Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАГНИЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ ПРИ ИЗВЕСТКОВАНИИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАГНИЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ ПРИ ИЗВЕСТКОВАНИИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ"

а^-гЛ'Ш

"МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ .СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

Елена Брониславовна БАБИНСКАЯ

* .

УДК 631.445.2 : 631.411.2 : 669.046.58

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАГНИЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ ПРИ ИЗВЕСТКОВАНИИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

Специальность — 06.01.04 — агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА —1985

. Работа'выполнена на кафедре агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева.

Научный руководитель —доктор биологических ' наук, профессор Б. А. Ягодин.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор А. Г. Трещов, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник М. А. Кузьмич.

Ведущее предприятие — Устиновский сельскохозяйственный институт. -

Защита диссертации состоится «

часов на заседании Специализированного совета К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной _ академии им. К. А. Тимирязева. • "

Адрес: 127550, г. Москва, ул., Тимирязевская, 49. Ученый . Совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА. Автореферат разослан « У » 198^"г,

Ученый секретарь , Специализированного совета —' кандидат с.-х. наук, до "чт - Н. А. Гончарова

/

Актуальность темы. В «Основных направлениях экономического и социального. развития СССР на 1981—1985 гг. и на период до. 1990-г.» большое внимание уделяется рациональному использованию минеральных удобрений, в связи с чем назрела- необходимость дальнейшего увеличения масштабов химической мелиорации кислых почв. . В настоящее время поставки известковых удобрений сельскому хозяйству удовлетворяют лишь; треть, потребности ([Пильняков, 1984), что создает отрицательные балансы по кальцию и магнию для многих хозяйств Нечерноземья.

Рассчитанный нами баланс питательных веществ в опытно-производственном хозяйстве «Уромское»,- Малопургин-ского района. Удмуртской АССР, где проводились • исследования, показал, что за пятилетний период на 1 га пашни с известковыми- и органическими удобрениями, фосфоритной мукой, атмосферными осадками 'поступало 2000 кг кальция (в пересчете на СаСОз), а расход составил почти 3000 кг. Поступление азота, фосфора и калия значительно, (в 2—4 раза) превышало вынос этих элементов, однако урожайность основных культур повышалась. незначительно и одной из. причин ■ малоэффективного действия минеральных удобрений было отставание с известкованием.

- Одним из эффективных направлений преодоления дефицита известковых удобрений'является использование отходов металлургической промышленности — высокоосновных шлаков, которые одновременно следует рассматривать и как дополнительный.источник питательных веществ для растений, (фосфора, магния, микроэлементов). Ежегодный выход высокоосновных шлаков превышает 20 млн. т (без учета в отвалах), но их применение в сельском; хозяйстве составляет пока не: более 5% (Довгопол, 1980). Это: связано в основном -с. недостаточной изученностью проблемы применения отходов металлургии в качестве удобрений.

Цель исследований. Цель настоящей работы заключалась в изучении сталеплавильных шлаков как магнийсодер-жащего известкового удобрения, обладающего комплексным

действием, устапоплпнип •мрфгттжттпгтц шлаков ■ на почвах

ЦЕНТРЛЛЬИАи

НАУЧНАЯ БИ5ЛИ0ГПНА №оск. сельскохоз академии им. К. А. Тимирязева

И не.

легкого механического состава, определении влияния отходов металлургии на содержание в почве и растениях тяжелых металлов.

В задачу исследований были включены следующие основные вопросы:

1. Сравнительное действие и последействие шлаков, извести и магниевых удобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур в зависимости от: а) механического состава почвы; б) содержания магния в шлаке; в) биологических особенностей культуры; г) минерального фона.

2. Определение доступности магния шлаков и установление коэффициентов его использования растениями.

3. Влияние шлаков на: содержание магния в почве.

4. Изменение кислотности почвы при внесении шлаков.

5. Влияние- шлаков на накопление тяжелых, металлов (Мп, Ре, Со, Си, 2п, Сг, Сс1) в почве и динамику потребления марганца и железа растениями;

6. Экономическая эффективность применения мартеновского шлака в качестве магнийсодержащего известкового удобрения.

Научная новизна. В полевых и вегетационных опытах установлена высокая эффективность сталеплавильных шлаков как магнийсодержащего известкового удобрения,, оказывающего положительное влияние на магниевый режим дерново-подзолистой- почвы. Определены коэффициенты использования растениями магния шлаков, параметры длительности взаимодействия; шлаков с почвой и влияние действия, длительного последействия и повторного внесения отходов металлургии на содержание некоторых тяжелых, металлов в почве и опытных культурах.

Практическая ценность и реализация результатов исследования. Результаты исследований могут быть использованы при разработке системы применения -удобрений на кислых дерново-подзолистых почвах, известкование- которых проводится путем внесения сталеплавильных шлаков. Полученные экспериментальные данные и выполненный экономический анализ позволяют рекомендовать шлаки в первую очередь для известкования почв легкого механического состава, на которых они более эффективны, чем совместное внесение извести и магниевого удобрения. Чистый доход при; использовании шлака на фоне М120Р180К180 был равен 272,70 руб. на 1 га, окупаемость 1 руб. затрат при применении шлака составляла 4—6 руб. в зависимости от уровня минерального питания. Полученные данные о влиянии шлаков на содержание тяжелых металлов в почве и растениях расширяют имеющиеся теоретические представления о взаимодействии шлаков,с почвой и будут необходимы для со-

ставления долгосрочного прогноза использования отходов черной металлургии в земледелии.

Апробация работы. Результаты исследований прошли производственную проверку в совхозе «Уромское», Малопур-гинского района Удмуртской АССР и были доложены на научных конференциях ТСХА (1981, 1982 гг.), на всесоюзной конференции молодых ученых ЦИНАО (1983 г.). Основные положения диссертации опубликованы в 10 статьях.

Объемфаботы; Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста (без списка литературы и приложения), состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов и рекомендаций производству. Экспериментальный материал иллюстрирован 7 рисунками и 47 таблицами в тексте. В списке литературы 243 наименования, в том числе 54 на иностранных языках.

Условия! и методика исследований. Экспериментальная работа включала • два многолетних, стационарных полевых опыта (.V? 1 — 1973—1982 гг., № 2 — 1978—1981 гг.), проведенных в севооборотах опытно-производственного хозяйства «Уромское», Малопургинского района Удмуртской АССР, четыре многолетних вегетационных опыта (Лг 1 — 1975— 1977 гг., X» 2 — 1978—1981 гг., № 3 — 1977—1978 гг., № 4 — 1982—1983 гг.),: лабораторный опыт (1982—1983 гг.), поставленных в вегетационном домике лаборатории агрохимии ТСХА и лабораторные исследования, выполненные на ка-: федре агрономической и биологической химии ТСХА.

Полевой опыт 1 был заложен осенью 1973 года при обработке чистого пара полевого севооборота со следующим чередованием культур: озимая рожь (сорт «Вятка»), 1973— 1974 гг., ячмень (сорт «Красноуфимский-95»), 1975 г., кукуруза на силос (сорт «Буковинская»)^ 1976—1978 гг., ячмень (сорт «Красноуфимский-93»), 1979 г. , горох-овес, 1980 г., озимая рожь (сорт «Саратовская-4»), 1981. Полевой опыт 2 был заложен осенью 1978 года при обработке чистого пара в звене полевого севооборота: озимая рожь (сорт «Саратовская-!»), 1978—1979 гг., овес (сорт «Советский») с подсевом клевера, 1980 г., клевер (сорт «Пермский») второго года, 1981 г.

Исследования проводились на дерново-подзолистых почвах среднего и легкого механического состава (табл. 1). В вегетационных опытах 2, 3, 4 почва разбавлялась песком в соотношении 1 : 1. Повториость в опытах 3—4-кратная. Площадь опытной делянки 100 мг. Вегетационные опыты были поставлены в сосудах Митчерлиха.

В полевых исследованиях изучался мартеновский шлак Ижевского металлургического завода, в вегетационных — сталеплавильные шлаки с различным содержанием магния

Таблица I

Агрохимическая характеристика почвы перед закладкой опытов

г о о и л о с о О ее.

«л > й. к и

Наименование опыта е-О О

мэкв/100 г %

"о. почвы мг/100 г почвы

Полевой опыт I

Полевой опыт 2

Вегетационный опыт 1

Вегетационный опыт 2

Вегетационный опыт 3

Вегетационный опыт 4 Лабораторный опыт

(табл. 2). Норма извести и шлака устанавливалась из расчета по 1 Нг. В полевом опыте 1, через девять лет после его закладки, было проведено на половине площади делянки повторное внесение извести и шлака (по 1 Нг). Минеральные удобрения, согласно схемам опытов (табл. 3, 4, 5) и с учетом биологических особенностей культуры, вносились ежегодно в виде аммиачной селитры, двойного суперфосфата и хлористого калия. Учет урожая проводили сплошным методом. В конце каждого вегетационного периода с опытных делянок отбирались смешанные почвенные образцы с глубины 0—20, 20—40, 40—60 см.

Лабораторный опыт (компосты) проводился в стеклянных сосудах, вмещающих 5 кг почвы, со стоком для поливных вод. Промывные воды анализировали через 3, 6 и ^ месяцев, почвенные образцы— через 6 и 18 месяцев компостирования.

Химические анализы растительных и почвенных образцов проводили по общепринятым методам. Кальций и маг-

дерново-подзолистая среднесуглинистая

4,3 0.6 7,0

7.2 51 2,5 6,1 5,6 176,0

9,6

4,7

дсрново-подзолистая супесчаная

0,3

3.4

1,8 35

1.7

7,9 4,5

29,2 | 5,3

дерново-подзолистая среднесуглинистая

4,3 0,9

4,1

6,0

4.9

45 7.2

1,4

4,4

40,0

7.2

дерново-подзолистая среднесуглинистая

1.1

6,6 4,0

38 9,4

1,4

4.0

67,0 10.3

дерново-подзолистая среднесуглинистая

4.2 0,7

6,2 4,4 42

2.2

3,8

67,0 10,1

дерново-подзолистая среднесуглинистая

4.3

0,6 6,3 3,7

37

4,8 2,5 4,8

75,0 11.9"

Химический состав шлака

(обшее содержание в по данным заводских лабораторий)

СаО мео 5Ю2 МпО Р20з РеО АЦО, РА Сг203 ОНО в ле[ счете на СаСО,, с/< •а >> ш я ("1 О 1-о я О О О

д

Мартеновский шлак Ижевского металлургического завода

40.0

36,1

8,2

14.3

4,7

6.8

14,0

6.2

1.0

не опр

92

Мартеновский шлак Череповецкого металлургического завода

12,5

16,4

5.6

3,4

14,1

9,2

0,7

не опр

96

3.4

3,0

Электросталеплавильный шлак Новокузнецкого металлургического завода

47,1

20,1

19,7

1,6

7,8

0,01

0,1 135

3,4

ний в почвенных, растительных образцах и шлаках определяли трилонометрически и методом атомной абсорбции, подвижные формы марганца и железа в почве по методу Пейвс-Ринь-киса. Для извлечения тяжелых металлов (Со, Си, 2п, Сг, Сс1) из почвы и шлаков применялся групповой экстрагент-1 н НМОз.

Урожайные данные обрабатывались методом дисперсионного анализа, аналитические — дробным методом (Юдин, 1980). Корреляционный анализ был проведен с применением программы корреляционного и регрессионного анализа, разработанной в ТСХА на базе пакета научных программ для НС ЭВМ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ КАК МАГНИИСОДЕРЖАЩЕГО ИЗВЕСТКОВОГО УДОБРЕНИЯ

1.1. Сравнительное действие шлака, извести

и магниевых удобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур

Применение отходов металлургической промышленности на кислых дерново-подзолистых почвах обеспечивало значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. В сравнении с неизвесткованным фоном шлаки да-

ли существенные прибавки урожаев ячменй, кукурузы (табл. 3), озимой ржи, многолетних трав (табл. 4). Особенно эффективны были шлаки на повышенном уровне минерального питания (табл. 3, 4).

I Таблица 3

. Влияние извести и < шлака на урожай сельскохозяйственных. культур 1 в зависимости от уровня минерального питания

(Полевой опыт 1, 1973—1982 гг.)

Варианты опыта 197» г. 1975 г. 1976 г.|1977г. 1979 г 1980 г. 1981 г. Суммарный урожай

03. рожь ячмень кукуруза (з/м) яямеиь горох-овес О). рожь

корм. ед. ц(га

ц/га

Без удобрений 21,1 12,5 80 86 17.1 21,2 11.4 123

^эоРооКво 24,8 14,9 172 207 23,9 34,9 9.7 167

М|8(|Р|*С|К1М> 29.6 17,5 234 2й0 25,8 34,1 8.2 191

Известь 1 Нг 23.0 14,4 140 110 24,0 35,1 10,6 152

М^РюКм-*-

из весть 1 Нг 26,7 19,0 264 271 23,8 23,5 10,5 197

известь 1 Нг 31,3 22,3 312 371 28,8 37,2 13.2 230

Шлак 1Нг 25.8 16,9 172. 125 26,3 36,9 14,8 173

ХэоРэоКэпЧ-

шлак 1 Нг 27,1 20,7 297 303 28,5 36,6 9,8 210

^ШР18ОК18О4"

шлак 1 Нг 32,0 22,9 342 402 24,7 37,6 9,1 228

НСРс5 3,6 0,7 27 33 2,0 4,1 2.7 —

Примечание. Осенью 1980 года было проведено повторное внесение извести и шлака.

Наиболее высокий прирост урожая при использовании шлака был отмечен на 2—4 год после его внесения (табл. 3). Последействие шлака заканчивалось на седьмой год опыта, когда по всем вариантам, за исключением'контроля (без удобрений), были получены равноценные урожаи зеленой массы горохо-овсяной смеси. В первый год повторное известкование и шлакование почвы, проведенное после уборки гороха — овса, из-за неблагоприятных, погодных условий 1981 года и на фоне общей низкой продуктивности озимой ржи (1981 г.) не обеспечивало достоверных прибавок урожаев (табл. 3).

Эффективность отходов металлургической промышленности зависела от механического состава почвы, который в значительной степени определяет обеспеченность ее магнием. В наших исследованиях наибольшее преимущество перед известью мартеновский шлак имел на дерново-подзолистой супесчаной почве (полевой опыт 2) и в год внесения по эффективности. не уступал магниевому удобрению — эпсоми-

Сравнительная эффективность шлака, извести и эпсомита. Коэффициенты использования магния шлака опытными растениями (Полевой опит 2, 1978—1981 гг.)

. Варианты опыта Внесено •МвО 1979 г 1980 т| 1981 г Суммарный урожай за три года Прибавка урожая от внесения магния Сбор Коэффициенты использования магния из удобрения

озимая рожь овес мн. 1 травы белка сирого белка

03. рожь овес мн. трави 03. рожь овес

кг/га ц/га корм, ед., ц/га % ц/га % .

Вез удобрений __ 8,4 7,7 16,0 32,4 не определялось

Кб.'Д'»(,К!п — фон 1 — 16,0 10,3 23,2 53,7 — — 1,4 1,0 2,8 —

Фон 1 + известь 1 Нг — 16,7 14,2 35,7 66,2 _ 100 1,6 1,5 4,6 • — —

Фон 1 + шлак 1 Нг 328 18,5 14,4 44,1 72,5 6,3 110 1,8 1,6 6,0 не определялось

Фон 1 + эпсомит:

Са0+М§0 —экв. шлаку 328 20,7 14,2 40,6 72,9 6,7 110 1,9 1,7 5,6 » »

СаО+'/б Мд;0 66 21,2 14,8 42,8 75,2 9,0 114 2,1 1,8 5,5 » »

СаО + '/юМбО 33 20,6 15,6 37,5 72,7 6,5 110 2,0 1,8 4,9 » »

К120Р180К180 —фон 2 — 17,3 12,7 31,2 64,0 _ _ 1,6 1,5 4,5 — —

Фон 2+известь 1 Нг 20,3 15,7 45,7 76,6 _ 100 2,0 1,8 6,0 — —

Фон 2+шлак 1 Нг 328 24,9 19,2 52,0 91,9 15,3 120 2,7 2,3 7,0 1 1

Фон 2 + эпсомит:

СаО+МдО — экв. шлаку 328 23,3 20,3 56,0 93,4 16,8 122 2,4 2,3 7,4 : 1 2

СаО+'/5 С6 24,7 18,5 57,0 93,9 17,3 123 2,7 2,1 7,5 7 8

СаО + '/юМвО 33 24,0 22,0 46,3 91,2 14,6 119 2,6 2,5 5,8 9 16

НСР03 — 2,5 2,2 5,3 — — — — ТГ" — —■ .

ту (М^504-7Нг0) (табл.4). В последействии па третий год проведения опыта вследствие выноса магния с урожаями и прежде всего в связи со значительным вымыванием элемента в низлежащие горизонты из хорошо растворимого в воде сульфата магния действие небольших норм этого удобрения заканчивалось, и результаты, полученные в варианте со шлаком, сопоставимы с внесением . более высоких норм эпсомита. Таким образом, очевидно длительное последействие шлака как источника магния для растений (табл. 4).

В многолетних вегетационных опытах, где был создан дефицит магния в почве путем разбавления ее песком, эффективность магнийсодержащих удобрений, в том числе шлака, была значительно выше, чем в полевых. При этом действие шлака как магнийсодержащего удобрения зависело от содержания в нем магния, биологических особенностей культуры, минерального фона (табл. 5).

Как правило, сталеплавильные шлаки улучшали качест-. во сельскохозяйственной продукции, повышая содержанние сырого белка в клевере на 1,4%, белка в зерне яровой пшеницы и овса — на 0,6—0,8% относительно варианта с СаСОз, увеличивая сбор сырого белка и белка на 0,5— 1,4 ц/га (таблг 4).

1.2. Использование растениями магния, входящего в состав сталеплавильных шлаков

• Полевыми и вегетационными опытами установлено положительное влияние шлаков на магниевое питание растений (табл. 6, 7). Размеры потребления магния опытными культурами свидетельствуют о его доступности растениям уже в первый период их развития, а в более поздние фазы. (цветение, созревание) содержание магния в растениях при внесении шлака увеличивалось по сравнению с известью более чем в два раза (табл. 6). Усвоение магнця шлака зависело от вида шлака и содержания в нем магния, нормы внесения шлака, биологических особенностей культуры. Существенное влияние на содержание и вынос магния сельскохозяйственными культурами оказал уровень калийного питания. В силу антагонистического действия катионов К+ и М£++ повышенные нормы калийного удобрения снижали потребление магния шлака растениями (табл. 6).

В полевых и вегетационных опытах потребление магния шлака происходило менее интенсивно, чем из других магнийсодержащих удобрений (эпсомита, М^СОз), внесенных эквивалентно содержанию магния в шлаке (табл. 6); выше были и рассчитанные разностным методом коэффициенты

Влияние мартеновских шлаков на урожай опытных культур в зависимости от формы азотного удобрения и уровня калийного питания

Варианты опита Вегетационный опит 1 (шлак Ижевского завода) Вегетационный опыт 2 (шлак Череповецкого завода)

1975 г 1976 г 1977 г. Суммарный % к варианту с СаСОз 1978 г '1979 г 1980 г. 1981 г. 1982 г. Суммарный % к варианту с СаСОз

| - райграс к 1-го года левер 2-го года просо (3/м) клевер яровая пшеница (зерно) овес (зерно) кукуруза (з/м) '

г/сосуд г/сосуд

Без удобрений 6,3 0,3 1,7 __ 1,3 9.9 2,2 1,1 _ «—

Н,,сРо.8К|,5(КаЖ)3) — фон 1 - 28,4 22,2 23,6 66 . 17,4 2.5 9,4 9,4 — 69

Фон 1 +СаСОз 1 Нг 30,4 32,5 64,8 100 22,1 51,6 12,0 13,3 — 100

Фон 1 + шлак 1 Нг 32,4 38,5 76,2 115 33,7 54,5 15,0 14,8 — 121

Фон 1 +СаСОз+М§СОз 29,7 45,1 78,6 119 32,8 52,1 14,4 14,4 — 116

К|,оРо,вКо.5 (КаХОй — фон 2 27,2 17,1 6,8 62 19,7 20,7 6.5 6,0 — 78

Фон 2 +СаСОз 1 Нг 29,8 22,8 33,5 100 21,4 41,4 15,5 9,2 — 100

Фон 2 +шлак 1 Нг 32,5 32,8 46,1 130 27,7 43,1 17,9 14,2 — 114

Фон 2+СаСОз+МбСОз 30,8 39,1 46,2 138 31,9 47,7 18,0 15,5 , — 126

К1,оРо,8К1,5((МН4)2Б04)-фон 3 29,1 0,2 0 33 8,0 0 0 0 0 —_

Фон 3 +СаСОз 1 Нг 29,9 32,4 48.7 100 34,8 16,1 4,4 6.7 0 —'

Фон 3 + шлак 1 Нг 33,0 30,0 61,2 110 37,6 27,7 9,9 12,0 30,8 —

Фон З + СаСОз+Л^СОз 30,6 37,9 68.5 120 35,0 37,8 11,0 12,6 38,7 —

Ni.cPo.8Ko,5 ((К'Н,)280,) — фон 4 27,4 0 0 34 9,6 0 0 0 0 —

Фон 4 + СаСОз 1 Нг 27,0 9,0 19,9 100 21,4 30,8 4,3 9,1 4,8 100

Фон 4 +шлак 1 Нг 29,6 8,9 19,0 102 32,3 28,5 9,4 14,4 15,1 166

Фон 4 + СаС0з-ЬМсС0з 29,4 19,6 19,7 142 30,0 39,5 10,2 15,3 28,2 227

НСР<* 1.9 3,1 6,0 — 2,1 3,6 1,8 1.0 3,3 —

о Примечание.

СаСО) и Л1еС03 дани опыте 2 в 1981

эквивалентно содержанию СаО и Л^О в шлаке; в вегетационном г. проводилось повторное внесение извести и'шлака по 1 Нг.

Влияние шлака на содержание магния в растениях клевера , и вынос его с урожаем в зависимости* от уровня калийного питания (Вегетационный опыт 1, 1975—1977 гг.)

Варианты опыта КРК— фон Фон + СаС()3 1 Нг Фон+ шлак 1 Нг Фон + СаСОзЧ- мвсо, (СаО+ МвО — экв. шлаку)

Содержание магния (МрО), %: клевер 1-го года (1976 г.) клевер 2-го года (1977 г.) Вынос магния, мг/сосуд: клевер 1-го года клевер 2-го года 0.53 0.40 0.70 0.78

0,48 0.45 0,33 0,40 0,86 0.70 0,98 1.01-

0,70 118 0,73 130 1,18 270 1,53 352:

82 106 75 259 2Й2 533 383 794

48 245 544 707

Примечание. Числитель — норма калия 1,5 г К,О на сосуд, знаменатель — норма килия 0,5 г К,О на сосуд.

использования магния этих удобрений сельскохозяйственными культурами (табл. 4). Внесение повышенных норм магния с отходами металлургической промышленности при известковании кислых почв и невысокие коэффициенты его использования растениями в первые годы - указывают на возможность длительного последействия шлака как магнийсо-держашего удобрения.

1.3. Влияние сталеплавильных шлаков на содержание магния в почве

При известковании металлургическими шлаками магний поступает в почву в форме силикатов. Анализ мартеновского шлака Ижевского завода показал относительно невысокое содержание в шлаке обменного (вытяжка 1 н ЫаС1) и доступного (вытяжка 0,2 н НС1) растениям магния, соответственно 1 и 9% от общего содержания элемента в шлаке, до 33% магния шлака переходило в сильную кислотную вытяжку. Невысокой растворимостью магния шлака можно объяснить менее интенсивное его вымывание из пахотного слоя по сравнению с магнием сульфата, о чем свидетельствует распределение элемента по почвенному профилю (табл. 7).

Несмотря на интенсивное потребление магния растения-10

ми, количество элемента в почве: на. второй и третий год не уменьшалось, что также указывает на постепенный переход магния в обменное состояние и' длительное последействие шлака как источника магния (табл. 7).

Таблица 7 Влияние шлака на содержание подвижного магния: н кальция в корнеобитаемом слое

Варианты опыта

Глубина взятия почвенных образцов, см

I

о

О : О

I

О -г

I

о

1М

содержание, мг/100 г почвы

МеО

СаО

0—20

О

иг

ы>

Полевой опыт 2, почва дерново-подзолистая супесчаная

^'псР|«оК1во — фон

Фон+известь 1 Нг Фон 4-шлак 1 Нг

Фон+из весть + эпсо-мит:

СаО+МйО — экв. шлаку

СаО+'/з МеО

СаО + 7.оМеО

4.8 5,2 5.6 24,2 26.0 не опр 4 1.0

4,9 5,3 5,9 26,3 21,8 4 0,9

4.3 5.2 5.1 70.0 67,5 11 1.2:'

4.3 5,6 5,7 77,1 74,6 13 0,8

5.9 5.5 5.2 51.8 46.3 6 1.4

6,5 6.0 6,3 66,0 53,1 7 1,1

19.6 12.3 9,1 70.1 66,1 3 4.7

12,1 8,6 6,1 74,5 71,8 » 4 2,4

8.6 11.7 7.4 63.9 66.8 5 2.2

7,9 8,6 6,0 71,3 77,6 » 6 1,5

6.3 6,0' 5.5 65,31 65.8 7 1.6

5.8 6,4 5,3 71,7 69,2 » 9 1,0

? г.), почва дернон о-подзолистая среднесуглинистая

9.5 9,7 24,3 170 173 476 13 не опр

10,3 9,9 25.6 306 342 460 21 »

19,7 17,7 28.3 260 322 446 9 >

5.3 11,0 27,0 144 192 453 19 1,1

10.1 10.0 26.3 270 292 480 19 2.3

1Л1 19,2 26,0 231 233 460 10 4,3

Полевой опыт 1 (1979 г.),

Без удобрений Известь 1 Нг Шлак 1 Нг

М18оР1здК180-фОН

Фон+известь 1 Нг Фон+шлак 1 Нг

Примечание. Числитель — второй год опыта (1979 г.), знаменатель—третий год опыта (1980 г.); в опыте 1 почвенные образцы отбирались на пятый год после внесения химических мелиорантов.

Применение извести в первый'и особенно в последующие годы сильно расширяло соотношение Са : М^ в почве. Внесение шлака, сужая отношение Са и расширяя отношение М^: К, создавало более сбалансированное по магний-катионному составу соотношение элементов в почве.

2. ИЗМЕНЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ ШЛАКА

По сравнению с эквивалентными нормами извести, нейтрализующая способность мартеновского шлака была выражена слабее. На-второй год после внесения химических мелиорантов (полевой опыт 1) смещение реакции почвы (ДрНсол) в щелочную сторону составляло по шлаку 0,8, по извести — 1,1—1,6, а уменьшение гидролитической кислотности (ЛНг) соответственно 2,7 и 3,8 мэкв/100 г почвы. На четвертый год влияние химических мелиорантов на почвенную кислотность было почти одинаковым. Наиболее оптимальные параметры кислотности и степень насыщенности почвы основаниями были отмечены на 3—6 год после основного внесения извести и шлака. Значения рНсол в этог период поддерживались при использовании шлака на уровне 5,0—5,5, извести — 5,3—5,7, величина гидролитической кислотности составляла при этом соответственно 3,1—3,9 и 2,5—3,7 мэкв/100 г почвы в зависимости от уровня минерального питания. Вторичное подкисление почвы как в варианте с известью, так и в варианте со шлаком; было отмечено на 7—8 год проведения опыта.

3. ВЛИЯНИЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ - НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ И РАСТЕНИЯХ

3.1. Влияние шлаков на содержание марганца и железа в почве и растениях

Растворимость марганца и железа, входящих в состав мартеновских шлаков, была различной: в кислотную вытяжку в зависимости от вида шлака переходило от 24 до 42% марганца и менее 1% железа (табл. 8).

Таблица 8

Содержание марганца и железа в сталеплавильных шлаках, %

Шлак Мп Ре

общее растворимое 1 нНМОз % от общего общее растворимое 1 нИКОз % от. общего

.Мартеновский:

Ижевского завода 3,64 0,88 24 15,63 0.04 0,23

Череповецкого завода 4,33 1,80 42 13,20 0.10 0,75

Электросталеплавильный Ново- 0 0 — 1,24 следы —

кузнецкого завода

Полевыми, вегетационными и лабораторными опытами установлено влияние сталеплавильных шлаков на содержание.марганца и железа в почве (табл. 9; 11). Электросталеплавильный шлак, не имеющий в своем составе. марганца, действовал аналогично извести (табл. 9); мартеновский (марганцесодержащий) — повышал количество подвижного марганца в почве и опытных культурах в том случае, когда его нейтрализующая активность, была, невысокой.- Это наблюдалось непосредственно после внесения мелиоранта и зависело от подкисляющего действия минерального фона (табл. 9, 10, 11).

.. Таблица 9

Влияние сталеплавильных шлаков. на содержание марганца и железа в почве -(Лабораторный опыт, 1982—1984 гг., анализ промывной воды)

Варианты опыта Число месяцев от начала опыта

3 6 18 3 6 18

• содержание, мг/л

Мп I Ре

Без удобрений 28 . 19 2 47 23 5

N0.5 Ко.5 — фон 1 59 39 .5 .24 36 3

Фон 1+СаСО} 1 Нг .20 21 следы следы следы следы

Фон 1+шлак Череповецкого з-да-

1 Нг 55 15 » » » »-

МьгКьа — фон 2 107 132 89 » » »-

Фон 2+СаСОз 1 Нг 42 33 .1 .» » »

Фон 2+шлак Череповецкого з-да

1 Нг 138 157 39 » » »

Фон 2+шлак Новокузнецкого з-да

• 1 Нг 37 6 следы » »

Например, применение в течение трех лет в условиях вегетационного опыта физиологически кислой соли (ЫН^гЗО» уменьшило, по сравнению с натриевой селитрой, значения рНсол, повысило на 58—88% содержание подвижного марганца в почве и оказало непосредственное влияние на накопление элемента в зерне яровой пшеницы (табл. 10).

Математическая обработка результатов выявила обратную зависимость между реакцией среды и содержанием подвижного марганца в почве.. В полевом опыте коэффициент корреляции составил 0,74. В этом опыте на девятый год после внесения извести и шлака при низких значениях рНсол содержание в почве подвижного марганца в варианте со шлаком было в 2 раза выше, чем по извести (табл. 11). Повторное внесение шлака и увеличение значений рНсол до 5,3 обеспечивало, по сравнению .с контрольным, варианта

Влияние мартеновского шлака на содержание (мг/кг) марганца в почве и. зерне. яровой пшеницы в зависимости от формы азотного • удобрения (Вегетационный опыт 2, 1980 г.)

МаМО, (МН,Ь5С»4-

Варианты опыта рНсол Мп рНсол Мп

Ni.oPo.sKi,5 — фон 5,14 114 4,29 _

153 202

Фон+СаСОз 1 Нг 6,49 61 4,64 116

1-22 193

Фон+шлак 1 Нг 5,58 51 4,04 144

130 244

Примечание. Числитель — содержание марганца в зерне яровой пшеницы, знаменатель — содержание подвижного марганца, в почве.

том, снижение содержания • подвижного марганца в почве.

Определение железа, даже при использовании такого сильного экстрагента, как 1 н азотная кислота, не выявиТ а б л и ц а 11

Влияние мартеновского шлака на содержание марганца и железа в почве (Полевой опыт 1, 1981 г.)

- - Содержание, мг/кг

Варианты опыта 1 рНсол Мп Ие

■ 1 н Н>Юз 0,1 н НгБО« 1 н НМОз

Без удобрений На 9-й год после внесения: известь 1 Нг шлак 1 Нг , 4,4 ; 4,7 4,3 123 92 210 106 74 167 93 92 94

В 1-й год после повторного внесения: известь 1 Нг шлак; 1 Нг 6,7 5,3 109 220 51 79 92 94

ло повышения содержания элемента в почве в вариантах со шлаком (табл. 9, 11). Это объясняется тем, что железо в шлаке находится в малорастворимой форме (табл. 8).

3.2. Влияние шлаков на содержание Со, Си, 2п, Сг, Сё

в почве

По данным спектрального« анализа, в состав металлургических шлаков входят тяжелые металлы, которые могут

,н;

оказывать влияние на рост и развитие растений. Наши исследования показали, что в шлаках, по сравнению с дерново-подзолистой почвой, содержится много кислотораствори-мого кобальта, а содержание меди, цинка, и хрома относительно невелико (табл. 12).

Таблица 12 Содержание Со, Си, 2п, Сг.в сталеплавильных шлаках

(экстрагент 1 н НМОз)

Содержание, мг/кг

Шлак

Со Си 2п Сг

Мартеновский: , 1,3

Ижевского завода 5.1 2,9 1.7

Череповецкого завода 4,4 1,5 1,7 0,7

Электросталеплавильный Новокуз- 2,5 2.2 1,6

нецкого завода 5.0

Внесение мартеновских, шлаков увеличивало количество подвижных форм кобальта и хрома в почве. Повышение содержания хрома наблюдалось как непосредственно после внесения'шлака (лабораторный опыт, табл. не приводится), так и в последействии (на девятый год), но особенно резко оно возрастало при повторном применении шлака (табл. 13).

Таблица. 13

Влияние длительного5 последействия и : повторного внесения ' шлака на содержание тяжелых металлов в почве (Полевой опыт 1, 1973— 1982гг.)

Варианты опыта рНсол Содержание.. мг/кг

Со Си 2п Сг С<1

1 н Н\'Ог

Без удобрений 4,4 1,90 7,13 7,87 1,87 0.087

На 9-й год после ±0,26 ±0,09 ±0.34 ±0,18 ±0,012

внесения: •

4,7! 1,73 8,17 8,60 1,97 0.090

известь 1 Нг ±0,28 ±0,26 ±0,35 ±0,18 ±0,012

шлак 1 Нг 4,3 3,50 7,20 • 8,87 2.50 0.077

В 1-й год после ±0,30 ±0,29 ±0,35 ±0,23 ±0,007

повторного

внесения: *

известь 1 Нг 6,7 0,70 7,93 7,37 2,93 0.070

±0,12 ±0,07 ±0,35 ±0.34 ±0,012

шлак 1 Нг 5.3 3,40 8,30 7,43 10,20 0.090

±0,20 ±0,23 ±0,23 ±0,36 ±0,012

Повышение содержания кобальта в большей степени • зависело от времени взаимодействия шлака с почвой.

В проведенных исследованиях неоднократное и повторное внесение шлака не оказало существенного влияния на содержание меди и цинка в почве, не было отмечено также накопления кадмия (табл. 13).

В настоящее время еще. не разработаны строгие нормативы, загрязнения почв и растительности тяжелыми металлами. Большинство исследователей (Садименко, 1983; Большаков и др., 1978; Нос1епЬег£, 1974, 1975) предлагает считать токсичным такое Содержание в почве тяжелых металлов, при котором урожай или высота растений снижается на '5—10%. В наших опытах получение стабильно высоких урожаев при использовании шлакоизвесткового удобрения (в сравнении с известью) свидетельствует о том, что отмеченное повышение марганца, кобальта и хрома в почве, не превышало токсичных для растений концентраций.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАРТЕНОВСКОГО ШЛАКА В КАЧЕСТВЕ МАГНИИСОДЕРЖАЩЕГО ИЗВЕСТКОВОГО УДОБРЕНИЯ.

Применение мартеновского шлака в качестве магнийсо-держащего известкового удобрения следует считать экономически более выгодным, чем совместное внесение магниевого удобрения (эпсомита),, не обладающего длительным последействием, и извести.. Наибольший экономический эффект- от применения: шлака был получен на. фоне с повышенным уровнем минерального питания (МпоР^К^о). Условно чистый доход с 1 га за три'года составил на этом фоне при внесении шлака 272 руб. 70 коп., извести и эпсомита — 256 руб. 81 коп. (извести---112 руб. 71 коп.). Окупаемость 1 руб.' дополнительных затрат на применение шлака — в сравнении с известью и эпсомитом — была в 1,2 раза выше.

Выводы

1. Многолетними полевыми опытами установлена высокая эффективность шлаков как нейтрализаторов почвенной кислотности. Прибавки урожаев за севооборот (9 . лет) составляли на разных уровнях минерального питания по шлаку 19—26%, по извести — 18—20%.

2. Наибольший эффект дает использование шлака на почвах легкого механического состава, бедных магнием. На

дерново-подзолистрй? супесчаной почве внесение шлака пб-вышало урожаи сельскохозяйственных культур затри года, по сравнению с известью, на 10—20%, на сред несуглинистой почве — на 4—6% в зависимости от уровня минерального питания.

3. Известкование почв - шлаками является приемом, улучшающим качество сельскохозяйственной продукции. Применение шлака обеспечивало по сравнению с известью увеличение сбора сырого белка и белка на 10—30%.

4. Шлаки оказывали положительное действие и длительное последействие на магниевый режим почвы, повышая в ней содержание подвижного магния (на 2—9 мг/100 г) и создавая более сбалансированные по магний-катионнзму составу отношения Са :Л1£,.Мд : К.

5. При внесении шлаков, повышалось содержание и вынос магния урожаем опытных культур. В полевом опыте коэффициенты использования магния шлака за два года.со-ставили около 2%; в вегетационном опыте.— в зависимости от вида шлака — 10—14%. Это указывает на: постепенное и длительное использование магния:шлака сельскохозяйственными культурами.

6. В первые два года, по сравнению с эквивалентными нормами извести, нейтрализующая способность мартеновского шлака на дерново-подзолистой среднесуглинистой; почве проявлялась в меньшей степени; на 3—4 год шлак-обеспечивал наибольший сдвиг реакции, в щелочную сторо-" ну (ЛрНсол = 1,1—1,4; ДНг = 2,7—3,1 мэкв/100 г почвы),, равный воздействию известняковой муки;_ последействие: шлака как химического мелиоранта заканчивалось на 7—8 год после внесения. '

7. Шлаки не вызывали увеличения содержания в-почве железа, меди, цинка и кадмия, содержание подвижного мар* ганца в почве и потребление его растениями-зависело от вида шлака, его нейтрализующей-способности (г=0,74— 0,93) и нормы физиологически кислых удобрений. ►Увеличение содержания хрома отмечено в,действии и в последействии мартеновских шлаков, при разовом и повторном их внесении, содержание кобальта увеличивалось в процессе взаимодействия шлаков с почвой,. но не было токсичным для-растений.

8. Применение шлака в качестве магнийсодержащего известкового удобрения1 дает высокий экономический эффект. За три года окупаемость 1 руб., затраченного дополнительно на применение шлака, составляла 4—6 руб.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ* ПРОИЗВОДСТВУ

При использовании высокоосновных шлаков для химической мелиорации дерново-подзолистых почв необходимо: 1) учитывать, что сталеплавильные шлаки являются допол-нительньш источником магния для растений; 2) применять шлаки в первую очередь на почвах легкого механического состава; 3) известкования шлаками сочетать с внесением повышенных норм минеральных удобрений.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Ершова Л. Ю., Вартанян В. Т., Бабин-ская Е. Б. Эффективность действия магния шлака на урожай и развитие растений фасоли. — В сб.: Вопросы интенсификации сельскохозяйственного производства, М.: ТСХЛ. 1975, с. 66—68.

2. Бабин екая Е. Б., Блаженец Л. В. Шлаки, как магнийсодержащие удобрения и их эффективность на дерново-подзолистых почвах. — В сб.: Вопросы интенсификации сельскохозяйственного производства, М.: ТСХЛ, 1977, с. 55—56.

3. Р е ш е т н ик о в а Н. В., Ю р к и н а Н. С., Бабин-с к а я Е. Б. Повышение эффективности применения удобрений при использовании отходов металлургической промышленности. — Тезисы докладов регионального совещания «Итоги работы географической сети опытов с удобрениями и пути повышения эффективности применения удобрений в Нечерноземной зоне», Горький, 19—21 июля 1977 г.—Л\.: ВЛСХНИЛ, 1977, с. 223—225.

4. Решетникова Н. В., Юдин Ф. Л„ Юрки на Н. С., Бабинская Е. Б. Использование металлургических шлаков в условиях интенсивного применения минеральных удобрений. — В сб.: Агрохимия, физиология растений, почвоведение, М.: ТСХЛ, 1977, вып. 233, с. 39—42.

5. Б а б и н с к а я Е. Б. Влияние магнийсодержащих шлаков на урожай сельскохозяйственных культур в зависимости от уровня калийного питания.—Доклады ТСХЛ, 1980, вып. 258, с. 39—43.

6. Решетникова Н. В., Бабинская Е. Б. Мартеновский шлак как известковое удобрение и дополнительный источник магния для растений. — Доклады ТСХЛ, 1980, вып. 263, с. 51—55. •

7..Я годин Б. Л., Решетникова ■ Н. В., Бабинская Е. Б. Известкование почв магнийсодержащим мартеновским шлаком. — В сб.: Проблемы химизации и мелиорации почв, М.: ТСХЛ, 1981, с. 79—83.

8. Решетникова Н. В., Бакинская Е. Б. Влияние магнийсодержащих шлаков на урожай сельскохозяйственных культур в зависимости от формы азотного удобрения.— В сб.: Вопросы агрохимии азота, М.: ТСХА, 1982, с. 88—92.

9. Бабинская Е. Б. Эффективность магния металлургических шлаков при известковании дерново-подзолистых почв. — Тезисы докладов участников всесоюзной конференции молодых ученых «Вопросы химизации и повышения плодородия почв», ¿Чосква, 18—19 января 1983 г., — М.: ЦИНЛО, 1982, с. 44—45.

10. Ягодин Б. Л., Решетникова Н. В., Бабинская Е. Б. Эффективность действия магния мартеновских шлаков при известковании дерново-подзолистых почв. —■ Земледелие, К-: Урожай, 1985, вып. 60, с. 27—31.

Л 76026, 20/1Х—85 г. Объем 1'Д п. л. Заказ 2327. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К: А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно