с. 49-53.

12. Кузьмич МЛ. Пути уменьшения радиоактивного загрязнения почв и растений. Химизация сельского хозяйства, 1988, №2, с, 33-35.

13. Кулакова В.П., Величко В.А., Кузьмич М.А., Ливенцев Ю.В, Известкование кислых почв конверторными шлаками. "Химизация сельского хозяйства'1, №4, 1988 С.62-64.

14. Кузьмич М.А., Краснокутская О.Н., Огородников Л.П. Агрохимическая и токсикологическая оценка шлаков феррохромового производства. Сб. научных трудов ЦИНАО,, М, 1988 г., с. 115-127.

15. Кузьмич М.А., Оконский А.И., Огибалина Н.С. Агрохимическая и токсикологическая оценка золы бурых углей КАТЭК. Сборник научных трудов Лимнологического института СО АН СССР. Комплексное использование зол углей СССР в народном хозяйстве", Иркутск, 1989 г., с. 43-44.

16. Кузьмич М.А., Алексеев Ю.В. Рекомендации по осуществлению контроля за использованием феррохромового шлака для известкования почв с целью предотвращения отрицательных последствий. Ассоциация «Агрохим», М., 1989., 18 с.

17. Краснокутская О.Н., Кузьмич М.А., Выродова Л.П. Хром в объектах окружающей среды. Агрохимия, №2,1990, с. 128-140.

18. Кузьмич М.А., Оконский А.И., Кочнев Н.К., Сутурин А.Н. Перспективы использования золы бурых углей. Сообщение 1. Агрохимическая и токсикологическая оценка буроугольной золы. Химия в сельском хозяйстве, 1990, №9, с. 43-47.

19. Кузьмич М.А., Оконский А.И., Кочнев Н.К., Сутурин А.Н. Перспективы использования золы бурых углей. Сообщение 2. Влияние золы и угольных ГЭС на окружающую среду. Химия в сельском хозяйстве, 1990, №12, с.28-33.

20. Кузьмич М.А,, Козюлин С.Ф. Система крупномасштабного картирования загрязненных территорий. Сб. докладов научно - практической конференции "Информатизация АПК", М., 1994г., с. 54-57.

с. 410-411.

22. Кузьмич М.А. Влияние и з ве с тьсод ержз щи х отходов промышленности на транслокацию кремния и селена. Материалы Международного симпозиума «Проблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного минерального сырья в земледелии», М., 2000, С. 296-297,

23. Кузьмич М.А., Графская Г.А., Хостанцева Н.В. Влияние традиционных мелиорантов и минерального сырья на поступление тяжелых металлов в растения. Материалы Международного симпозиума «Проблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного Минерального сырья в земледелии», М., 2000, C.2S 1-295.

24. Кузьмич М.А. Оценка методов определения подвижных фосфатов. Агрохимический вестник №2,2002 г.с.

25. Кузьмич М.А., Чечеткина Л.В. Контроль за использованием феррохро-moboi-o самораспадающегося шлака для известкования кислых почв. (ТУ 14-5295-99). Технологические регламенты. Труды ВНИПТИХИМ. Том.З. Агрохимические исследования и технологии, М. 2002, с. 228-239.

26. Кузьмич М.А., Чечеткина Л.В. Использование самораспадающихся феррохромовых шлаков для известкования кислых почв (ТУ 14-5-295-99). Технологические регламенты. Труды ВНИПТИХИМ. Том.З. Агрохимические исследования и технологии, М. 2002, с.245-253.

27. Кузьмич М.А. Влияние средств химизации на продуктивность сельскохозяйственных культур и их состав на загрязненных почвах. Бюллетень ВИУА, № 116,2002, с. 493-496.

28. Кузьмич М.А„ Кузьмич Л.С. Лимитирующие факторы в технологиях применения удобрений. Агрохимический вестник, 2002, №б, стр. 10-12.

29. Кузьмич М.А., Кузьмич Л.С., Хостанцева Н.В. Влияние агроруд на продуктивность сельскохозяйственных культур и их состав на загрязненных почвах. Сборник докладов Международной научно-практической конференции "Современные проблемы земледелия и экологии", Курск, 2002 г., с. 355-359,

30. Величко В.А., Кузьмич М.А. Применение в качестве известкового удобрения шлака доменного гранулированного. Руководство. Труды ВНИПТИХИМ. Том.З Агрохимические исследования и технологии, М 2002, с. 254-259.

31. Кузьмич М.А., Кузьмич Л. С, Елисеева H.A. Агроэкологические аспекты применения удобрений и мелиорантов на загрязненных почвах.// Доклады Всероссийской научно-практической конференции «Ассортимеет минеральных удобрений, средств защиты растений и совершенствование научно-техиологиче-ского и агрохимического обеспечения сельхозтоваропроизводителей". М. 2004г.

32. Кузьмич М.А. Перспективы использования агроруд в сельскохозяйственном производстве. Доклады Всероссийской научно - практической конференции "Ассортимент минеральных удобрений, средств защиты растений и совершенствование научно-технологического и агрохимического обеспечения сельхозтоваропроизводителей". М. 2004 г.

33. Кузьмич М.А., Бледных В.8,, Цитцер ОЛО. и др. Глобальные агроэко-логические проблемы: безопасность продукции сельского хозяйства. Москва «Эко - Согласие», 2003, 105 с,

34. Кузьмич М.А., Кузьмич JI.C. Ассортимент известковых удобрений и перспективы его расширения. Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции "Ассортимент минеральных удобрений, средств защиты растений и совершенствование паучио-технологического и агрохимического обеспечения сельхозтоваропроизводителей". М.. 2004 г.

Авторские снидетельства

35. Кузьмич М.А. ндр. Способ получения гранулированного исслеживающегося известкового удобрения. Авторское свидетельство № 1472465 от 15.12J98Sr.

36. Кузьмич М.А. и др. Способ получения гранулированных исслеживающихся известковых удобрений. Авторское свидетельство № 1468892 от 1.12.1988 г.

37. Кузьмич М.А. и др. Способ получения ¡ранулированиого мелиоранта из отвальных мелов. Авторское свидетельство № 1707011 от 22.09.1991 г.

38. Кузьмич М.А. и др. Способ получения гранулированного мелиоранта tn отвальных мелов. Авторское свидетельство № 1810320 от 10.10.1992 г.

Объем 2,75 н,л._Зак. 1__Тираж 100 экз

Напечатано на ризографе во «ВНИИ Агроэкоинформ» 143026, МО, Одинцовский р-н, п. 11ИИСХ, ул. Агрохимиков, 6 11.02.2004 г.