Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ"

Ьггібвч-

МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ _имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи КРУТИЛ И НА Вера Сергеевна

УДК 631.445.53 : 631.6 : 631.413

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ V СОЛОНЦОВЫХ ПОЧВ

Специальность 03.00.27 — Почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1997

* < г ' у

'о-:и((

Работа выполнена на кафедре почвоведения Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимиря ¡сва

Научный руководитель — кандидат сельскохозяйственных наук доцент кафедры почвоведения Московской сспьскохо зяйственной академии им К Л Тимирязева Н. А. Гончарова-Кобзаренко.

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных на\к, ведущий научный сотрудник Н. Б. Хитров, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник А. И. Окон-ский.

Ведущее учреждение — Центральный научно-нчхледов 1-тельский ИНСТИТУТ агрохимического С бсЛУ /КИВсНИЯ ССЛЬС )ГО хозчйства (ЦИНАО) /л ,

Защита состоится /У 1997 г

/6 О*

в » час на заседании диссертационного совета

Л 120 35 02 в Московской с^ль^кохозяи^тгеннои академии им К А Тимирязева

\дрес 127550, Москва, ул Тимирязевскач 19 Ученый совет МСХ\

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МС\\ Автореферат разослан . «Т'1997 г

Ученый секретарь /2 диссертационного совета В. В. Говорина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОТЫ Акту*г.ьность темы. В степной и сухостепкой зонах солонцовые почвы являются значительным резервом для развития кормопроизводства. Повысить продуктивность этих почв невозможно без мелиорации, в том числе химической. По оценкам ВНИПТИХИМа (1996) около 87% всех гипсосодержащих материалов, применяемых в сельском хозяйстве в целях мелиорации, составляет фосфогипс. В 1990 году запасы фосфогипса в отвалах составляли около 275 млн. тонн. С одной стороны, хранение фосфогипс« в отвалах приводит к крайне опасным экологическим последствиям и связано со значительными капитальными затратами. С другой - расширение масштабов применения фосфогипса в сельском хозяйстве ограничивается содержанием в нем экологически немела тельных примесных злементов: фтора, стронц ия и кадмия, поведение которых в миграционных цепочках, способность накапливаться и включаться в повторный биологический цикл "не до конца изучены. Это не может служить основанием для полного отказа от применения кальцийсодержащих отходов промышленности (в частности, фосфогипса) в качестве мелиорантов. Однако воз. икает необходимость в разработке системы агрозкологических ограничений, которая должна включать в себя приемы регулирования поступления тяжелых металлов в почву и растения.

Несомньпный интерес в этой связи приобретают исследования,' посвященные возможности использования природных цеолитов в качества сорбентов для предотвращения поступления нежелательных примесей в почву и растения при химической мелиорации поча отходами промышленности. Природные цеолиты широко используются в промышленности для очистки технологических и сбросных вод, газов, разделения и концентрирования редких щелочных и щелочноземельных металлов. По вопросам сорбиум тяжелых металлов цеолитами накоплен большой теоретический и экспериментальный опыт. Но его использование в применении к такой сложной системе, какой является почва, невозможно по ряду причин. Необходимо учитывать не только постоянное изменение физико-химических параметров почвенного раствора во времени и пространстве, но и действие биологического и антропогенного факторов.

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА '

Инв.

Цель и задачи исследований Цалыо дччксл работы Сылэ шучгниа возможности использсзания грироДг1ых цеогитоа дг« горбци 1 некзлательных примесей при химическом М8ЛИОр21^М СОЛСл^СиьК гочз фосфогипссм и экологическая оценка технологий химической муг граф и на основе совместного внесения фосфогипса и цеолита

В еддачи исследований входило

1. сравнительное изучение к.ташш и статия* сорСчШ стронция цеолитами различных месторождении из чистых рлстгэров фторида натрия и из фосфогипса на системах, моделирующие естэсгсанные геохимические концентрации этого злемечта а гочао, »-зучение усгевии дессрб^ии Эг цэолитом, а также изучение возможности сорСц/и цеолитом кальция л фтора и их влияние на параметры сорбции стронция в системе фосфогипс-раствср-цеолит,

2. разработка метода р&счета дозы сорбента ссновенного на установлении оптимального соотношения сорбента и мелиоранта по результатам акспериментальногэ ьгредегения величины сорбции примесного элемента (стронция),

3. изучение влияния, оказываемого цеолитом на содержание водорастворимого стронция в системе мелиорант-почва-дренажные воды,

4. изучение влияния технологий совместного внесения фосфогипса и цеолита на поведение стронция з системе почаа-растение,

5 изучение влияния фосфогипса и цеолита на рост, развитие, фотосинтетическуто активность растений и биологический урожай в условиях полевого и модельного ОПЫТОВ

Новизна исследования В работе дана экологическая оценка использования природных цеолитов при проведении химической мелиорации солонцовых почв фосфошлсом на основе технологии совместного применения фосфогипса и цеолита в целях предотвращения поступления тяжелых металлов в природные системы и снижения антропогенной нагрузки

Т*ор*тич*ская значимость работы заключается в разработке штобапоеическаяо подхода к решению задачи о регулировании поступления гяжилых металлов в растения и почву из квпьцийсодвржащих отходов промышленности с помоидо природных цеолитов, основанного на поэтапном

%

изучении поведения элемента-загрязнителя в системах: 1) ыелиорант-сорбент(цеолит); 2) мелиорант-сорбент(цеолит)-лочва-дренажные воды; 3) мелиорант-сорбент(цеолит)-почва-рестение.

Практическая значимость результатов проведенных исследований заключается в разработке способе расчета доз и экологической оценке внесения природных цеолитов для проведения экологически безопасной химической мелиорации солонцовых почв фосфогилсом.

Пути реализации. Результаты исследований использованы ЦИНАО при подготовке "Методических рекомендаций по химической мелиорации солонцовых почв (экологические аспекты)" (1995 г.); предложенная технология проходила производственные испытания в АО "Сармат* Паллееоиекого р-на Волгоградской области.

Апробация. Результаты исследований докладывались на международной конференции почвоведов "Почвенные ресурсы Прикаспийского региона и их рациональное использование..." (Соленое Займище, Астраханская обл.,1994 г.); на II Всероссийском съезде почвоведов (С-Петербург, 1996 г.); на 42 ежегодной конференции канадского общества почвоведов (Альберте, Канада, 1996 г.), на международном симпозиуме "Тяжелые металлы в окружающей среде* (Пущино-на-Оке, 1996).

Публикации. По результатам исследований имеется 9 публикаций, 3 статьи находятся в печати. . ,

Объем работы. • Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, изложена на 150 страницах машинописного текста. Включает 32 таблицы и 15 рисунков. Список использованной литературы состоит из 137 наименований, ■ том числе 28 иностранных. у .

Объекты и методы исследования. Полевой опыт был заложен на территории землепользования АО "Сармат" Палласовского р-на Волгоградской обл. на солонцах светло-каштановых .редненатриевых глубокосолончаковатых среднесугпинистых на лессовидном карбонатном суглинке по следующей схеме: 1) Контроль, 2) Цеолит 0.5 тЛа, 3) -Лосфогипс 10 т/т, 4) Фосфогипс 10 т/га + Цеолит 0.5 тЛэ (раздельно), 5) Фосфогопс 10 тЛа + Цеолит 0.5 т/ч (в смеси).

В модельных и полевых опытах использовались следующие материалы: фосфотпс - отход Балаковекого химкомбината {содержание водорастворимого Бг 28.15 1лг/кг); цеолиты - клиноптилолитсодержащие туфы месторогедения Сокирница (Украина) и Дзегеи (Грузия). Химический состав указанных цеолитов представлен в табл. 1(Челищеа Н.Ф. с еоаат., 1937). Для опытов использовали фракцию цеолитов с тониной помола < 1 мм.

Таблица 1. Химический состав цеолитов месторождений Дзегви (Грузия) и Сокирница (Украина) а пересчете на 72 атома кислорода_

М»сто- S102 АСОЗ MjO с»о НЮ Н«о6м«чны* катионы

роячдеих* ма:о к:о Мао с«о

Дзегеи 64.4 13.3 - 2.7 4.2 1.2 14.3 0.1 0.1 0.3 0.9

Сок>*рниця 69.7 12.2 08 1.8 24 3.1 11.1 0.3 02 06 04

Оптимальная доза фосфогипса для солонцовых почв 3Ti.ro региона Выла установлена ранее в работах кафедры почвоведения ТСХА и составляла 10 т/га. Дозу цеолита устанавливали исходя из найденного нами экспериментально оптимального соотношения фосфоплпс/цеолит 20.1 - 0.5 т/га. Применяли две технологии внесения фосфогипса и цеолита: раздельно« внесение с поочередной ь ад елкой сначала фосфсгдаса, а затем цеолита и совместное их внесение с предварительным смешиванием двух компонентов 8 установленной пропорции. На мелиорируемом участке выращивали: в 1-й год • ячмень -яровой (1994). во 2-й год - суданскую траву (1995). Учет урожайности и отбор почвенных и растительных образцов проводился по вариантам опыта в пятикратной ловторности на динамических площадках (2x1 м). Обрвэцы почвы отбирались ю пахотного (0-25 ем) и подпахотного (25-50 см) горизонтов.

Оэоленме растительного материала в полевом и модельном опытах осуществляли по методике ЦИНДО. Концентрацию Sr, Са и Cd в исследуемых объектах определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре (AAS3 Karl Zeis). рН измеряли на иономере ЭВ-74 с использованием стеклянного •лектрода. Концентрацию F-ионов определяли с помощью F-селективного алехтрода по методу доОввох с использованием цитратно-еммоиийной буферной смеси. Определение водорастворимых форм але ментов в почвенной ьытяжке проводили методом стандартной водной вытяжки (Агрохимические методы исследования почв, 1975). Активность хлоропласте» в листьях ячменя и кукурузы в микроввгатвцлонном опыте определяли на основе метода,

предложенного Плешковым А.С. (1988). Содержание хлорофилла в листья* растений определяли на спектрофотометре (СФ-26). Исследования кинетики и статики сорбции Sr цеолитом осуществляли на основании методики, предложенной Рачинским В.В. (1962). Математческую обработку данных проводили с помощью статистических пакетов SuperCaIc4™ (ver. 1.0, 1986), STRAZ (вер. 2.1.1989-91, МСХА) и Microsoft Exel™ (ver. 5.0).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Кинетика и статика сорбции стронция цеолитом ш фосфогипс». Исследование процессов ионного обмена на природных цеолитах в такой поликомпонентой системе, какой является почва, является чрезвычайно трудным для математического анализа. Именно поэтому неразработанн1 м остается вопрос о дозах, в которых должны вносится цеолиты. Методы, основанные только на учете ЕКО цеолита и количества вносимого с мелиорантом элемента-загрязнителя представляются довольно лешими для расчета. Однако при этом не учитываются особенности самого сорбента (тонина помола, катионный состав изменение ЕКО системы при внесении в почву и т.д.).

Целью проведенной нами первой серии модельных опытов было изучение кинетики ■ и статики адсорбции стронция природными цеолитами месторождений Дзегви (Грузия) и Сокирница (Украина) и оценка эффективности их использования для удаления Sr из системы фосфогмпс-почва. Концентрация стронция в исходных растворах была выбрана, исходя из возможного уровня концентраций Sr в водных вытяжках солонцовых почв (от 1 до 180 мг/л). Результаты исследований кинетики и статики сорбции Sr цеолитом из чистых растворов показали, что он обладает высокой скоростью протекания обменных реакций и большим адсорбционным потенциалом по отношению к Sr в широком диапазоне возможных концентраций его в почве.

Для того, чтобы оценить влияние кальция на сорбцию стронция цеолитом из растворов фосфогилса, мы использовали коэффициент катионной избирательности, который для системы "кальций-стронций-цеолит" рассчитывается по следующей формуле: К » (Sr-ueanum)(Ca)/(C6-neonum)(St). где , (Sr-цвалит), (Ce-wanum) - содержание стронция и кальция в цеолите,

моль/кг; (Сз), (Б/) - концентрация этш элементов в равновесном растворе для каждого из отношений моль/л (КЛаза«т1еЬ Р Е е1 а1, 1938) Величина К больше 1 свидетельствует о предпочтительном ?дсорб^1и Эг по сргьнению с Са Расчет коэффициентов распределения показал, что при всех изученных нами соотношениях фосфогилс/цеолит (от 0 5 до 25) его значения больше 1.

При изучении сорбции вг из растворов фосфогипса был получен фафик зависимости концентрации £г в равновесном растворе от отношения фосфогипс/цеолит, который имеет вид кривой, предполагающей наличие максимума сорбции, при этом соотношение фосфогипса и цеолита 20 1(25 1) обеспечивает оптимальный уровень адсорбции ч. при минимальной доза цеолита (рис 1) Указанное оптимальное соотношение в целей верно как для цеолита месторождения Дззгви, так и дтя цеолита месторождения Сокирница Хотя последнему следует отдать предпочтение в случае использования на почвах щелочного ряда а виду того, что он относится к кальции-иалиеаому типу и содержит меньше натрия, чем цеолит месторождения Дзегви

Как видно из результата данного модельного опыта, экспериментально огределекная доза цеолита в 10-15 раз меньше полученных расчетным путам (всего 0.5 т/га при дозе фосфогипса 10 т/Га).

Десорбция стронция из шолнт*. Использования цеолитов для сорбции стронция из фосфогипса, применяемого для мелиорации солонцовых поча, мажт иметь г~<\ офвнмеиДО, связанных как с изменением направленности

О

5 10 15 20

соотношение фосфогмлеуцвшшт

25

•иаолкт Дэнгш* ацеогегСйофница

Рис. 1. Влияние соотношения фосфогипс/цеолит на содержание вг в равновесном растворе

т

обменных реакций, так и с доступностью сорбированного цеолитом етронцкя растениям. Присутствие в почвенном растворе значительно го количества катионов, обладающих большим сродством к цеолиту, чем Sr, а также комплексообразователей органической и неорганической природы может вызывать десорбцию последнего. Целью данного эксперимента было изучение десорбции Sr из цеолита в условиях, моделирующих естественные воздействия почвенных условий на протекание обменных реакций на цеолите. Для изучения десорбции Sr из цеолита использовались две модели: первая имитироь'сла почвенные условия, вторая - комплексообразующее воздействие корневых выделений растений.

Характер полученных графиков десорбции Sr различными экстрагирующими растворами свидетельствует о наличии дзух типов обменных центров 'а цеолите, обладающих разной энергией связи. При малых начальных концентрациях Sr в растворе происходит насыщение части обменных центров, находящихся на внешней поверхности минерала. С ростом исходной концентрации раствора доля (%) десорбировавшегося Sr уменьшается, в раствор обменивается прибшзитег~мо постоянное количество Sc • 11-18 ж в расчете на 100 г цеолита (табл. 2).

Таблица Z Влияние различных экстрагирующих растворов на величину

десорбции Sr из цеолита. __

Конц. Sr сорбиро«- Количество десорбировавшегося tu цеолита Sr, мг/чоог* >исх. ноБгцео- _%"

р-ре, мг/л литом, мг/100 г Hfi НгО рН=9.5 на Яим. к-тв ю'и ОПТА icr'u

2.4 7.45 ¿21 4.68 ш Ш &М L51

60.4 65.8 ■ 64.5 90.6 90.6 79.9

12.2 48.65 ш 9.91 10.35 ilSfi 1Ш MS

21.0 21.5 22.2 247 25.4 19.0

49.0 730.9 1ма Ш1 11.60 jiüa J3JÄ 11.60

4.5 5.1 •5.0 5.2 5.7 6.1

60.0 • 286.0 13.53 13.13 ILM " 1134 ltSi

4.7 4.6 4.4 4.2 5.8 4.5

131.8 483.1 1452 1Ш 12.00 llil U31 11.30

3 А 2.9 2.S 2.8 4.4 2.3

217.8 735.9 ИЛ2 12& ал 20.75 12.90

1.9 1.7 1.7 20 28 16

* в мг сорбированного Sr на 100 г цеолита, " в % от общего иолжестеэ Sr, сорбированного цеолитом, **" с учетом исходного содержит а почве

Вероятно, именно это количество £г сорбируется на внешней поверхности цеолита и легко поддается десорбции. В связи с этим дом цеолита.

применяемого для сорба^и нвдкепатегьных Пр.'месеи и в частности, стронция кэ фосфогипса, не должна значительно превышать оптимальные соотношения, применение высоких доз сорбента гредстрагяотся нецелесообразным Наибольшей десороирующей способностью обладают эек,естаа кислотной природы, особенно лимонная кислота, так ках гротом сгужит промежуточным звеном и катализатором в реакциях обмена на цеолите

О возможности сорбцнн Фтэод цеолитам При г несении гместе с фосфогипсом природного цеолита мо нет происходить сорбция цеолитами не только стронция, но и частично кальция, что сдаи'зет равновесие исходной системы в сторону увеличения содержания подзижного фтора

Результаты исследования статики сорбции фтора цеолитом показали, что цеолит способен сорбировать фтор а широком диапазоне концентрации Предположительный механизм сорбции • хемссоромя с образованием малорастворимого соединения СзРг с ПР=4 "О " Значения гроиззедения растворимости иэноа кальция и фтора в растворе достигаются, начиная с начальной концентрации ионов фтора в растворе 9 39 мг/л, что приблизительно соотьетствует теоретическим расчетам, выполненным для засоленных лоча

Величины сорбции фтора из растворов фосфогигса меньше таковых, полученных на чистых растворах №Р, а форма полученной кривой не предполагает наличия ярко выраженного максимума сорбции, что свидетельствует о различиях а механизмах сорбции 2г VI Р

Влияние цеолита на содержание водорастворимых форм 5г к р о почв» и дренажных водах при мелиорации сопонцовых почв фосфогипсом. Проведенные серии модельных опытов показали принципиальную возможность использование- цеолитов для сорбции стронция из фосфогипса и позволили установить дозу сорбента Целью следующего модельного эксперимента было изучение влияния предложенных технологий на содержание водорастворимых форм Эг и Р в системе малиорант-почва-дреняжные воды при моделировании оптимальных условии увлажнения и периодического орошения Нами предложено две модели внесения фосфогипса и "чолкта* технология совместного внесения с предварительным

смешиванием двух мелиорантов в установленной пропорции (20 : 1 и технология раздельного (или поочередного) внесения фосфогипса и цеолита.

Внесение,. фосфогипса резко увеличивает содержание вг ( и Са) в дренажных водах (та|р. 3). Однако, предварительное смешивание и последующее совместное внесение фосфогипса и цеолита, по-видимому, позволяет цеолиту сорбировать значительную часть водорастворимого Йг до внесения смеси в почву, поэтому после внесения не наблюдается значительного увеличения концентрации Эг в дренажных водах. Цеолит, внесенный по технологии раздельного внесения, не способствовал уменьшению выхода вг с дренажными водами.

Таблица 3. Влияние технологии внесения фосфогипса и цеолита на содержание вг, Са, Ыа и Р в дренажных водах модельного опыта (в сумме ла пять промывок)

Вариант

Содержание в дренажных водах

гг Се Ш Я Са/5г

иг/кг мг/ЮОг мг/ЮОг иг/ІООг

Контроль - Апах 7.51 115.0 531.4 41.72 153.1

Фосфотпс Ют/за 11.53" 143.5" $15.6 38.03 123.5

Цволкгт 0.5 т/еа - 8.70 133.1 620.4 32.47« 153.0

Фосфотпс 70т/!»+Цеолит 0.5т/га 8.60 141.4' 642.4 34.26 164.4

(в смеси) 11.54" 147.9" 644.5

Фосфогипе Т0т/а»+Цволит 0.5т/га 34.93 128.2

(раздельно)

Данные по содержанию вг. Се, N8 и Р в водной вытяжхе почв по вариантам опыта хорошо коррелируют с результатами анализа дренажных вод (табл. 4).

Таблица 4. Влияние технологии внесения фосфогипса и цеолита на

содержание вг, Са, N8 и Я в водной вытяжке почвы (модельный опыт)_

Вариант Содержание в почве

рн 5г Са Ыа Р СаЯг

- мг/кг иг/ІООг мг/100г мг/ЮОг

Контроль - А паї 8.32 0.58 73.5 70.5 3.34 1287

Л ♦осфагшпе 10 т/еа 8.34 4.80* 82.0 136.5 2.99 170.8

\Х»ошт 0.5 п/аа 8.77 1.10 65.0 116.5 2.26 590.9

Фосфогилс 10т/га+Цвапкт 8.70 0.85 57.7 94.7 2.87 878.8

0.5т/га(а смеси) Г47* 74.1 93.8 2.71 - 100.8

Фосфогилс 10Маа*\Х»огт 8.48 ^

0. &»/за;рвздельно)

* достоверность различий при р< 0.05

Внесение фосфогипса вызвало увеличение содержания водорастворимого Эг в почве в 8-9 раз при внесении одного фосфогипса и в б раз при использовании технологии раздельного внесения фосфогипса и цеолита При внесении фосфогипса и цеолита в смеси содержание водорастворимого Бг в почав оставалось на уровне контрольного варианта

Из двух предложенных технологий внесения фосфогипса и цеолита с экологической точки зрения предпочтение следует отдать технологии совместного внесения с предварительным смешиванием двух компонентов в соотношении фосфогипс цеолит как 20 1

Влияние цеолита и фосфогипса на биологический урожай и поступление 5г » Р в растения при мелиорации солонцовых почя, Палевой опыт проводился нами с целью изучить поведение 2г в системе чяелиорант-лочва-растениа в реальных природных и производственных ^условиях и оценить влияние, оказываемое сорбентом на поведение 2г в данной •системе с точки зрения возможности использования цеолита для •предотвращения поступления его а растения

Мелиорант-почва. Результаты определения содержания водорастворимого Зг в почве показали, что внесение фосфогипса увеличивает содержание данной формы вг в 1-й год в 6-10 раз (на 684-1000%) по сравнению с контролем Внесение цеолита по технологии предварительного смешивания обеспечивает снижение уровня содержания водорастворимого вг а почве по сравкению с вариантам с фосфогипсом на 75% (табл б)

Наши исследования показали, что активное высвобождение вг из фосфогипса начинается на 2-й год мелиорации, что приводит к резкому увеличению содержания его водорастворимой формы а почва > до 1517% В а тих условиях внесение цеолита по технологии предварительного смешивания обеспечивало снижение содержания водорастворимого £г талька на 15% (табл в) Раздельное внесете цеолита и фосфогипса не оказывало заметного влияния на поведение 5г в почав Внесение одного цеолита способствовало значительному снижаймо содержания водорастворимого гг в естественной немегморируемой почве

п

Мвтюрант-лочьа-растешю При поступлении га почвы а расген <e Sr проходит ряд физиологических анп'конценгрсционных бартеров Поэтому значительное увеличение содержания Sr в почве в результата мелигуации, наблюдаемое в данном опыте, практически не приводит к адекватному увеличению содержания Sr в растениях ячменя и суданской травы по сравнению с контролем (табп 5 и 6)

Величина отношения Sr/Ca в растениях к Sr/Ca в почве характеризующая дискриминацию стронция по отношению к кальцию гри их передвижении по миграционной цепочке, везде меньше 1 Однако для растений суданской травы этот показатель почти на порядок выше (а в варианте с фосфогипсом почти равен 1), что свидетельствует о том что суданская трава прмнадгежит к мечее сильному барьерному типу растении по отношению к накоплению Sr 8 надземных органах, чем димень Кроме того, в товарную часть урожая ячменя (зерно) переходит гишь от 1 до Sr содержащегося в соломе, в то время как в зеленую массу суданской травы поступает от 6Э до 86° j Sr. поглощенного корнями Таким сбраоом анесение фосфогипса а агрономически обоснованных дозах не приводит к значится1-ному накоплению Sr в расген/ях, гри зюм отношение Sr/Ca как в растениях взращенных на мелиорируемых участках, так а контрольных вариантах остается крайне неблагоприятным (от 24 до 65 при норме 160)

Me/njcpaHm-novea-cop6etifTilueomirr)-pacrTietKie В условиях проведенного нами полевого опыта цеолит не оказывал заметного влияния на поступление Sr в растения, за исключением варианта с внесением одного цеолита (табл 5 и 6) Характеризуя поведение Sr в системе мелиорант-почіза(почвенньій раствор и Орвнажные вобы)-раат!бние, можно сделать вывод, что цеолит способен оказывать большое влияние на внутрипочвенное передвижение Sr по данной миграционной цепочке, предотвращая загрязнение им почвы и фильтрационных вод. Но при небольших дозах фосфогилса и при отсутствии геохимической аномалии в почве он не оказывает влияния на поступление Sr а растения, так как последний задерживается на естественных биолого-

фюиологаческих внтмхонцентрациожых барьерах

Согласно полученным нами данным, внесение фосфогилса не вызывает увеличения содержания водорастворимого F а почве и растениях (табл 7,8)

Таблица 5. Содержание 5г в система почва-растение в 1-й год мелиорации

Варучт Содержание Содержание Эгв Содержание 5г в Са/Зг в селом» Са/Бгв

водорастворимого Бг соломе ячменя зерне ячменя Са/Зг в почва соломе

в почве (А пах)

мг/кг в%к мг/кг вНк мглт В У. к

контролю контролю содержанию

в соломе

Контроль 0,251002 26.32 . 3.2 12.20 0.06 28

Цеолит 0.24^.04 96 12.99 49.4 3.0 2.30 0.11 60

Фосфогипе 1.71*0.19 684 ЗС.ЗЗ 115.2 . 3.6 1.20 0.13 24

Фосфогипс+Цеолит (раздельно) 2.52*0.69 1000 28.64 108.2 2.5 0.87 0.18 28

Фосфогипс+Цеолит (в смеси) 0.48*0.05 192 20.62 116.3 3.4 1.10 0.05 25 .

Достоверность при р^О. 05 • •

НСРр^О.05 1328 13

Таблица 8. Содержание Эг в системе почва-растение на 2-й год мелиорации

Вариаит Содержание Содержание вг в Содержание Бг в Са/Эг в эал.маеев Са/5гв

водорастворимого Эг корня* суданской зеленой Сг/Эг в почве 39л.мас-

- в почве (Апах) травы массе суданской се

травы

мг/ет в%к мг/кг в % к мг/кг в%к

контролю контролю содержанию

в корнях

Контроль 0,59*0.06 . . 9.7 . 5.9 60.8 0.16 36

Цеолит 0.46*0.06 95 5.7 58.8 7.8 136.8 0.16 54

Фосфогулс 8.65*0.95 1466 11.9 122.7 10.3 86.6 0.94 ' 65

Фосфогипс+Цеолит (раздельно) 8.95*1.10 1517 13.7 141.2 9.1 66.4 0.40 26

Фосфогипс+Цеолит (8 смеси) 7.32*0.60 1240 17.2 177.3 10.8 62.8 0.60 51

Достоверность при р$0.05 « . * •

НСРр=й05 34 43

Таблица 7 Вплвилч мег./орадал на содерлсан.,^ еадосзс1иор.1мо-а фтсрз 8 пахотном (0-25 ш) гормон re__

варианты

Коктроп» Цеолит 0 5 *' з Фссфогилс "О т га

Фосфогиле '0 т'га «-ЦволитС 5 т -э (раздельно) Фосфетпе :о - га «-Цэогит 0 б т'-з (а смеси)

_Соцврхянлв ipTcpsj** «г_

до 1 и го„ 1 и год

мвлиора- поена гослв

ции_узлидрации мвл^оряции

4 57 t018 3e4t0.24 4 46*0 40 * 17t0-39 3 32t 0 32 3 5St0 31

5 05tС 35 2 72 0 27 3 18t0S4 3 64t022 2 78tO í7 30U027 3 02*0 41 2 90t0 35 2«5t0_42

Таблица 3 С о держания фтора в рзстрниях ячменя и судон'-хой Jp-n j, муц Варианты ____pp/yj ржгнла ф t ees мг, J

eye —1С чтя rroaea

в » ь эалэ- %

ССГСмл ло-

к эссл

Ксктрсль 321 61 123 73 10 53 43 71

Цеолит 0 5 т -з 334 130 69 4 17 63 79

Сосфогилс *0т'гэ 263 22 133 41 10 23 35 46

Фссф„™пс *0 » -а »Цасгл^О 5 т ~з (раздельно) 259 24 123 80 13 Ь2 И* 39

©сесрсгичс * I » » *Цеог*т S S '•'-а (а смеси) 2S4 42 132 27 ь 70 134 57

ПСР ргЗ с 34 63 *а 07 10 S9 •13 2а

г 0 82» 0 П в 4в- 0 52

*, - Су^еСТЕеньО ИЛИ Нв С/ЛчеСТеенИч. при р=0 С5

Наоборот, улучшение агрофизических свойств почвы при мелиорации сгосооствуат уменьшению содержания фтора в пахотном горизонте и снижает поступление его в растения

Положительное влияние цеолита на биологически* урожаи сельскохозяйственных кулыур па 2-й год мелиорации, который отличался экстремально-засушмвыми условиями, определяется целым комплексом причин, среди которых - способность цеолита влиять на активность почвенной микрофлоры и его стимулирующий эффект (табл 9)

Таблица 9 Влияние технологии внесения фосфогипса и цеолита на

Варианты Биомасса общая корней, г Продукта. craSJpacr, Uff

Контроль Цеолит С 5тдэ Фосфогелс Ют/га Фссфогипс 10 т/гв -НДаояятО 5 тАа (раздельно) Фосфогиле 10 т/га -»Цеолит 0 S т/га (в смеси) 849 204.2 127 4 167 6 179 3 27 9 697 40 9 594 70 3 5 1 10.2 7 1 97 86

¿¡осгпоаерьо^гт-ь влияния при р<0 G5 - - •

НСРртООЗ 534 26 Í 2.*

Таким образом внесение цеолита может иметь не только экологический, но и двойной мелиоративный эффект.

Влияние цеолита н ФосФогипса на рост. Фотосинтетическую яктизность к поступление 5г и И » проростки ячменя и КУКУРУЗЫ.

Результаты, полученные в полевом опыте, показали, что фосфогипс и цеолит способны оказывать определенное влияние на рост и развитие растений, произрастающих на мелиорируемых почвах. В связи с этим нами был проведен микровегетационныИ опыт, имевший цепи: 1) изучение влияние цеолита и фосфогилса на рост И некоторые показатели фотосинтетической активности растений; 2) изучение вопроса о влиянии различных технологий мелиорации на поступление вг, Са, Св в растения на начальном этапе развит« в зависимости от их содержания в почве и фотосинтетической активности.

На начальном этапе развития растений основным лимитирующим фектором -является недостаток влаги или отсутствие оптимального водного баланса в почве. Это особенно актуально для почв аридных территорий, в том числе солонцовых. При оптимальных условиях увлажнения питательный режим солонцовых почв играет меньшую роль. Поэтому, как видно из данных табл. 10, наиболее высокие морфологические показатели у растений ячменя (масса и длина растений, площадь листьев) наблюдались в двух вариантах: в варианта _ с цеолитом и в контрольном варианте, что может быть связано со способностью цеолите увеличивать влагоемкость естественной солонцовой 'почвы. •

Таблица 10. Влияние фосфогилса и цеолита на массу растений (в естественном состоянии), длину и площадь листьев проростков ячменя ярового

Вариант Месса Длина, см Площадь Спец.

растений. листьев. площадь

г/сосуд - см1 листьев.

см2/г

Чистый контроль 1.935 11.387 83.405 42.997

Контроль 3.388 14.827 131.975 39.007

Цеолит 0.5 m/sa 3.500 15.148 143.162 40.966

Фосфогипс 10 m/sa 2.360 13.128 121.892 41.185

Фос<* 1ГИПС 10 m/ga + Цвопнт 0.5 m/àa 2.865 13.390 115.660 40.275

(раздельно) 3.073 13.713 112.315 36.675

фосфогипс Ют/ал * Цьошг 0.5 т/за

(н-смэси^

Достоверность различии (р<0.06) • ■ • •

НСР« 0.210 0.857 11.102 3.200

Во вторую ротацию цеолит тгкжв спосгбстз.^ал увеличению длины и массы растен. и ку-)Т)">-1 по сравнению с контролем на 20"о, гг.сцадл шстьев на 40°« Фосфоги-с внссенмыь один или с цеолитом снизлает некоторые параметры роста растет и

Наиболее высокая фотохимическая активность хлоропластов в листьях гроростков ячменя такжэ наблюдалась в вариантах с цеолитом (тзбл 11). что хороша согласуется с донными морфологических наблюдений В варианте с фосфогипсом активность хлоропластов была наименьшей, что «дожат оыть связано с временчым изСытчсм кальция в гочае и воен. .ил м дисбалансом его с манием и железой внесенным в смсси с фосфогилссм, цеолит

частично неигралюуат его негативное слияние, регулируя процессы сорбции-десорбции Са фосфсгучса и его дэстуг.носль растен-'ям

Во вторую ротацию внесение фосфогмпса вместе с цеолитом имело греимущество по сравнению с вариантами где вносили только фссфогилс или только цесгит При этом максимальная активноетъ хлоропластов о листьях кукур^ы наблюдалась в варианте с предварительным смешиванием двух мелн-рантсв, минимальная - в варианте с фссфсипсом (табл *2) Содержание хлорофилла в гистъях ячменя было значительно выше как в расчете на единиц/ массы, так и в расчете на единицу площади листьев на мелиорируемых вариантах го сравнен.'-о с кон'рольными, однако влияния различных технологий по данному гоказателю нэ грослежиаалось, еще меньшее влияние оказали условия роста на содержание хлорофилла в листьях кукурузы

Рассчитанные коэффициенты корреляции показали в большинства случаев отсутствие достоверной связи между содержанием Зг, Са и Сс1 в почае и растениях Р печет коэффициентов корреляции между содержанием элементов в растениях, активностью хлоропластов и площадью листовой поверхности показал наличие достоверной связи по Эг в проростках ячменя (табл 13) Наличие такой связи представляется вполне возможным, так как считается, что поступление Эг в растения по механизму массового потока обуславливает зависимость этого процесса от поглощения воды, интенсивности транспирации и дыхания, которые 8 свою очередь косвенно связаны с площадью листовой поверхности растения

Таблица 11. влияние фосфогипса и цеолита на активность хлоропластоз и

содержание хлорофилла в листьях проростков ячменя _ .

Вяриакт Актив. Содержание хлорофилле

*п°р«- на площадь листьев, мг/нг на массу растений, мг/г а/Ъ пластов_

Хл.а Хл.Ь Хл.а+Ь Хл.а Хл.Ь Хл.е*Ь

1 23.33 184.81 83.39 247.75 0.695 0.351 1.046 1.98

и 24.75 179.18 89.04 271.46 0.699 0.347 1.048 2.01

!!! 45.0 199.39 103.07 301.65 0.822 0.425 1.247 1.94

IV 21.0 202.57 104.62 307.82 0.833 0.425 1.258 1.94

V 38.83 197.58 99.57 297.15 0.831 0.421 1.252 1.98

VI 42.0$ 209.13 105.13 314.27 0.763 0.385 1.148 1.99

средняя 32.11 193.09 48 03 291.38 0.771 ' 0.332 1.151

НСР« 3.36 22.03 12.67 33.74 о.сза 0.028 0.060

Таблица 1Z Влияние фосфогипса и цеолита на активность хлоропластов и содержание хлорофилла в листьях проростков кукурузы

Вериант Актив.

Содержание хлорофилле

хлор» на площадь листьев, мг/н" пл»сто>

на массу, мг/г

а/Ь

Хл.а Хл.Ь Хл.а+Ь Хл а ХЛ.Ь Хл.а+Ь

1 15.92 232.35 143.42 375.77 0.988 0.610 1.599 1.62

II 13.08 228.94 154.34 365.07 0.974 0.579 1.553 1.58

Ш 17.42 240.56 143.56 364.13 1.024 0.611 1.634 1.68

IV 14.25 258.11 163.46. 421.57 1.098 0.695 . 1.794 1.58

V 21.57 261.73 161.28 423.01 1.114 0.686 1.800 1.62

VI 25.17 255.3» 163.76 419.12 1.087 0.697 1.783 1.58

Средняя • 18.08 247.03 155.38 399.25 1.05 0.647 1.699

. НСРи 2.67 38.34 2/.97 60.92 0.15 0.099 0.259

Таблица 13. Влияние технологии знесения фосфогипса и цеолита на поступление вг, Са, Сіі в проростки ячменя и кукурузы.

Вариант

вг, мг/ЮОг Са, мг/ЮОг Сс). мг/ЮОг

ячмень ячмень кукурум ячмень кукурум

Чистый контроль 0.84 5.53 41.04 26.89 0.395 0.205

Контроль 2.97 5.49 48.69 106.69 0.195 0.340

Цеолит 0.5 т/га 3.74 5.63 36.71 81.34 0.345 0.270

Фосфогипс 10 т/за 1.95 5.57 46.64 107.82 0.210 0.265

Фосфогипс 10 т/гз +ЦеолиТ 0.5 т/за 3.77 4.16 63.37 107.71 0.380 0.315

(раздельно)

Фосфогипс 10 т/*1 +Цоолит 0.5 т/за 3.45 5.04 53.63 137.71 0.275 0.365

(в смеси;

Достоверность различий (р<0.05) • •

НСР» л 1.64 7.48 51.42 41.87 0.242 0.288 ..

г(лочеа) 0.24 .0.58 0.71* 0.68 0.22 0.20

г (акгиз. хлоропластов) 0.81" -0.63 0.17 0.47 0.39 0.51

г (площадь листьев) 0.7Г 0.18 0.11 0.65 0.46 0.47

* - достоверно при р<0.05

Таким образом, как показали полученные результаты, как цеолит, так и фосфогипс способны вносить значительные изменения в протекание физиологических процессов в растениях, что необходимо учитывать в дальнейшем при разработке технологий химической мелиорации и подборе цупьтур и сортов.

ВЫВОДЫ

1. Исследованные нами цеолиты обладают высоким адсорбционным потенциалом и скоростью обменных реакций по отношению к стронцию в диапазоне концентраций, соответствующих его содержанию в лочзах и природных водах. Установлено, что стронций сорбируется из рзстворое фосфогипса более активно, чем кальций.

2. Разработан новый подход к определению дозы цеолита, основанный на. определении оптимального соотношения сорбента и мелиоранта. При соотношении цеолита и фосфогипса 1 : 20 обеспечивается оптимальный уровень адсорбции стронция при минимальной дозе цеолита.

3. Цеолиты, относящиеся к кальций-калиевом-/ типу, сорбируют фтор фосфогипса с образованием малорастворимого соединения с обменным кальцием - CaFjС ПР= 4' 10'".

4. Наибольшей десорбирующей способностью обладают вещества кислотной природы, при этом более легко обменивается стронций, сорбированный на внешней поверхности цеолита, доля которого составляет от 11 до 16 мг на 100 г сорбента. Доза цеолита не должна значительно превышать оптимальное соотношение, так как это увеличивает доли стронция, легко поддающегося десорбции, что снижает экологический эффект рекомендуемого приема.

5. Весение фосфогипса в 1-й год мелиорации увеличивает содержание водорастворимого стронция в почве и дренажных водах в 6-10 раз, а на 2-й год • в 15 раз по сравнению с исходным содержанием в почве. Внесение цеолита совместно с фосфогипсом по технологии предварительного смешивания снижает содержа««? водорастворимого стронция в почве в 1-й год на 75%, а на второй - на 15% по сравнению с раздельным их внесением.

6. Поступление стронция в растения зависит от их биологических особенностей (наличия антриконцентрационных физиологических барьеров).

Линейная зависимость мгжду содержанием стронция в почвенном растворе и его поступлением в разтения не выявлена. Содержание стронция в проростках ячменя зависело от фотохимической активности хлоропластов и площади листовой поверхности.

7. При внесении фосфогипса в дозах, обеспечивающих мелиоративный эффект, снижается подвижность фтора в солонцовых почвах и его поступление в растения.

8. Отмечено положительное влияние цеолита на рост и развитие растений; увеличивается содержание хлорофилла и активность хлоропластов в листьях ° проростков ячменя и кукурузы в среднем в 1.5-2 раза по сравнению с

контролем.

9. Использование фосфогипса и других кальцийсодержащих отходов промышленности совместно с природными цеолитами является аффективным приемом, позволяющим значительно снизить уровень антропогенной нагрузки и предотвратить загрязнение мелиорируемых почв и сопряженных ландшафтов при проведении химической мелиорации солонцов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гончарова НА, Крутилина B.C. Особенности кинетики и статики сорбции 'стронция цеолитом (м. Дзегеи) / МСХА. • М., 1993. - 6 с. - Бибилограф.: 5 назв.- Деп. в ВИНИТИ, N 7,1993, С. 23-28.

2. Гончарова НА, Крутилина B.C. Особенности сорбции стронция и цлора из фосфогипса цеолитами (кпиноптиполитсодержащими туфами месторождений Дзегви и Сокирница) // Сб.научн.трудов Почв.ин-та имВ.В.Докучаева. Повышение плодородия солонцовых и засолен, почв. - М., 1994.-С.100-120.

3 Крутилина B.C., Гончарова НА, Панов Н.П. Особенности кинетики и статики стронция цеолитами из мелиорантов // Сб.научн.трудов Почв, ин-та; им. " В.Докучаева. Почвы засушливой зоны и их изменение под влиянием орошения.- М., 1994. - С. 115-124.

4. Панов Н.П., Гончарова НА, Крутилина B.C. и др. К обоснованию экологически безопасных технологий химической мелиорации солонцовых

поча // Сб HayvH тр>ДОз Hose ин-тз им 3 В Дс упева Почвы засушливой зоны и их v»Mcnei -s. год влиянием орошения -М. ,SS4 -С IC4.J34

5 Гончарова НА , Панов h П , Крутелина В С , Хрипунова Г .Л , Наумова Л М , Родионова Л П и Меркулов П И Разработка экологически безопасных техксгогии хим мелиорг^и солонцовых поча // Междунар конференция гачаозедоэ Поча ресурсы Прикаспийского региона . 7-12 сент 1994 г • Тез дскл - Астрахани - 1S94 -С 101-103

6 Панов Н П , Гончарова НА, Кр/тилина В С , Хрипунова Г Л Экологическая оценка грименения природных цгогитоо при хим мелиорации солонцовых поча // II Всероссийскии съезд почаозедоа, Санкт-Петербург, 1996 Тез докл - Се ист Потербур- - 199S - 7 2 - С 2ЕЗ-289

7 Гончарова НА. Крутилина ВС, Панов Н П Влияние цеолита на биологический урожай и поступление Sr а растения И Мевд симпозиум Тяжелые металлы з окруж. среда 15-18 октября 1936, г Пучина - Сб тезисоа -Пущино - 199в -С 155-166

8 KruCUna V S , Goncfiarova NA, Letchamo W // Kinetics and Statics of Strontium Adsorption 42nd Annual Meeting of the Cancfen Soc of Soil Sci, July 711 1996/ - Lethbrldge, Afterta - Canada Journal of Soil Scl, 1996 (10) 45

9 KruSUna V S , Goncfiarova NA, Letcftamo W it Influence of Zeo.ites on Biological Yle'd and »"в Uptake of Strontium In Plants 42nd Annual Meeting of me Candlan Sos of Son Sci, July 7-11 1996 - Letftbr.dge, Alberta - Canada Journal of Sou Scl, 1996(10)46

(№ еч 1 25

Зачз! 29Ь

Тираж 100

Типография Шдатетьства МСХ\ 1275сО Москва Тимирязевская у л 44