Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОПЕНКА ФОСФОРИТОВ СОЖСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ПРОДУКТОВ ИХ НЕПОЛНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОПЕНКА ФОСФОРИТОВ СОЖСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ПРОДУКТОВ ИХ НЕПОЛНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ"

На правах рукописи

Хлусов Валентин Николаевич

АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФОСФОРИТОВ СОЖСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ПРОДУКТОВ ИХ НЕПОЛНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ

Специальность 06.01.04. — Агрохимия

. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва — 2000

Работа выполнена на кафедре агрохимии Смоленского сельскохозяйственного института

Научный руководитель — кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Н.Е. Самсонова

Консультант: кандидат сельскохозяйственных наук, ст научный сотрудник В С. Литвинов

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук, профессор Л М Державин, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент АН Кулюкин

Ведущая организация — Главное управление сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности администрации Смоленской области

Защита диссертации состоится " Ю " _ 2000 г. в

I

■ р_час на заседании Диссертационного совета Д

120 35.02 в Московской сельскохозяйственной академии им К. А Тимирязева.

Адрес. 127550, Москва, ул Тимирязевск-'" Ученый совет

МСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА Автореферат разослан " & "

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук

В. В. Говорина

Общая характеристик^ работы. _ '

'. Актуальность темы. Ограниченность запасов высококонцентрированного фосфатного сырья, возрастающие трудности по его добыче, высокая энерго- и ресурсоемкость получения растворимых 'фосфорных удобрений, снижение их производства в России ввиду экономического кризиса и высокая потребность в них земледелия заставляет обратить внимание на вовлечение в среду производства фосфорных удобрений нетрадиционного сырья — местных фосфоритов и поиск способов переработки их в эффективные удобрения по энерго- И ресурсосберегающим технологиям.

Цель и задачи исследований. Цель исследований — изучение агроэкологи-ческой эффективности использования местного фосфорита Сожского. месторождения (Смоленская область) в качестве фосфорного удобрения в сыромолотом виде и в виде продукта его частичного кислотного разложения (ЧРФ) в условиях кислых и произвесткованных дерново-подзолистых почв Смоленской области. . ...

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Возможность использования в качестве фосфорного удобрения фосфоритов Сожского месторождения в сыромолотом виде.

2. Возможность применения фосфоритов Сожского месторождения для производства удобрений путем частичного разложения их фосфорной кислотой. Определение оптимальной степени разложения фосфорита.

3. Действие сожской фосфоритной муки и продуктов ее неполного разложения на урожайность сельскохозяйственных культур, химический состав и качество продукции, содержание ТМ и вредных примесей в почве и растениях.

4. Влияние полученных удобрений на агрохимические свойства и фосфатный режим дерново-подзолистых почв.

; 5. Определение энергетической и экономической эффективности, применения фосфорных удобрений;

Научная новизна. Получены новые данные об эффективности сыромоло-того сожского фосфорита в условиях дерново-подзолистых почв Смоленской области. Впервые показана возможность использования сожского фосфорита для получения продуктов его неполного кислотного разложения, -проведена оценка их состава, свойств, поведения в средах с разным уровнем кислотно'. сти, изучена эффективность их применения на кислой и произвесткованной дерново-подзолистой почве при выращивании викоовсяной смеси, озимой ржи, ячменя, многолетних трав, кукурузы,' льна, картофеля. Определено влияние этих удобрений на агрохимические показатели*, фосфатный режим почвы и накопление в ней и продукции тяжелых металлов и вредных примесей, установлен оптимальный уровень pmTinji'i hihi Ijuij Цц^им! .fTnmmtri. "rrn неразложившаяся часть фосфорита в ЧРФ |стЫА1вится_ -б^ёе^доету^ой

И»а i :

оля

рютний, чем исходная его форма Дана экономическая и энергетическая оценка применения указанных удобрений

Практическая ценность. В условиях ограниченности ресурсов высококачественного фосфатного сырья, широкого распространения дерново-подзолистых почв с высокой кислотностью и низким содержанием подвижного фосфора целесообразно применение местных, низкопроцентных аморфных фосфоритов, одним из которых является сожский фосфорит, содержащий 14-17% Р2О5 Его можно использовать в сыромолотом виде, а также для получения продуктов его частичного разложения кислотой (ЧРФ) Двойной суперфосфат и ЧРФ в этих условиях дают одинаково высокий агрономический, экономический и энергетический эффекты при значительно меньшей стоимости последнего Применение низкокачественных фосфоритов для приготовления эффективного фосфорного удобрения можно рассматривать как элемент энергосберегающей технологии

Апробация работы Результаты исследований дотожены на 5 научно-практических конференциях в г Смоленске (1997-1999 гг), на конференции аспирантов и студентов в г. Мичуринске (МГСХА) в 1998 г и опубликованы в 8 работах

Объем работы Диссертация изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 39 таблиц, 4 рисунка, 16 приложений Работа состоит из введения, 5 разделов обзора литературы, 8 разделов экспериментальной части, выводов и предложений производству Список использованной литературы включает 202 наименования, в том числе 46 — иностранных

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ Решение поставленных задач проводилось в 3-х летнем микрополевом, производственном, двух вегетационно-полевых и серии лабораторных опытов Условия и методика проведения исследований 2-Х факторный микропоте-вой опыт был заложен в 1996 г на дерново-подзолистой легкосуглинистой слабокислой (рНка—5,1, Нг — 3,3) и умеренно произвесткованной (рНкс1 — 5,6) почве с содержанием подвижного фосфора по Кирсанову —7,8, обменного калия - 4,0 мг/100 г почвы, гумуса — 1,82^6 в звене севооборота викоов-сяная смесь (вика — "Белорозовая 109", овес — "Скакун"), озимая рожь ("Вера-сень"), ячмень ("Зазерский 85") с подсевом многолетних трав (клевер + тимофеевка). Площадь опытной делянки 2,0 м2, учетная площадь — 1,0 м2 Размещение вариантов — рендомизированное, повторность — 4-х кратная Доза извести определена по Нг Под викоовсяную смесь было 'внесено Ы70Р90К90, под озимую рожь — М70Р90К90, под ячмень с подсевом многолетних трав — Ш0Р90К90 Дозы фосфорных удобрений определяли по содержанию в них

общего фосфора. В качестве NK-фона использовали аммиачную селитру и .хлористый калий. Схема опыта представлена в табл, 2.

Вегетационно-полйвые опыты проводили на той же почве с вкопанными в нее полиэтиленовыми сосудами без дна (40*40*30 см), емкостью 24 кг абсолютно сухой почвы, произвесткованной по Нг, 6 4-х кратной повторносте. В двухлетнем опыте (1997-98 гг.) изучалось прямое действие и последействие фосфорных удобрений на NK-фоне (аммиачная селитра, хлористый калий), внесенных в дозах Nj^P^Kj^ г/сосуд при выращивании кукурузы "Oural". (9 'семян/сосуд, к уборке — 3 растения) и ячменя "Зазерский 85" (90 раст./сосуд). NK-фон вносили ежегодно. Схема опыта — в табл. 3.

В 1998 г был проведен вегетационно-полевой опыт со льном с дозами удобрений Ni,3P3,8K2,j г/сосуд, нормой высева семян — 300 шт./сосуд Уборка проведена в фазе желтой спелости. Схема опыта — в табл. 4. •

Производственное испытание эффективности сожского фосфорита и ЧРФ на его основе было проведено на дерново-подзолистой супесчаной почве с содержанием подвижного фосфора по Кирсанову — 10,8, обменного калия -12,6 мг/100 г почвы, рНксі— 5,4, гумуса —,1,93% при выращивании картофе->i "Кристалл" (2-я репродукция) и дозах удобрений — N90P90K120. Фоном [служили аммиачная селитра, сульфат калия. Общая площадь делянки 200 м2,-■ учетная 151 м2, повторность — 4-х кратная при рендомизированном размещении. Все работы по возделыванию картофеля производились механизирован-! но. Схема опыта — в табл. 9.

Урожайность -зерна приведена к стандартной влажности 14%, солома — 16%, сено — 12%. Учет урожаев проводили сплошным методом.

Двухфакторный модельный лабораторный опыт по изучению влияния сыромолотого сожского фосфорита и его ЧРФ на фосфатный режим кислой и произвесткованной по Нг дерново-подзолистой ііргкосуглинистой почвы был заложен в сосудах емкостью 500 г абсолютно сухой почвы. Доза фосфора - 30 .. мг/100 г почвы. Продолжительность опыта 180 суток. Влажность почвы поддерживалась на уровне 60% ПВ. Через 15, 30, 90 и 180 суток после внесення удобрений отбирались пробы почвы, в которых определяли подвижный фосфор по Кирсанову, , степень под вижности фосфатов по Карпинскому-Замятиной и рНксі- Через 1 час и 180 суток инкубирования определяли фракционный состав фосфатов почвы по методу. Чанга-Джексона (вариант Аски-нази-Гинзбург-Лебедевой). Схема опыта представлена в табл. 7. - ,

Для определения степени воздействия свободной кислоты ЧРФ на не-разложенную часть фосфорита был проведен лабораторный опыт, удобрения (1 г) помещались в воду (при соотношении удобрение:вода=1:4) и инкубировались 14 суток. В течение 14 суток проводились анализы на содержание об-

щего, водо- и лимонно-растворимого фосфора дифференциальным фотометрическим методом

Для прогнозной оценки эффективности изучаемых удобрений в разных по кислотностй почвах был проведен модельный опыт по следующей методике: 100 мг фосфорных удобрений заливали 500 мл дистиллированной воды и ацетатного буфера (pH 4,7) и сравнивали с растворимостью их в 0,2 н соляной кислоте, используемой при определении фосфора в почве по методу Кирсанова. Дважды в сутки встряхивали и определяли концентрацию Р2О5 в растворе по Murphy, Riley. Продолжительность опыта — 21 сут

Химические анализы удобрений, почвы, растений проведены по общепринятым методикам (Ягодин Б .А., 1987, Агрохимические методы исследования почв", 1975, Методика обследования почв, загрязненных тяжелыми и радиоактивными элементами, 1991), Математическая обработка урожайных данных проведена методом дисперсионного анализа по Б А Доспехову (1976) с использованием программы ' SuperCalc — 4Rus", корреляционные зависимости рассчитаны по программе "Stadia" НПО «Информатика и компьютеры».

Метеорологические условия вегетационных периодов 1996-98 гг. отличались друг от друга, но в целом были благоприятными для выращивания опытных культур

Результаты исследований 1. Получение удобрений н их характеристика. Сыромолотый фосфорит обрабатывался в лабораторных условиях водным раствором ортофосфорной кислоты в норме 50, 60, 70 и 80% Р2О5 от стехио-метрической, необходимой для получения двойного суперфосфата Высушенный до воздушно-сухого состояния продукт размалывали и пропускали через сита 1-3 мм. Аналогичным образом готовился ЧРФ25+25 (комбинированная обработка фосфорной и азотной кислотами с доведением до 50%-ного уровня разложения фосфорита

С повышением степени разложения Сожского фосфорита наблюдалось увеличение содержания общего и усвояемого фосфора, причем рост последнего происходил в основном за счет водорастворимого (табл 1) При 50% обоих фосфоритов доля усвояемого фосфора составила 67-70% от общего Свободная кислотность всех ЧРФ была ниже допустимой для Род Полученные удобрения не пылили и обладали хорошей сыпучестью

Лабораторные исследования показали, что при попадании ЧРФ во влажную среду наблюдалось некоторое увеличение содержания в них усвояемого фосфора (на 5-20%), очевидно, за счет воздействия на неразложенный остаток _ свободных кислот и фосфорной кислоты, образующейся при гидролизе моно-кальцийфосфата

Изучение динамики растворимости удобрений в воде И ацетатном буфере показало, что у ЧРФ она была положительной 14 суток, после чего наступило равновесие системы, при этом по скорости и степени растворимости в воде образцы ЧРФ были весьма близки к суперфосфату имущественно превосходили фосфорит. : ,. V:

I. Содержание общего, водо- и лимонно-растворимого фосфора в продуктах неполного разложения сожских и егорьевских фосфоритов ____и их технологических аналогах, % . ■ '

Степень разложения фос- ' - р >03 ' Свободная

форита общий водорастворимый лимоннорас-творимый усвояемый кислотность,

0 (Рф. сож.) 14,2 ■ — 2,5 2,5 _

50 Н3РО4 23,8 14,0 2,0 16,0 0,71

60-"- 25,6 16,6 2,2' 18,8 0,89

70 27,1 18,9 • 3,1 22,0 0,98

80 27,6 16,7 . 5,6 22,3 : . 1,33

25+25(НзР04+НЫ0з) 20,6 12,7- 1,8 14,5 • _ :

0 (Рф. егор.) 21,4 — - 5,1 5,1 — ■ '

50 Н3РО4 32,2 13,4 8,0 21,4 ■ — '

Суперфос 41,5 — 31,9 " —*

Суперфосфат двойной 49 : — — 48 2,5

2. Сравнительное действие сожского фосфорита и продуктов его неполного: кислотного разложения на урожай сельскохозяйственных культур в микрополевом и вегетационно-полевых опытах.

Изучение эффективности фосфорных удобрений на дерново-подзолистой" легкосуглинистой почве показали, что все они. оказали положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур (табл. 2). Максимальный урожай был получен при внесении двойного суперфосфата. Суммарная уро- ' жайность за три года в вариантах с образцами ЧРФ составила 91-97% на кислой и 91-100% на произвесткованной почве от урожая в варианте с двойным суперфосфатом. Разница урожаев в вариантах с разными образцами ЧРФ была статистически недоказуема, поэтому среди испытанных уровней разложения фосфорита оптимальным является 50%-ный. Сожская и егорьевская фосфоритная мука по эффективности были одинаковыми и заметно слабее образцов ЧРФ. . •••'• ; ■ ; .

2 Влияние степеии разложения сожского фосфорита на продуктивность растений, г/м2 __ (микрополевой опыт, 1996-98 гг)_

\Культура, годы Варианты Викоовсяная смесь, (сухая масса) 1996 Озимая рожь, (зерно) 1997 Ячмень, (зерно) 1998 Многолетние травы, (сухая масса) 1998 Выход с учетом побочной продукции К И фосфора удобрений, %

за три года, к е % от действия полной дозы Рсд

Ж-фон 277 171 74 276 0,64 60,6 —

по фону без извести-

Суперфос 297 222 156 337 0,90 85,1 • 9,3

Рсд 0,5 ДОЗЫ 272 212 123 288 0,80 75,3 10,0

Рсд 0,75 дозы 299 239 160 327 0,93 87,8 12,3

Рсд 1,00 дозы 265 273 202 349 1,06 100,0 14,8

ЧРФ50 275 231 184 341 0,96 90,6 9,9

ЧРФ60 298 236 183 349 0,98 92,4 10,7

ЧРФ70 271 244 200 341 0,99 94,2 11,2

ЧРФ80 325 259 182 351 1,02 96,9 12,5

Рф сож 266 217 165 317 0,89 83,9 8,0

1'ф егор 216 226 171 322 0,89 84,7 7,9

1ЧК-фон (изв) 288 201 120 294 0,78 64,3 —

по фону известкования

Суперфос 334 312 176 359 1,11 91,5 10,7

Рсд 0,5 дозы 367 238 142 316 0,93 76,5 9,8

Рсд 0,75 дозы 342 271 187 334 1,05 87,1 11,7

Рсд 1,00 дозы 344 331 215 362 1,21 100,0 14,4

ЧРФ50 343 288 197 353 1,11 91,3 10,2

ЧРФ60 439 300 203 363 1,18 97,5 12,7

ЧРФ70 407 309 209 359 1,18 97,6 12,2

ЧРФЬО 378 318 219 363 1,21 99,7 13,5

Рф сож 319 222 165 307 0,92 75,8 4,2

Рф егор 309 230 166 312 0,93 76,5 4,1

НСР„, изв 107,1 33,1 63,2 47,5

НСР,, уд 63,3 18,0 21,4 27,4

Урожайность (У) культур (в сумме за три года) коррелировала с дозой внесенного фосфора в усвояемой форме (X) и описывалась следующими уравнениями: . ' '

на неизвесткованном фоне - У=0,78+Х-1,14Х2, 11=0,65, 112=0,42; . на известкованном фоне - У=0,84+1,76Х-2,41Х2,. 11=0,78, 1^=0,61, но гораздо более тесно она'коррелировала с растворимостью удобрений в воде (2) и описывалась следующими уравнениями:

на известкованной почве: <"......■

У(урожай)= -0,8276+1,2312-0,184422 при Я=0,976, ^=0,953, на кислой почве: '■,

У(урожай)= -0,293+0,85222-0,134322 при 11=0,994, 112=0,987, От этого же зависел и коэффициент использования фосфора из удобрений.

Продолжая изучать глубину воздействия кислоты на неразложенный остаток фосфорита был проведен вегетационно-полевой опыт в сосудах без дна с образцами водонерастворимых остатков удобрений (ВНО).

Внесение удобрений привело к достоверной прибавке урожая кукурузы к фону, кроме фосфоритной муки и ВНО ЧРФ25+25 (табл. 3).!- • -

3. Зависимость продуктивности кукурузы и ячменя от степени разложения фосфорита (вегетационно-полевой опыт 1997-98 гг.)

Варианты Кукуруза Ячмень Вынос урожаем Р2О5 за 2 года, г/сосуд - ки р2о5 %

Урожай, г сух. массы Прибавка к фону Урожай, г сух. массы Прибавка к фону

МК-фон 365 0 17,8 0 1,57 ' ■ ' — ,'

0,5 Рея 414 49 - 23 5,2 1,83 27,4'

1,0 Род '579 214 24 6,2 2,59 53,7

Суперфос 487 122 26,1 ■8,3 - 2,21 ■ 33,7

Рфм сож. 378 13 23,9 ■ 6,1 ~ 1,73 - 8,4

ЧРФ50 495 130 26,2 : • 8,4 • 2,19 32,6

ЧРФ25+25 - 415 50 22,9 • 5,1 1\84 " 14,2

ВНО ЧРФ50 451 - 86 23,2 ' 5,4 1,99 22,1

ВНО ЧРФ25+25 389 ' 24 21,6 - 3,8 1,68 5,8

НСР05 37 4,7

В варианте с ЧРФ50 урожай кукурузы составил 85% от такового при внесении полной дозы Ред. На близком к этому уровне получен урожай и в варианте с суперфосом (84%).

Применение ВНО ЧРФ50, не содержащего легкодоступный водорютво-римый фосфор, показало достоверно белее высокую его эффективность, чем исходного фосфорита и половинной дозы Рсд , что говорит о пубоком воздействии фосфорной кислоты на структуру сырья ВНО ЧРФ25+25 по эффективности уступал ВНО ЧРФ50 и находился на уровне действия фосфоритной муки, что, возможно, объясняется меньшей степенью изменения структуры сырья

В последействии все фосфорные удобрения (кроме ВНО ЧРФ25+25) дали достоверные прибавки урожая ячменя к ЫК-фону, причем суперфос, Рф 'ЧРФ50 и Рсд (полная доза) по эффективности были одинаковыми, а последействие ЧРФ25+25 и ВНО ЧРФ50 было более низким и соответствовало половинной дозе двойного суперфосфата

В целом действие и последействие фосфорных удобрений соответствовало их растворимости и не противоречило данным микрополевого опыта

Вынос и коэффициент использования фосфора из удобрений находился в тесной зависимости от их растворимости Максимальным он был при внесении полной дозы суперфосфата и составил 53,7% 50%-ное разложение 'фосфорита раствором Н3РО4 привело почти к 4-х кратному увеличению коэффициент! использования фосфора (32,6% гротив Б,4 из Рф со к ) Стедует отметить, что усвоение фосфора из ВНО ЧРФ50 также было выше, чем из фосфорита (в 2,6 раза)

I Таким образом, причта повышения эффективности частично разложенных кислотой фосфоритов по сравнению с исходным сырьем заключается (не только в образовании значительного количества водорастворимого фосфора, но и в том, что нерааложенная часть фосфорита в ЧРФ становится более ■доступной для растений, чем исходная его форма, по-видимому, за счет пере! стройки структуры и изменения физико-химических свойств неразложенного остатка

I

Для сравнения эффективности сожского и егорьевского ЧРФ50 был 1 проведен вегстационно-полевой опыт со льном, который показал их равно-I ценность (табл 4) При внесении ЧРФ50 сож и егор урожай соломки соста-1 вил 92,6 и 89,5% от действия эквивалентной дозы Рсд, семян — 94 и 89%, содержание жира в семенах — 98,4 и 95,7%, соответственно В целом за счет (фосфорных удобрений содержание жира в семенах увеличилось на 5,4-8,1% при 25,1% на ЫК-фоне Действие сожского фосфорита на урожай и качество семян и льносоломки было таким же, как егорьевского

Варианты ОПЫТ'» Соломка Семена

масса, г/сосуд номер м-^сса, г/сосуд жир, %

ЫК-фон 24,5 1,25 1,9 25,1

по фону

Рсд 0,5 дозы 32,3 1,5 2,5 31,9

Рсд 1,0 дозы 43,0 2,50 3,6 33,2

Рф сож 32,3 1,25 2,7 30,5

Рф егор 33,8 1,25 2,8 30,6

ЧРФ50 сож 39,8 2,50 3,4 32,7

ЧРФ50 егор 38,5 2,50 3,2 31,7

НСР <н 8,4 0,7

Ест и учесть, что процесс получения ЧРФ можно отнести к ряду энерго-и ресурсосберегающих технологий, то при равновеликом (и даже близком) с Рсд эффекте ЧРФ будет иметь явное преимущество

3. Влияние фосфорных удобрении м ч агрохимические покиатсш и фосфчг-ный режим дерново-подзолистоII почвы

За три года в микрополевом опыте в почву было внесено М210Р270К270 кг/га минеральных удобрений Несмотря на вынос Р2О5 урожаем, это привело к увеличению содержания подвижного фосфора в почве в среднем на 1,7-2,4 мг/ЮО г почвы (22-30%), особенно в вариантах с фосфоритной мукой (табл 5) Содержание подвижных форм фосфатов в почве без внесения фосфорных удобрений снизилось на неизвеспсованном фоне — на 1,1 и известкованном на — 0,4 мг/ЮО г почвы, при выносе урожаями 51,9 и 65,7 кг/га, соответственно То есть, за счет известкования обеспечивалось лучшее усвоение этого элемента рас тениями и более медленная потеря содержания его в почве

Степень подвижности фосфатов при внесении Рф мало отличалась от контроля и в среднем была в 5,2 раза ниже, чем суперфосфата на кислой почве и в 8,7 раза — на известкованном фоне, что согласуется с большей ее эффективностью на кислых почвах В варианте с ЧРФ50 степень подвижности фосфатов была в среднем в 6,7 раза выше, чем Рф на фоне извести и в 5,2 раза — чем без нее, практически не отличаясь от варианта с суперфосфатом Между суммарным за три года урожаем (У) и степенью подвижности фосфатов почвы при ежегодном внесении фосфорных удобрений (X) отмечена тесная связь, подчинявшаяся следующей зависимости

У=1,018-1,16Х+1.338Х2, при 11=0,84 и 112=0,71

Содержание обменного калия увеличилось в среднем по фонам на 1,2-1,3 мг/100 г почвы не смотря на вынос этого элемента урожаями культур.

Кислотность почвы под действием фосфорных удобрений практически не изменилась. V ...........

5. Изменение агрохимических показателей почвы после 3-х летнего внесения удобрений (± к исходному, микрополовой опыт 1996-98 гг.)

"^Варианты ык- по фону: .....

фон Супер- Рсд 1,0 ЧРФ ЧРФ ЧРФ ЧРФ РФ Рфег.

1оказателЬ\ ; фос дозы 50 60 70 80 сож.

рНка" <и £Ц2 £11 м 00 М £12

0,5 0,5 0,5 0,3 0,5 0,6 0,5 0,6 0,4

Р2О5 ы и 1л5 и 21 2Л

-0,4 1,2 1,7 1,9 1,9 1,9 1,5 2,1 2,4

К20 хл ЛЛ 1Л 1д2 12 ЬЗ и

■ ■ : - " 1,4 1,3 1,1 1,4 1,6 1,3 1,1 1,2 1,1

* — над чертой — неизвесткованный фон, под чертой — известкованный.

■ Сожская фосфоритная мука и ЧРФ50 практически не изменили концентрацию в почве цинка, фтора, свинца, никеля, кадмия, определенных атомно-адсорбционным и манометрическим методами (табл. 6). Содержание самых опасных из них - фтора, кадмия и свинца было, соответственно, в 7,4, 8 и 1,7 раза ниже ПДК. Удобрения не повлияли на содержание ТМ, радионуклидов и суммарную р-актйвность в зерне ячменя по сравнению с фоном.

6. Содержание тяжелых металлов в почве и зерне ячменя после трех лет применения удобрений (неизвесткованный фон)

Варианты- РЬ са Си N1 . Ъп Б Суммарная р-активность а-137

мг/кг Ки/кг

Ячмень (зерно)

Ж-фон 1,25 0,38 5,3 2,1 17,3 0,23 3,4-Ю8 2,8 • Ю-10

ИК+ЧРФ50 0,88 0,40 6,4 1,8 17,3 0,55 4,1 • 10"8 3,8 • Ю-10

ИК+Рф сож. .1,00 0,44 6,9 1,5 21,5 0,55 3,5-Ю-8 4,3-Ю-10

ВМДУ 5,00 0,30 30,0 1,0 50,0 10,0 —; 1,6-ю-8

Почва

ЫК-фон 3,5 0,25 1,3 0,5 4,2 0,31 3,5-Ю-8 0,66 • 10-»

ЫК+ЧРФ50 3,5 0,25 1^5 1 0,5 4,0 0,33 3,5-10-* 0,51 • Ю-9

ИК+Рф сож. 3,5 0,25 1,8 0,5 3,8 0,38 3,4-Ю-8 0,71 • 10-9

ПДК 6,0 2,0 3,0 4,0 23,0 ' 2,80 ■ • — 4,10-10-9

Наблюдение зі изменением фосфтгного режима почвы под действием изучаемых удобрении в лабораторном опыте показало, что уже через 15 суток кислотность почвы за счет известкования снизилась на контроле ні 0,89 рНксь и сохранялась на этом уровне до конца эксперимента (табл 7) Фосфоритна.! мука, в целом, слабо изменяла этот показатель Суперфосфат, су-перфос и оба ЧРФ несколько снизили значение рНксі

Содержание подвижного фосфора по Кирсанову практически не зависело от формы фосфорных удобрений, что связано с агрессивностью вытяжки, способной растворять труднорастворимые фосфаты Степень подвижности фосфатов по Карпинскому-Замятиной при внесении обоих фосфоритов мало отличалась от контроля и в среднем за период наблюдений была в 5,1-5,2 раза ниже, чем суперфосфата на неизвесткованном фоне и в 6,8-8,7 раз — на известкованном, что согласуется с большей эффективностью фосфоритов на кислых почвах

7 Изменение рНксь содержания подвижного фосфора и степени его подвижности в дерново-подзолистой почве под влиянием фосфорных удобрений

__(табораторный опыт)_

Удобрение рНксі через 15 суток Р205 по

Кирсанову, мг/100 г почвы Карпинскому-Замятиной, мг/л

Экспозиция, сут

15 30 90 180

Контроль 4,88 8,59 0,09 0,09 0,12 0,14

Р сд 4,83 25,02 0,75 0,68 0,81 0,83

Рф сож 4,98 28,71 0,11 0,15 0 16 0 18

Рф ег 5,02 28,63 0,12 0,13 0,18 0,19

ЧРФ50 4,83 28,52 0,78 0,76 0,80 0,82

ЧРФ25+25 4,75 28,19 0.54 0,45 0,48 051

Суперфос 4,75 27,92 0,67 0,68 0,67 0,69

Известь-фон 5,77 7,67 0,10 0.12 0,12 0,16

по фону

Р сд 5,58 26,98 0,75 0,73 0,93 0,92

Рф сож 5,72 31,52 0,11 0,10 0,08 0,10

Рф ег. 5,75 29,44 0,10 0,14 0,14 0,12

ЧРФ50 5,56 28,46 0,85 0,84 0,84 0,84

ЧРФ25+25 5,48 28,63 0,64 0,64 0,65 0,68

Суперфос 5,55 28,21 0,67 0,67 0,70 0,68

. При внесении ЧРФ50 этот показатель оказался в среднем в 6,7 раза выше, чем сожского фосфорита на фоне извести и в 5,2 раза — чем без нее, и практически не отличался от варианта с суперфосфатом.

Изучение группового состава фосфатов показало, что в день смешивания удобрений и извести с почвой внесенный фосфор обнаружился во всех фракциях (табл. 8). Фосфориты, в большей степени обогащали фракцию Са-фосфатов, особенно на произвесткованной почве. В более значительных размерах увеличивалась эта фракция при внесении ЧРФ50, ЧРФ25+25 и супер-фоса (чем Род) в кислую почву, что обусловлено спецификой состава этих продуктов, содержащих неразложенные остатки фосфорита. Количество А1-и Ре-фосфатов хотя и увеличивалось по сравнению, с контролем и фоном, но практически не изменялось в зависимости от вида удобрения и внесения извести.

8. Фракционный состав фосфатов почвы, мг/100 г почвы, (лабораторный опыт)

Удобрение В день смешивания удобрений с почвой Через 180 суток компостирования

К*-Р Ие-Р А1-Р : Са-Р сумма фракций К-Р Яе-Р АІ-Р Са-Р сумма фракций

всего за счет удобрений

Контроль 1,0 2,5 3,5 2,0 9,0 1,0 2,5 3,5 3,0 10,0 —

Р сд 7,0 5,0 7,0 7,0 26,0 6,5 7,0 8,0 6,0 27,5 17,5

Рф сож. 4,5 8,0 7,5 10,0 30,0 3,5 6,5 8,5 11,0 29,5 19,5

Рфег. 6,0 7,0 8,0 10,0 31,0 5,0 6,5 8,5 10,0 30,0 20,0

ЧРФ50 7,0 5,0 6,5 11,0 29,5 7,0 5,5 7,0 10,0 29,5 19,5

ЧРФ25+25 6,5 7,0 6,5 10,0 30,0 6,0 6,5 6,5 9,0 28,0 18,0

Суперфос 7,5 5,5 7,0 9,0 29,0 7,0 6,0 7,0 10,0 30,0 20,0

Известь-фон 1,0 3,0 3,0 '3,0 10,0 2,0 2,5 2,5 3,0 10,0 — •

по фону:

Р сд 10,0 5,0 7,0 6,0 28,0 6,5 3,5 5,5' 14,0 29,5 . 19,5

Рф сож. 8,5 6,5 12,0 31,5 4,0 5,5 6,0 14,0 29,5 19,5

Рф ег. 5,5 7,0 6,0 13,0 31,0 4,5 5,5 5,5' 16,0 31,5 21,5

ЧРФ50 7,5 5,5 6,5 10,0 29,5 7,5 4,5 4,5. 12,0 28,5 18,5

ЧРФ25+25 6,5 6,5 7,0 8,0 28,0 4,5 6,0 5,5 11,0 27,0 17,0

Суперфос 8 6,0 6,5 9,0 29,5 7,5 4,5 4,5 12,0 28,5 18,5

*— рыхлосвязанные фосфаты.

Шестимесячный контакт суперфосфата с кислой почвой привел к некоторому увеличению содержания А1- и Ре-фосфатов (с 46 до 54,5% от суммы

фракций) Менее выраженное действие, оказало время на изменение количественных характеристик этих фракций при внесении ЧРФ50

На известкованном фоне структура минерального фосфатного фонда была несколько иной В варианте с Рсд количественно возросла группа Са-фосфатов, в основном за счет уменьшения количества А1- и Ре-фосфатов

На этом фоне по сравнению с фосфоритной мукой содержание рыхлос-вязанных фосфатов в вариантах с суперфосфатом, ЧРФ50 и суперфосом было гораздо более высоким (22-26% против 13,5% от суммы фракций).

Суммарное содержание минеральных фосфатов практически не зависело от формы фосфорных удобрений как на, кислой, так и на произвесткованной почве

Таким образом, сопоставление полученных данных изменения фосфатного режима дерново-подзолистой почвы под действием удобрений в лабораторном и микропалевом опытах с урожаями культур позволяет сделать заключение о том, что ЧРФ50, полученный из сожского фосфорита создает благоприятные условия фосфорного питания растений, близкие к условиям, создаваемым внесением двойного суперфосфата.

4. Произволе! венное испытание сожского фосфорита и ЧРФ50, их экономическая и энергетическая эффективность.

В производственных испытаниях на дерново-подзолистой супесчаной почве при выращивании картофеля За счет сожского фосфорита прибавка урожая к ЫК- фону составила 46, а ЧРФ50 - 104% (табл 9) Действие ЧРФ50 по отношению к эквивалентной дозе Рея составило 94% при практически одинаковом качестве клубней.

9. Урожайность и качество клубней картофеля (производственный опыт, 1998 г)

Варианты Урожай- Прибавка, Крахмал ИОз, СВ

ность ц/га к ИК- % сбор уро- мг/кг сы- клубней.

клубней, фону жаем, ц/га рой массы %

ц/га

Контроль (б/у) 99,4 • 13,2 13,1 40,8 24,2

МС-фон 140,5 - 14,2 20,0 50,9 24,8

по фону:

Рсд 0,75 дозы 234,6 94,1 15,5 36,4 38,0 22,2

Рсд 1,00 дозы 305,5 165 16,8 51,3 39,5 23,0

ЧРФ50 сож 287,3 146,8 16,5 47,4 38,5 23,0

Рф сож 205,6 65,1 15,4 31,7 39,8 20,4

НСР05 20,6

• Применение всех фосфорных удобрений позволило получить высокий экономический и энергетический эффект (табл. 10). Экономическая эффективность-фосфоритной муки оказалась самой низкой. Но учитывая, что рНксз почвы была 5,4, на почвах.с более кислой реакцией ее эффективность будет возрастать. Чистый доход, полученный в варианте с ЧРФ50, составил 85% от этого показателя у Род, и оказался в 4,5 раза выше, чем у Рф сож. ■">...-

10» Экономическая и энергетическая эффективность удобрений, картофель (производственный опыт, 1998 г) „-..•'■

Показатели Рсд ЧРФ50 Рф

Урожайность, ц/га . 305,5 .287,3 205,6

. • ' ' ГДж/га 111,8 105,2 -75,3

Всего затрат; тыс. руб./га 4,63 4,62 4,57

Рентабельность, % 65,1 55,6 12,4

Себестоимость 1 ц продукции, руб. , - 15,1 ' 16,1 22,2

Чистый доход на 1 га, тыс. руб. 3,0 2,6 • 0,6

Окупаемость 1 кг д.в. удобрения продукцией, ц 3,4 3,2 2,3

Всего энергозатрат, ГДж/га ' 46,1 44,9 41,4

Чистый энергетический доход, ГДж/га ' 65,7 60,3 33,8

Коэффициент энергетической эффективности 2,4 2,3 1,8

Энергетическая себестоимость, ГДж/ц. 151 156,1 201,6

: Коэффициент энергетической эффективности по Рф сож. составил 75% от такового у Род, на что, возможно, повлияла кислотность почвы,, а по ЧРФ50 -97%, что говорит о практической равноценности его с Рсд в условиях Смоленской области. ; ... - ,

. . Выводы. . ..

1. Сыромолотый сожский фосфорит, содержащий 14,2% общего Р2О5, является эффективным фосфорным удобрением на кислых дерново-подзолистых почвах. • ;*• •'• ■ " ' ; •

2. При неполном кислотном разложении сыромолотого сожского фосфорита получается 'Продукт, содержащий фосфор в водо-, нитратно- й кислотно-растворимой формах. Обработка ортофосфорной кислотой и в сочетании с азотной приводит к глубокому изменению химического состава удобрения, в результате чего существенно увеличивается содержание усвояемого фосфора главным образом за счет водорастворимого. Уже при 50%-ном разложении фосфорита доля, усвояемого фосфора достигала 67-70% от общего. Полученные удобрения не пылят и обладают хорошей сыпучестью. V, ...

. -3.' Под действием свободной фосфорной кислоты, входящей вЧРФ и образующейся в результате гидролиза монокальцийфосфата, наблюдается дополни-

тельное ро-о-ксние труднорастворнмых остатков ЧРФ, что повышает их досту i

НОСТЬ р 1СТСНИЯМ

4 Все образцы ЧРФ при при- еиении на дерново подзолистых почвах по казали себя примерно одинаково эффективными удобрениями, обеспечивающими урожай сельскохозяйственных культур на уровне 91-97% на кистой и 91-110'® на произвесткованной почве от урожая по Рсд, 106-113 и 100-109% — по отношению к их технологическому аналогу - суперфосу при одинаковом влиянии на качество продукции В связи с этим оптимальным следует признать 50%-ный уровень разложения сожского фосфорита фосфорной кислотой, обеспечивающий перевод 67% общего фосфора в усвояемую форму

5 Эффективность фосфорных удобрений тесно связана с их растворимостью Коэффициенты корреляции между растворимостью удобрений в воде и суммарным урожаем сельскохозяйственных культур в трехлетнем микрополевом опыте составили 0,97 и 0,99 на нейтральной и кислой почве, соответственно В соответствии с растворимостью удобрений изменялись коэффициенты использования из них фосфора

6 Содержание подвижных фосфатов в почве не зависело от вида фосфорных удобрений после их 3-х летнего внесения при ежегодной дозе 90 кг/га Степень подвижности фосфатов почвы изменялась в соответствии с растворимостью1 фосфорных удобрений В убывающем порядке по влиянию на этот показатель упобренич размещались следующим образом Рсд, ЧРФ50 сож, суперфос, ЧРФ25+25, Рф

7 Внесение Рсд привело к заметному увеличению содержания Са-Р в поч , ве особенно на известкованном фоне, переход его фосфора в состав Al-Р и Fe-P был гораздо более выраженным в кислой почве Фосфоритная мука долгое время оставалась в неизменном виде, пополняя фракцию Са-Р По характеру превращения в почве ЧРФ был сравним с суперфосом и занимал промежуточное положение между Рсд и Рф

8 Применение сожского фосфорита и его ЧРФ50 практически не изменило концентрации кадмия, меди, цинка, фтора и радионуклидов и суммарную р-активность в зерне ячменя и почве по сравнению с фоном

') Коэффициент з'!ерге~"«>"-кой эффективности применения Рф сож На слабокислой почве составил 1,8, ЧРФ50 — 2,3, что составляет, соответственно, 75 и 97% и от уровня Рсд По экономической эффективности в порядке ее убывания удобрения располагались следующим образом Рсд, ЧРФ50, Рф сож

Рекомендации производству.

В условиях ограниченности запасов качественного фосфатного сырья и высокой потребности земледелия в фосфорных удобрениях требуется поиск новых источников фосфора. Для условий Смоленской области такими источником могут быть фосфориты Сожского месторождения, которые можно использовать на кислых почвах в сыромолотом виде, а на нейтральных — в виде продукта 50%-ного разложения фосфорита ортофосфорной кислотой, эффективность которого составляет 90-110% от действия Рсд Снижение нормы расхода ортофосфорной кислоты по сравнению с расходуемой на получение Рсл, использование дешевой

фосфоритной муки без предварительного обогащения, значительно снижают стоимость целевого продукта.

Для ускоренной прогнозной оценки эффективности фосфорных удобрений можно использовать описанный метод определения характера их растворимости в средах с различной кислотностью (вода, ацетатный буфер). ,

Список опубликованных работ по теме диссертации:

- r 1. Самсонова Н.Е., Хлусов В.Н. Предварительная оценка эффективности фосфоритной муки Сожского месторождения и удобрений на ее основе. В сб.:. Научное обеспечение устойчивого развития сельскохозяйственного производства в НЧЗ России. Смоленск. 1997. С. 121-123.. , , , ~

2. Хлусов В.Н., Давыденкова O.A. Эффективность частично разложенных сожских фосфоритов. Доклады научной конференции студентов. Смоленск. -1998.-С. 61-62. . . .

3. Самсонова Н.Е., Хлусов В.Н., Багаева Н.В. Агрохимическая оценка фосфоритов Сожского месторождения и продуктов их неполного разложения. В сб.: Проблемы и перспективы развития АПК в условиях рыночных отношений. Мичуринск.-1998.-Ч. 2.-С. 145-146.

. 4., Самсонова Н.Е., Хлусов В.Н. Агрохимическая оценка частично разло- -женных аморфных фосфоритов. Материалы международной научно-практической конференции "Ресурсосбережение и экологическая безопасность". Смоленск. 1998. С. 94-97.

5. Самсонова H.E.-, Паукштис СИ., Хлусов В.Н. Эффективность фосфорных удобрений разной степени растворимости при выращивании льна-долгунца. В сб. Проблемы возделывания и переработки льна. Материалы международной научно-практической конференции, поев. 80-летию образования БССР* Смоленск, 1999, С 80-83.

6. Самсонова Н.Е., Хлусов В.Н. Изменение фосфатного режима дерново-подзолистой почвы при применении сожского фосфорита и продукта его неполного кислотного разложения. В сб.: Проблемы сельскохозяйственного производства в изменяющихся экономических и экологических условиях. Смоленск, 1999., Ч. 2. Р. 2. С. 283-284. ,

7; Самсонова Н.Е., Хлусов В.Н. Изменение содержания тяжелых металлов в почве при применении частично разложенных сожских фосфоритов. В сб.: Проблемы сельскохозяйственного производства в- изменяющихся" экономических и экологических условиях. Смоленск, 1999., Ч. 2. Р. 2. С. 287-288.

8. Самсонова Н.Е., Хлусов В.Н., Киселев А.И., Асташев В.А. Влияние реакции среды на растворение и эффективность частично разложенных сожских фосфоритов. В сб.: Проблемы сельскохозяйственного производства в изменяющихся экономических и экологических условиях. Смоленск, 1999., Ч. 2. Р. 2. С. 293-295. -