Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Эффективность использования глины келловея Михайловского месторождения КМА в качестве почвоудобрительного материала в сельском хозяйстве

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Эффективность использования глины келловея Михайловского месторождения КМА в качестве почвоудобрительного материала в сельском хозяйстве"

' ■ ? л

i I *

" i

На правах рукописи

- я т/1 1997

БЕРЕЗИНА ЛАРИСА ВАЛЕНТИНОВНА

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЛИНЫ КЕЛЛОВЕЯ МИХАЙЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КМА В КАЧЕСТВЕ ПОЧВОУДОБРИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Специальность 11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

КУРСК - 1997

Работа выполнена на кафедре экологии и охраны природы Курской государственной сельскохозяйственной академии имени проф. И.И.Иванова.

Научный руководитель - академик РАЕН, доктор с.-х. наук,

профессор Стифеев А.И.

Официальные оппоненты - доктор с.-х. наук,

профессор Герасименко В.П. - кандидат с.-х. наук Шульга С.А.

Ведущая организация - Орловская государственная

сельскохозяйственная академия

Защита состоится ___¿¿/■¿¿/¿Л-______1997 г. в /-^^ч.

на заседании диссертационного совета Д 120.25.01 при Курской сельскохозяйственной академии имени профессора И.И.Иванова: 305021, г.Курск, ул. К.Маркса, 70

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан "—-Л^й^__________1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук

доцент —А.Клейменова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Урожайность сельскохозяйственных культур во многом зависит от рационального использования минеральных и органических удобрений. Учитывая то, что за последние пять пег их производство и внесение заметно сократилось в виду высокой стоимости, назрела острая необходимость в их замене, изыскана новых нетрадиционных почвоудобрительных материалов. К таковым можно отнести гпину келловея • вскрышную породу морского происхождения Михайловского жепезорудного бассейна КМА, содержащую в своем составе обменный калий, богатый набор микроэлементов, органику, имеющую слабощелочную реакцию среды. В виду особенностей химико-минералогического состава и технологических производственных характеристик глина келловея может использоваться в качестве альтернативного источника калийньк удобрений как в чистом виде, так и в композите с минеральными азотно-фосфорными удобрениями, а также как структурообразоватегь легких по механическому составу почв.

Запасы глины келловея на КМА составляют сотни млн. тонн. Незначительная ее часть используется в производстве цемента, керамзита и обогащения руды, а основная не находит применения, складируется в отвалы в смеси с другими породами, вызывая вторичное загрязнение окружающей приэодной среды.

Наличие в тине келловея биолотчески активных веществ придаст ей свойства активного ионообменного материала с высокой степеньо поглощения, которая определяет его потенциальную ценность как природного сорбента. Достижения современной науки и твхнию1 дают основания использовать глину келловея в сельском хозяйстве, промышленности и медицине.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в разработке технологии применения глины келловея в качестве почвоудобрительного материала, способствующего повышению тодоро-дия почвы, урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции.

~ Исходя из этого были поставлены следующие основные задачи:

1. Установить химико-минералогический состав глины.

2. Оценить влияние различных доз глины и минеральных удобрений на ее основе на некоторые физико-химические свойства и биологическую активность серых лесных почв.

3. Определить оптимальные дозы и виды минеральных удобрений

на основе глины под калиелюбивые культуры.

4. Разработать технологическую схему получения минеральных удобрений на основе глины.

5. Определить зколого-экономическую и энергетическую эффективность минеральных удобрений на основе глины.

Объекты исследования. Глина келловея - горная порода Михайловского железорудного месторождения КМА и серые лесные почвы Жепезногорского района Курской области.

Научная новизна и практическая значимость работы. Предложены медленно действующие формы калийных удобрений. Разработан механизм получения минеральных удобрений на основе глины пролонгированного действия, экологически совместимых с почвой. Предложен способ повышения плодородия почвы путем внесения в нее глины.

Реализация результатов исследований осуществлялась в подсобном хозяйстве Тсряк" МГОКа. Результаты работы включены в научно-исследовательские отчеты КГСХА и подтверждены патентом на изобретение.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях молодых ученых Курской ГСХА 1995, 1996, 1997 гг.; на Международной конференции "Экологические проблемы сельскохозяйственного производства'' (Воронеж, 1994), на всероссийской научной конференции "Экология и образование" (Курск, 1994); на Международном экологическом форуме "Современные экологические проблемы провинции" (Курск, 1995); на Международном совещажи "Биологическая рекультивация нарушенных земель" (Екатеринбург, 1996).

На защиту выносятся следующие положения.

1. Оценка влияния тины келловея на физико-химические и биологические свойства серых лесных почв.

2. Возможность использования глины келловея в качестве альтернативного источника калийных удобрений как в чистом виде, так и в композите с азотно-фосфорными удобрениями.

3. Технология получения минеральных удобрений на основе глины келловея и ее эколого-экономическая целесообразность при возделывании сельскохозяйственных культур.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано десять печатных работ, из них одно авторское свидетельство.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 173 страницах машинописного ■текста и состоит из введения,

пяти глав, выводов, рекомендаций производству, списка используемой литературы, включающей 259 наименований, в т.ч. 43 иностранные приложений.

Работа выполнялась с 1994 го 1996 гг.на кафедре экологии и охраны природы Курской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. И.И.Иванова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Использование нетрадиционных почвоудобрительных материалов в сельском хозяйстве (краткий обзор литературы]

Стержнем всей экономической политики нашего государства является хозяйственное отношение к общественному продукту, что дает возможность успешнее решить задачи повышения эффективности использования всех видов ресурсов, производственного потенциала, создания условий сохранения экологически чистой природной срегы (П.И.Боженов, 1979; В.И.Дьяконов, 1992; В.Н.Макаров, 1994; Н.И.Кар-тамышев, 1995).

Одним из путей рационального природопользования является использование карьерных отходов крупнейшего в мире железорудного бассейна КМА в промышленном и сельскохозяйственном производств». При добыче железной суды на дневную поверхность ежегодно извлекаются сотни миллионов тонн осадочных пород разного геопи гического возраста, основными из которых являются лессовидные суглинки, мело-мергель. пески, глины и др.. представляющие большуо ценность как сырье для производства строительных материале», удобрений и почвоулучшателей в сельском хозяйстве (И.П.Капинии, Ф.В.Кулиба, 1958; В.К.Гинатулина, М.А.Ковачек, 1966: А.М.Бурыкич, 1976; Ю.В.Остряков, 1992; А.И.Стифеев. 1993 и др.).

В нашей стране и за рубежом ведется поиск новых нетрадв-ционных почвоудобрительных материалов из побочных и вторичных продуктов горных производств, а также отходов промышленности и сельского хозяйства (Д.В.Муха, 1989; А.О.Трусевич, 1991; И.К.Бескои, 1976; П.И.Гречин, 1993 и др.). В первую очередь используются такие отходы, которые по своему составу и свойствам мало отличаются от традиционных видов сырья.

Однако, несмотря на это, внедрение новых технологий идет крайне медленно. Так, например, за все годы эксплуатации Мг-хайловского месторождения КМА на внутрихозяйственные нужда

было израсходовано всего 2-3% пород вскрыши, тогда как объем их добычи составляет свыше 500 млн.т. Таким образом, анализ использования попутно извлекаемых пород указывает на неудовлетворительное решение этого вопроса.

Глава 2. Природные условия, программа и методика исследований

Полевые опыты были заложены в подсобном хозяйстве "Горяк" МГОКа на серых лесных почвах двух подтипов, недостаточно обеспеченных элементами питания и нуждающиеся в окультуривании. Светло-серые лесные супесчаные почвы имели в пахотном слое следующие агрохимические показатели: гумус (по Тюрину) - 1,1%; рН солевое (потенциометрически) - 5,0; гидролитическая кислотность (по Каппену) - 2,16 мг-эюз/100 г почвы; сума обменных оснований (по Каппену-Гильковицу) - 8,0 мг-экв/100 г почвы; азот щелочи, (по Корнфильду) - 3,9 мг/100 г почвы; подвижные фосфор (Р2Ов) - 4,4 мг/100 г почвы (по Чирикову) и калий (КгО) - 4,5 мг/100 г почвы (по Чирикову). Темно-серые лесные среднесугпинистые почвы: гумус

- 3,4%; рН солевое - 5,8; гидролитическая кислотность - 1,15 мг-эквМОО г почвы; сумма обменных оснований - 21,6 мг-экв/100 г почвы; азот щелочн. - 10 мг/100 г почвы; подвижные фосфор (Р2Об)

- 6,7 мг/100 т почвы и калий (К20) - 7,3 мг/100 г почвы.

Климат местности умеренно-континентальный. Среднегодовое количество осадков - 567 шл, около 70% их выпадает в период вегетации растений. Среднегодовая температура воздуха: составйца 5,6 °С. Годы исследований были различными по погодным условиям, но в среднем были типичными для зоны.

Лабораторные, микропопевые, полевые мелкоделяночные и производственные опыты с калиепюбивыми культурами закладывались в течение трех лет (1994-1996гг.) в 3,4-х кратнсй повторности, делянки размещались методом рендомизации. Площадь учетной делянки в мелкоделяночном опьле с сахарной свеклой составила 3 м^. Схема опыта представлена в табл.2. Площадь производственных опытов с сахарной свеклой - 50 га, картофелем - 10 га, площадь учетной делянки - 0,2 га. Схема опыта представлена в табл.3. Использовались следующие сорта сельскохозяйственных культур: ячмень - Нахаленок, Заозерский-85, гречиха - Богатырь, сахарная свекла - Льговская односемянная-52, картофель - Невский. Норма высева семян соответствовала рекомендуемым. Дозы удобрений и глины келловея в опытах рассчитаны на планируемый урожай.

Урожай определяли методом сплошного учета. Аналитические исследования почвы и качества получаемой продукции проводились по общепринятым методикам. Результаты исследований обрабатывались на ЭВМ с применением статистических методов по Доспехову. Выводы делались с учетом достоверности различий.

Глава 3. Строение и свойства глины квлловея

3.1. Стратиграфия и литология глины квлловея Келловейский ярус относится к верхнему отделу мальм юрской системы. Это второй период мезозойской эры геологической истории Земли, начало которого датируется в 185 млн. лет назад, продолжительность около 53 млн. лет. Формирование глины келловейского яруса происходило в условиях относительно глубоководного морского бассейна, воды которого были несколько опреснены и имели преимущественно гидродинамический режим. Минералообразование происходило различными путями, включающими ранний диагенез, биолиты, галогенез.

Мощность слоя залегания глины кепловея на Михайловском месторождении КМА - 25-30 метров. Нижние горизонты яруса состоят из плотно сложенного ракушняка с тинистым наполнителем. Органическое вещество глины составляет от 2,2 до 6.5% и представлено сложной смесыо природных со«синедей, которая образовалась в результате разложения растительных и животных продуктов жизнедеятельности, а также окаменевшими остатками раковин, ростров морских животных. Наиболее распространены окаменелые отпечатки высших споровых растений (Cladophlebis haibirnensis, Podozamites Lanceolatus, Ginkgo slblrica, Czekanowskia riglda, Phoenicopsis spedasa и др.). Фауна глины представлена многочисленными остатками брахиопод - Terrebratulldae и Pfyncho-nellldae, головоногих моллюсков (Cephalopoda), среди которых окаменевшие остатки раковин четырехжаберных аммонитов и ростры двухжаберных белеленитов (Cylindrotenthis).

3.2. Общая характеристика и физические свойства глины келловея Глина келловея голубовато-серая, темно-серая, различно алеврита стая и известковистая с обилием фауны. Глина характеризуется повышенным содержанием органики от 2,2 до 6,5%, наибольшая величина отмечена в трех нижних горизонтах келловейского яруса, которые составляют 75% его мощности, повышенным содержанием

солей (0,9-1,6%) - в основном сульфатов кальция и магния, 'бедная подвижным фосфором, богата калием (2200-5500 мг/кг), содержит микроэлементы (Си, П, Мо, N1, Мл, Мд, Са, Ре и др.), рН среды солевой вытяжки - слабощелочная (7,1 - 7,8).

Глина келловея имеет следующие физические характеристики: плотность твердой фазы - 2,69 г/см3, плотность сложения -1,74 г/ш3, общая порозность - 47-68%, влагоемкостъ - 42-50%, коэффициент фильтрации - 0,0007 мм/мин.

Геопого-технологичеекая оценка гпжы показала, что она высоко пластична, иногда средне пластична (чюло ггасти«+юсти 11,7-35,4); низкокотомдапьиа (18-20%); среднерисперсна, реже юзкодисперсна (31%) или грубо дисперсна (12,5%); обладает удовлетворительной формовочной способностью, высокой чувствительностью к сушке (70 сек), высоким коэффициентом воздушной усадки (9,4%). Гпины легкоплавкие, не спекаются. Обожженные образцы при I обжига 900 °С вспучиваются.

3.3. Химико-минералогический состав гпины келловея и его влияние на плодородие почвы

.Валовой химический состав шины следующий: Э02 - 53£; /^О., -19,6; ¥егОэ - 4Д Щ - 0,8; МгО - 2£ Р2Ов - 0£ СаО - ЗД МдО - 5,1; Кр - 9-5; N^0 - ОД Молекулярные отношения БЮ2:А1203 равны 4,6, а БЮ^О., -3,9.

Минералогический состав глины характеризуется каолинит-, монтморигшонит-гидрослюдистой ассоциацией. Среднее содержание каолинита составляет 17%, монтмориллонита - 14%, нонтронига -2%, гидрослюд - 65%, хлоритов и цеолитов по 1%. Гидрослюды представлены глауконитом (40%), вермикулитом (15%), гидромусковитом (10%). Кроме того, в тине встречаются минералы-соли и большое количество известковых включений.

Вторичные высокодисперсные минералы класса силикатов влияют на физико-химические свойства почвы, в их числе поглотительная способность, гидрофильность, липкость, пластичность, образование водопрочных структурных агрегатов и др.

Глава 4. Разработка теоретических и практических основ создания минеральных удобрений на основе глины келловея

4.1. Влияние тины келловея на агрофизические свойства серых лесных почв

Изучение влияния глины келловея на водно-физические свойства светло-серой лесной супесчаной почвы на опыте с картофелем

(схема опыта см. табп.З) показало, что наблюдается незначительное увеличение плотности твердой фазы почвы с 2,49 (контроль) до 2,50 г/см3 (25 т/га глины), при атом плотность сложения уменьшается с 1,30 до 1,22 г/см3, т.е. почва несколько уплотняется. С плотностью твердой фазы функционально связана ее порозность. Относительно более высокая порозность наблюдалась на варианте с дозой глины 25 т/га - 51%, а более низкая на контроле - 48%. При внесенш тины идет снижение водопроницаемое™ почвы с 8 (контроль) до 6 мм/мин (25 т/га глины).

Анализ структурного и агрегатного составов светло-серой лесной супесчаной почвы (рис.1,2) в зависимости от доз глины на опьгге с картофелем показал, что внесение в почву глины дозой 12,5-25 т/ га способствует уменьшению в среднем в 2 раза частиц почвы < 0,25 мм, небольшому уменьшению частиц почвы 0,5-0,25 мм, значительному увеличению агрономически ценных частиц фракций 3-2.2-1 и небольшому - частиц фракций >10 мм, последние не водоустойчивые и быстро разрушаются.

Нами в лабораторных условиях закладывался опыт с целью определения водопрочности агрегатов супесчаной почвы под влиянием тины келловея (по Саввинову).

Для искусственного ©структурирования брали супесчаную почву (фракция 1-3 мм). В качестве структурообразсвагеля - глину келловея (фракция < 1 мм). Повтори ость опьп-а 10-ти кратная. Определят сумму водопрочных агрегатов - ВПА и рассчитывали 3 - средневзвешенный диаметр (табл.1).

Из данных табл.1 видно, что водопрочность агрономически ценных агрегатов находилась в прямой зависимости от дозы глины келловея. Противоэрозионный эффект наблюдается при дозах >20% по средневзвешенному диаметру и сумме водопрочных агрегатов >1мм.

Таким образом, глина келловея благоприятно влияет на физические свойства светло-серых лесных супесчаных почв.

4.2. Влияние глины келловея на агрохимические свойства серых лесных почв

Изучение агрохимических свойств светло-серых лесных почв, удобренных глиной келловея на ольле с картофелем показало, что вчесение тины дозой 12,5-25 т/га позволяет улучшить агрохимические л »казатели почвы. При сравнении контрольного варианта и варианта с дозой глины 25 т/га в пахотном слов 0-20 см возрастает содержание ги'/са с 1,1 до 1,26%, снижается тдролитическая кислотность с

Структурный состав светло-серой лесной почвы в зависимости от доз глины келловея (сухое просеивание по Саввинову)

от 3 от 2 до 2 до I

Рис.1

от 1 от 0,5 до0,5 до 0,25 Размер агрегатов,

мм

Агрегатный состав светло-серой лесной почвы в зависимости от доз ^ глины келловея (мокрое просеивание по Саввинову)

от 3

до 2

ог1 до0,5

от 0,5 >0,25 до 025

Размер агрегатов, мм

Контроль

Глина 12,5 т/га

□

Глина 25 т/га

Рис.2

и

2,16 до 1,12 мг-экв/100 г почвы, увеличиваются сумма обменных оснований с 8,0 до 25,6 мг-экв/100 г почвы и рНкси среды с 5,0 до 5,8, повышается содержание подвижного калия (К^О) с 4,5 до 8,4 мг/100 г почвы.

1. Влияние глины келповея на водопрочностъ почвенных агрегатов супесчаной почвы

Размер Варианты опьгга

фракций Почва - фон Фон +5% Фон +10% Фон +20% Фон +30%

тины тины тины тины

5-3 т 1.1 1.2 8.4

3-2 - 1,2 4.4 14.5 23.5

2-1 5.9 3.6 1.2 5.7 3.9

-1 -0.5 7.9 30.2 20.7 30.5 28.4

0.5-0.25 7.4 10.4 4.8 1.7 1.3

<0.25 78.8 54.6 67.8 46.4 34.5

Показатели

С|, мм 0.27 0.42 0.43 0.79 1.24

ВПА 1,0 мм 5.9 4.8 6.3 21.4 35.8

ВПА 0,25 ММ 21.2 45.4 32.2 53.6 65.5

„Примечание. Схема опьл-а: 1. Светло-серая супесчаная почва (фон) - 214 г; 2. Фон + 5% глины (10,7 г); 3. Фон + 10% тины (21,4 г); 4. Фон + 20% тины (42,8 г); 5. Фон + 30% тины (64,2 г).

4.3. Влияние тины келловея на биологическую активность серых лесных почв

Нами изучалась биологическая активность светло-серых лесных почв (БАП), удобренных тиной на опыте с картофелем. В этой связи большой интерес представляло проследить динамику развития в период вегетации картофеля следующих показателей БАП: содержание микроорганизмов, целлюлозоразлагающая и дыхательная активности почвы.

Содержание микроорганизмов в 1 г абсолютной сухой почвы подсчитывало«, по методике И.П.Бабьевой и Н.С.Агре на МПА в слое 0-10 см. Результаты исследований (рис.3) свидетельствуют о том, что наибольшее количество микроорганизмов по всем вариантам опьгга отмечено в период появления всходов, что объясняется

количество микроорганизов в 1 г почвы, ю млн. шт.

Контроль Глина 12,5 тЛ-а □ Глина 25 т^а

исходы Цветение Уборка Рис.3. Содержание микроорганизмов

количество выделенного С02,' мг/ЮОгпочвы я

Контроль Глина 12,5 т*а □ Глина 25тЛ"з

Всходы Цветение Уборка Рис.4. Дыхательная активность почвы

М

разложение льняной » ткани, %

1« 5 I.

Контроль ^ ид, Глина 12,5 тд-а-—^

/

□ Глина 25 тЛ-а

Я

Id

II

.¡чулч Él É

Цветение Уборка

Рис.5. Целлюлозоразлагающая способность

большими запасами активной влаги. На удобренных вариантах отмечается значительный рост количества микроорганизмов по всей срокам определения. Наибольшие значения зафиксированы на варианте с дозой глины 25 т/га-103 млн. шт.(всходы), 70 млн. шт.(цветение), 31 млн.шт.(уборка).

Определение интенсивности продуцирования С02 из почвы проводили по методу Оганова в слое 0-10 см. Согласно полученным данным (рис.4) видно, что наибольшее количество С02, выделенного почвенными микроорганизмами по всем вариантам опыта отмечено при наступлении фазы цветения и составило 17,5 мг/100 г почвы, 25,6 мг/100 г почвы (глина 12,5 т/га), 28,5 мг/100 г почвы (глина 25 г/га), что согласуется с приведенными выше данными по общему количеству микроорганизмов.

Деятельность целлюлозоразлагающих бактерий имеет важное значение для биологических процессов в почве. В почву закладывались пластинки льняной ткани (5x10 см) на 45 дней в начале и конце вегетации. В исследованиях использовался аппликационньй метод Е.Н.Мишустина и A.M.Петровой. Анализ результатов определений показал (рис.5), что процент разложения клетчатки во многом зависел от доз глины и был наибольшим на варианте с дозой 25 т/га.

Таким образом. БАП при внесении глины келловея во многом зависела от ее доз. фенологических фаз развития картофеля, климатических услоеий в период развития растений

4.4. Принципиальная технологическая схема получения удобрений на основе тины келловея

Технологические схемы приготовления порошковой глины келловея и гранулированных комплексных минеральных удобрений на ее основе представлены на рис.6,7.

Гранулированные удобрения имеют по сравнению с порошковыми ряд агрономических, экологических, технологических и экономических преимуществ. Глину можно гранулировать как в чистом виде без добавок и испольэовать в качестве почвоудобрительного материала, богатого калием, микроэлементами, органикой, так и в композите с минеральными азотно-фосфорными удобрениями, промышленными и сельскохозяйственными отходами, по физико-химическим параметрам-совместимыми с тиной.

ТЕХНОЛО ПЛЕСКАЯ СХНуЛ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВОГО УДОБРЕНИЯ Н*ОСНОВЕ ГЛИНЫ КЕЛЛОВЕЯ

Транспортирующее средотво Бункер ДЛЯ глины

■ч- Сепаратор

Измельчитель

Рис.6

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯСХВуУ\ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ГЛИНЫ КЕЛЛОВЕЯ

[Отвал, карьер I

Транспортирующее средство

1

Бункер для минеральных удобрений и других побавок

Дозатор минеральных удобрений и других побавок

Бункер для Сушильный -с Измель Се га- Дозатор —р

глины барабан читель затор глины

Емкость для

Упаковка накопления

гранул

Охладитель *

Пресс-грану -пятор

Рис.7

4.5. Влияние глины келловея на продуктивность и качество

сельскохозяйственных культур Урожайность сельскохозяйственных культур является основным показателем оценки влияния различных агротехнических приемов.

Микрополевой опыт с гречихой проводился с целью изучения влияния разных доз глины на урожай зерна гречихи. В качестве контроля была светло-серая лесная супесчаная почва + М50Р5£)КВ0. В результате исследований наблюдалась тенденция увеличения урожая зерна гречихи (в пересчете т/га) в зависимости от возрастающих доз глины. Так, в среднем, на контроле урожай составил 1,54 т/га, при дозах глины 10, 20, 30 т/га - 1,93, 2,29, 2,52 т/га соответственно.

Наш изучалось действие и последействие минеральных удобрений и удобрений на основе глины келловея на урожайность и качество корнеплодов свеклы, однолетних трав в мелкоделяночном опыте. Данные табл.2 свидетельствуют о том, что в среднем за три года (1994-1996гг.) урожай корнеплодов сахарной свеклы (в пересчете т/ га) на контроле составил 25,9 т/га, а на фоне М,70Р110Кгзр - 36,0 т/ га. Урожайность на варианте, где на фоне ^70Р11В в опт. дозе вносили смесь: 1/2 часть калийного удобрения + 1/2 часть тины (экв. дозе удобрения), составила 32,2 т/га, а при полной замене калийных удобрений глиной (50 т/га) возросла до 32.7 т>'га (порошок) и 36.1 т/га (гранулы). Уменьшение до 1/10 опт. дозы смеси М^Р,, + глина 2,5 т/га - порошок и гранулы - снизило урожай до 29,3 и 29,9 т/га.

Аналогичная закономерность изменения урожайности однолетних трав прослеживается при изучении последействия минеральных удобрения и глины келловея (табл.2).

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что минеральные калийные удобрения можно заменить тиной в эквивалентной дозе по калию. Лучшие результаты отмечены при локально-ленточном способе внесения гранулированных удобрений на основе тины. "

Опыты по изучению влияния разных доз тины келловея (порошок) закладывались с сахарной свеклой и картофелем (табл.3),-

При внесении разных доз тины - 12,5 и 25 т/га прослеживается динамика увеличения урожая корнеплодов сахарной свеклы'1 с 16,9 т/га (контроль) до 18,7 - 22,2 т/га и клубней картофеля с 8,7 т/га (контроль) до 10,9 - 11,7 т/га соответственно. На вариантах с тиной наблюдается улучшение качества продукции.

2. Влияние действия и последействия минеральных удобрений и удобрений на основе глины кепловея на урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы и однолетних трав в полевом мелкоделяночном опыте (1994-1996гг.)

Урожай, т/га Прибавка урожая, т/га

Варианты опыта действие - последействие - сах.свеета эднолетние Сахаристость, %

сах.свехла однолетние травы травы

Контроль . 25.9 24,9 — — 15,8

Под вспашку вразброс

^тЛоК!»-01"-®"31 3 6.0 29,3 10,1 4,4 13,9

Под вспашку, глина в виде порошка

^„Р^* глина 25 т/га 32 2 26,3 6,3 1.4 15,2

^но^ио + глина 50 т/га: 32.7 28,4 6.8 3.5 14,6

Ы1,РиК1г5 + глина 2,5 г/га 2$>,3 26,6 3.4 1.7 15,6

Локально-ленточно, фанулы

^то^ио + глина 50 т/га 36,1 32,0 102 7.1 14,8

Ы1,РиК12_5 + глина 2,5 г/га 29.9 27,0 4 2.1 15,3

НСРю 1.9 2,7

Примечание. ^^Р^К^ - опт. доза на планируемый урожай сахарной свеюш 40 т/га.

3. Продуктивность и качество сельскохозяйственных культур в зависимости от доз глины келловея в полевых опытах

(1994-1995гг.)

Варианты опьп~а Урожай, т/га Прибавка урожая, т/г в Содержание, %

сах. свекла картофель сах. свекла картофель сахара крахмала

Контроль 16,9 8,7 Глина

12,5 т/га 18,7 10,9 1,8 Глина

25 т/га 22,2 11,7 5,3

НСР05 1,5 0,6

15,6 11,6 2,2 15,7 12,5 3,0 15,8 13,2

Примечание. Контроль: для сахарной свеклы - темно-серая лесная почва; для картофеля - светло-серая лесная почва.

Глава 5. Экономическая целесообразность и энергетическая оценка использования глины келловея в сельском хозяйстве.

Экономический анализ применения удобрения на основе глины осложняется отсутствием, в отличие от традиционных минеральньк удобрений, комплексного методического подхода к экономической оценке последствий использования глины в сельском хозяйстве.

Эффективность данного способа утилизации рыхлой вскрышной породы КМА носит многосторонний характер. Экономический эффект внесения глины в почву подразделяется на 3 основные части: экономический эффект, выраженный повышением урожая сельхозкультур (Эу), экономический эффект сохранения земельных территорий (пашни), которые отведены под складирование породы в отвалы (Эз тр); экономический эффект, связанный с предотвращением загрязнения окружающей природной среды (Эс) (Н.И. Касатиков и др., 1984).

-Тогда эффект использования отходов как удобрений (Эио) может бьггъ выражен формулой: Эио - Эу + Эз тр + Эс (1).

Расчет экономической эффективности применения гплны в качестве почвоудобрительного материала показал целесообразность данной технологии, что позволило снизить себестоимость продукции, увеличить чистый доход и уровень рентабельности производства (табл.4|и

4. Влияние глины келловэя на экономическую эффективность производства сельскохозяйственных культур ( 1995-1996пг.)

Показатели Сахарная свекла Картофель

контроль глина 12.5 т/га глина 25 т/га контроль глнна 12,5 т/га глина 25 т/га

Урожайность, т/га 16,8 18,6 222 8,6 10,8 11,7

Стойкость продухцни, гые.руб. 4220 4610 5555 6928 8696 9392

Суммарная стоимость прибавки (П). 1ыс.руб. - 450 1335 - 1768 2464

Производственные затраты, хыс.руб. 2929 3167 3419 5462 6303 7159

Производственные затраты на использование ганны (3), гые.руб. - 238 490 - 841 1697

Себестоимость I т, тыс.руб. 174 170 154 635 583 612

Чистыи доход, тыс.руб. 1291 1503 2136 1466 2393 2233

Эхономнческая эффективность повышения урожая за счет внесения глины, тыс.руб. ва 1 га Эу= П-3 - 212 845 - 927 767

Уровень рентабельности, % 44 47,5 62,5 26,8 38 312

При попечете общей экономической эффективности нужно учитывать то, что МГОК производит платы за природопользование, в том числе платы за размещение отвалов с глиной, что выводит большие площади пашни из сельхозиспользования, а также то, что отвалы с глиной загрязняют окружающую среду - атмосферу (до 50% пылящей фракции), подземные и поверхностные воды, почву.

Согласно формуле (1), эффект использования глины келловея как отхода МГОКа в сельском хозяйстве за год равен: Эио = 51520000 + 29000000 + 168674718500 « 158755238500 руб.

В соответствии с существующими методиками (В.М.Володин и др., 1989; В.А.Токарев и др., 1989; М.М.Севернев и др., 1991) проводился энергетический анализ технологии использования глины в качестве мелиоранта под сахарную свеклу и картофель. Результаты представлены в табл.5.

5. Энергетическая оценка применения тины келловея под сельскохозяйственные культуры (1995-1996гг.)

Варианты Энергоемкость, МДж/ц Энергетическая эффективность

опыта сах.свекла картофель сах. свекла картофель

Контроль 38,0 23.0 1.3 2,5

Глина 12,5 т/га 94.5 65,9 5,6 7,7

Глина 25 т/га 123,8 88,4 4,4 7,2

Анализ энергетической оценки применения тины под сельхо!-культуры в полевых опытах показал, что использование глины способствует увеличению энергоемкости производства продукции, причем в прямой пропорциональности с дозой внесения: если на контроле (без удобрений) энергоемкость наименьшая - 38,0 МДжЛ| (сахарная свекла) и 23,0 МДж/ц (картофель), то при дозе глины 25 т/га - наибольшая - 122,2 МДж/ц (сахарная свекла) и 88,4 МДж/1| (картофель).

При внесении глины наблюдается быстрый рост энергетической эффективности по сравнению с контролем за счет увеличения энергии надземной фитомассы сельхозкультур. Наибольшая энергоотдача выявлена на варианте с дозой тины 12,5 т/га и, в среднем, составила у сахарной свеклы - 5,6, картофеля - 7,7. С увеличением дозы глины в 2 раза (25 т/га) энерпоотдача несколько снижается, несмотря на рост урожая сельхозкультур за счет увеличения

антропогенных затрат на внесение глины и уборку урожая.

Таким образом, использование глины келловея в сельском хозяйстве является экономически и энергетически эффективным мероприятиям, позволяющим улучшить экологическую обстановку района КМ А.

Выводы

1. Запасы глины келловея во вскрыше Михайловского железно-руяного месторождения КМА составляют сотни млн.т. Они содержат большое количество органического вещества (до 6%), обменного калия (5 г/кг), широкий набор микроэлементов, имеют слабощелочную реакцию среды (рН оолевой вытяжки - 7,8) и могут бьггь использованы в качестве почвоудобрительного материала

2. Применение глины келловея на серых лесных почвах легко-и среднесуглинисгого гранулометрического состава улучшает их физические и агрохимические свойства: увеличивается содержание в почве гумуса на 0,16%, обменного калия с 4,5 до 8,4 мг/100 г, сумма обменных оснований с 8 до 25,6 мг-экв/100 г почвы, а также количество агрономически ценных частиц, запасы активной влаги

3. Использование глины келловея в дозах 10 т/га, 20т/га. ЗОт/га при возделывание гречихи благоприятно влияет на ее рост и развитие, урожайность соответственно возрастает на 25%, 48%, 63% в сравнении с контролем.

4. Внесение тины келловея в виде -порошка под вспашку в дозах 12,5 и 25 т/га при возделывании сахарной свеклы и картофеля увеличивает их урожайность в среднем за два гола на 1,8 т/га и 5,3 т/га (сах.свекла) и 2,2 т/га и 3 т/га (картофель). Наряду с ростом урожайности улучшается качество продукции.

5. Получение гранулированных минеральных удобрений на основе тины келловея и их внутрипочвенное внесение локально-ленточным способом является высокоэффективным агроприемом, позволяющим получить максимальный урожай корнеплодов сахарной свеклы (36,1 т/га), что составляет 139% в сравнении с контролем.

6. Глина келловея оказывает благоприятное влияние на количество микроорганизмов в почве и их биологическую активность. В среднем за три года количество микроорганизмов при внесении глины дозой 12,5 т/га перед уборкой картофеля составило 103 млн.шт/г почвы, что на 20 млн больше по сравнению с контролем, целлюлозоразрушающая активность возросла до 21%, интенсивность дыхания до 336 мг.

7. Анализ экономической и энергетической оценки применения глины под сельхозкультуры показал высокую эффективность данного мероприятия. Дозы глины 12,5 и 25 т/га под сахарную свеклу и картофель являются оптимальными и экономически обоснованными. Так, например, чистый доход от производства сахарной свеклы при дозе глины 25 т/га возрос с 1291 до 2136 гыс.руб., по картофелю - с 1466 до 2233 тыс.руб., а рентабельность производства возросла с 44 до 62,5% (сах.свекпа), с 26,8 до 31,2% (картофель).

8. Использование глины келловея непосредственно из карьера при проведении вскрышных работ на МГОКе для получения удобрений позволит улучшить экологическое состояние природной среды Центрально-Черноземного региона.

Рекомендации производству

1. Для повышения плодородия серых лесных почв, улучшения их физических свойств, а также повышения урожайности сахарной свеклы и картофеля целесообразно вносить в почву глину келловея Михайловского железорудного месторождения а дозах 12,5 и 25,0 т/га

2. С целью оперативного и качественного решения вопросов рационального природопользования глину келловея необходимо транспортировать из карьера а сушильные цеха МГОКа и получать порошковые или гранулированные удобрения на основе глинь' с различными минеральными и органическими добавками, последнее обеспечивает длительное хранение и перевозку удобрений на неограниченно большие расстояния.

3. Стоимость производства удобрений на основе глины келловея и их доставка потребителю при конкуренции с традиционными должка оплачиваться производителю за счет платежей по использованию природных ресурсов горнооботатитепьными комбинатами КМА.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Региональные экологические проблемы. В сб.: Экология и образование. Тезисы Всероссийской научной конференции. - Курск, 1994. - с. 8-10.

2. Экологические проблемы в техногенных ландшафтах КМА. В сб. аналитической информации об экологической обстановке в Курской области. - Курск, 1994. - с. 32-34 (в соавторстве).

3. Почвоудобрительные свойства глины келловея и влияние на

урожайность сахарной свеклы. В сб. Повышение эффективности функционирования АПК. Материалы научно-практической конференции. - Курск, 1995. - с. 6-7 (в соавторстве).

4. Нетрадиционные почвоудобрительные материалы и их роль в получении экологически чистой продукции. В сб. Экологические проблемы сельскохозяйственного производства Тезисы докладов международной конференции. - Воронеж, 1994. - с. 71-73 (в соавторстве).

5. Проблемные экологические ситуации Курской области и их влияние на агропромышленный комплекс. В сб. Современные экологические проблемы провинции. Россия. Между народный экологический форум. - Курск, 1995. - с. 229-300 (в соавторстве).

6. Почвоудобрительная роль глин кепловея КМА на опытах с сахарной свеклой. В сб. Биологическая рекультивация нарушенных земель. - Екатеринбург, 1996. - с.9-11.

7. Проблема комплексного освоения минеральных ресурсов КМА. В сб. Биологическая рекультивация нарушенных земель. - Екатеринбург, 1996. - с. 145-146 (в соавторстве).

8. Влияние тин кепловея на урожай и качество сельско-хозяй-ственных культур. - Воронеж, 1996. - (в печати).

9. Влияние глины келловея на урожай сахарной свеклы и картофеля. /Материалы научно-практической конференции. - Курск 1996. - (е печати).

10. Решение о выдаче патента на изобретение от 23.05.95г.