Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка эффективности применения природных цеолитов при химической мелиорации солонцовых почв

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка эффективности применения природных цеолитов при химической мелиорации солонцовых почв"

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 СОЛОНЦОВЫХ почв

Специальность 03.00.27 — Почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена на кафедре почвоведения Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

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

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

Ведущее учреждение — Центральный научно-исследовательский институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО).

в . . час. на заседании диссертационного совета

Д 120.35.02 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет МСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА.

Защита состоится .

1997 г.

Автореферат разослан

1997 1.

Ученый секретарь диссертационного совета

Говорима

ОБЩАЯ ХАРЛЧТсРИ(ГШ!СА РАБОТЫ

Актуальность темы. В степной и сухостепной зонах солонцовые почзы являются значительным резервом для развития кормопроизводства. Повысить продуктивность этих почз невозможно без мелиорации, в том числе химической. По оценкам ВНИПТШИМа (1996) около 87% всех гипсосодержщих материалов, применяемых в сельском хозяйстве а целях мелиорации, составляет фосфоптс. В 1590 году запасы фосфогипса в отвалах составляли около 275 млн. тонн. С одной стороны, хранение фосфсгипои в отзалах приводит к крайне опасным экологическим последствиям и связано со значительными капитальными затратами. С другой - расширение масштабов применения фосфоптса а сельском хозяйстве ограничивается содержанием в ном эколоп'Ч2С1ги нежелательных примесных элементов: фтора, стронциг и кадмия, поседение которых а миграционных цепочках, способность накапливаться и включиться а повторный биолошчеоачй цикл не до конца изучены. Это не мохэт служить основанием для полного отказа от применения кальцийсодер>:с:щих отходов промышленности (в чзстт-ссти, фосфоптса) в качестве мелиорантов. Однако воз, дааэт необходимость з разработке системы агрозколсгическнх ограничений, которая долима включать в себя приемы регулирования поступлении тяжелых металлов в почву и растения.

Нессмньиный интерес в этой связи приобретают исследования, посвященные возможности использования природных цеолитов в качество сорбентов для предотвращения поступления неж;з/:ЗТельных примесей в почзу и растения при химической мелиорации почз отходами промышленности. Природные цеолиты широко используются в промышленности для очистки технологических и сбросных вод, газоз, разделения и концентрирования редких щзлочных и щалочногемелькых мзталлоо. По вопросам ссрб'.'/.и тя^солых моталлзз цеолитами накоплен большой теоретический и экспериментальный опыт. Но его использсзсн'/з в применении к такой сложной системе, какой гзлязтея почва, неэозмо^ло по ряду Причин. Необходимо учитывать нэ только постоянное исмг.'сниэ ф'.кжо-х/.мичгских параметров почзгнного раствора во ергмеки и пространство, но и доГ:с7,?::э С'.:слоп;час;<ого и ентропогенкего факторез.

Цель и задачи исследований. Целью даннсй работы было изучение возможности использования природных цеолитов для сорбции н-зжалательных примесей при химической мелиорации солонцовых почз фосфогипсом и экологическая оценка технологий химической молиорации на основе совместного внесения фосфогипса и цеолита.

В садачи исследосаний входило:

1 сравнительной изучение кинетики и статики сорбции стронция цеолитами различных месторождений из чистых растгорсв фторида натрия и из фосфогипса на системах, модолирукш^х естественные геохимическиз концзнтрации этого элемента *в почзо; изучение условий десорбции вг цеолитом; а также изучониа возможное™ сор(:ции цеолитом кальция и фтора и их влияние на параметры сорбции стронция в системе фосфогипс-раствор-цеолит;

2. разработка метода ргсчета дозы сорбента, оснозанного на установлении оптимального соотношения сорбента и мелиоранта по результатам экспериментального определения величины сорбции примесного элемента

• (стронция);

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

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

5. изучение влияния фосфогипса и цеолита на рост, развитие, фотегпнтетмипску» активность растений и биологический урожай в условиях полевого и модельного опытов.

Новизна нсслэдйБгния. О работе дана экологическая оценка

/

использования природных цеолитов при проведении химичоской мелиорации солонцовых почз фосфогипсом. на основа технологии совместного применения фосфогулса и цеолита о целях предотвращения псотугишкя тяхалых металлов о природные системы VI сгеоения антрспогеший нагрузка.

Теоретическая значимость роботы заключается о разработка мвтойопоеичеахшо пейходо к решению задачи о регулирозанш поступления такзлых маталпоэ о растения и почгу 1а кальцпЯсодвржгир« отходов промышленности с помощью природных цеолитов, оснозанного на позтегеюм

изучении поведения элемента-загрпзнителя в системах: 1) малиорант-сорбент(цеолит); 2) малиорант-сорбент(цеолит)-почва-дренаммые воды; 3) мелиорант-сорбент(цеолит)-почва-растениз.

Практическая значимость результатов проведенных исследований заключается в разработке способа расчета доз и экологической оценка внесения природных цеолитов для проведения отологически безопасной химической мелиорации солонцовых почз фосфогипсом.

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

Апробация. Результаты исследований докпадызались на международной конференции почзозедоз "Почвенные ресурсы Прикаспийского региона и их рациональное использование..." (Соленое Займище, Астраханская обл.,1994 г.); на II Всероссийском съезда почзозедов (С-Петербург, 1396 г.); на 42 ежегодной конференции канадского общества почзозедоз (Альберта, Канада, 1996 г.), на международном симпозиума Тяжапыэ металлы в окружающей среде" (Пущино-кэ-Окэ, 1996).

ПуЗлнкзцпн. По результатам исследований смеется 9 публикаций, 3 статьи находятся в печати.

05т.ом ряЗоты. Диссертация состоит 1гз введения, б глав, вызодоз, изло:квиа на 150 страницах машинописного текста. Включает 32 таблицы и 15 рисунхоз. Список использованной литературы состоит га 137 наименовании, в том числа 23 иностранных.

Объекты м мэтоды неелгдооакил. Полезен опыт был залогам на территории землепользования АО "Сармат" Пагшасог!сксго р-на Волгоградской сбл. на солонцах сзетло-каштсносых „родненатриззых глубокосолончекозатых срэднгсуглиннстых на лессовидном карбонатном с}тлнн:<з по следуещсЛ схеме: 1) Контроль, 2) Цеолит 0.5 т/га, 3) Фссфоп'.пс 10 т/га, 4) Сосфоглг.с 10 т/га + Цеолит 0.5 т/гз (раздельна), 5) Фосфоп-лс ю т/га + Цеолит 0.5 т/га (а смеси).

В модельных и полевых опытах использовались следующие материалы: фосфогипс - отход Балаковского химкомбината (содержание водорастворимого 2г 28.15 мг/кг); цеолиты - клинсптилолитсодержащие туфы месторождения Сокирница (Украина) и Дзегви (Грузия). Химический состав указанных цеолитов представлен в табл. 1(Челищев Н.Ф. с сосвт., 1937). Для опытов использовали фракцию цеолитов с тониной помола < 1 мм.

Таблица 1. Химическии состав цеолитов месторождении Дзегви (Грузия) и Сокирница (Украина) в пересчета на 72 атома кислорода_

Место- К02 А1:оз МдО СгО Пг:о К2Э Н20 Необмонные катионы

рождение Нг20 К20 МдО СгО

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

Сокирница 69.7 12.2 0.8 1.8 2.4 3.1 11.1 0.3 0.2 0.6 0.4

Оптимальная доза фосфогипса для солонцовых почв экго региона была установлена ранее в работах кафедры почвоведения ТСХА и составляла 10 т/га. Дозу цеолита устанавливали исходя из найденного нами экспериментально оптимального соотношения фосфогипс/цеолит 20:1 - 0.5 т/га. Применяли две технологии вносения фосфогипса и цеолита: раздельное внесение с поочередной заделкой сначала фосфсгипсэ, а затем цеолита и совместное их внесение с предварительным смешиванием двух компонентов о установленной пропорции. На мелиорируемом участке выращивали: в 1-й год • ячмень яровой (1394), во 2-й год - суданскую траву (1995). Учет урожайности и отбор почвенных и растительных образцов проводился по вариантам опыта в пятикратной позторности на динамических площадках (2x1 м). Образцы почвы отбирались из пахотного (0-25 см) и подпахотного (25-50 см) горизонтов.

Озоленио растительного материала в полевом и модельном опытах ссущостоляли по метода,го ЦИНАО. Концентрацию $1, С а и Сс; г исслалуемих сОъсктах определяли из атом.чо-аЗсорбционном спектрофотометра (МБЗ Ког1 2с!з). рН измерили на исномора ЭВ-74 с ксполизо&снием стеклянного глзхтрода. Концентрацию Р-пзнсз определяли с памащ:ио Р-сапоктизного злеэтрода по методу добазо:: с использованном цятратна-&у,могайноГ! Суферной смеси. Определенна содсрастсорнгшх форм слг;.'.;мто^ в почзеннсД штяжхо проводили чатодом стандартной водной сытж^я (Атрох;а;1;часи;о методы игследозония поча, 1976). Актизнзстъ хлсроплзстсз в листы.;* йч;исня 11 кукурузы и ьздфомготецконнои опита определили на оснсза изтодо,

предложенного Плохпсспим АС. (1332). Содержание хлорофилла в листьях рестений определяли на спектрофотометра (СФ-26). Исследовения кинетики и статики сорбции Sr цеолитом осуществляли на основании методики, предпожэнной Рачинским B.D. (1962). Матемзтческуга обработку данных проводили с помощью статистических пакетов Si;perCa¡c4™ (ver. 1.0, 1986), STRAZ (вер. 2.1, 1989-91, МСХА) и Microsoft Exe! ™ (ver. 5.0).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Кингтикз я статика сорбция стрсншяя неолитом из фесфогипсз. Исследование процессов ионного обмена на природных цеолитах а такой поликомпонентой система, 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 злемента-загрязнителя представляются довольно легкими для расчета. Однако при этом но учитываются особенности самого сорбента (тонина помола, катионный соста? изменение ЕКО системы при внесении в почву и т.д.).

Целью проведенной нами первой серии модельных епытеэ было изучение кинетики ч статики адсорбции стронция природными цеолитами месторождений Дзегви (Грузия) и Сокирница (Украина) и оценка эффективности их использования для удаления Sr из системы фосфогипс-почэа. Концентрация стронция в исходных растворах была выбрана, исходя из возможного уровня концентраций Sr в водных вытяжках солонцовых почз (от 1 до 130 м г/л). Результаты исследований кикзтики и статьи сорбции S г цеолитом из чистых растворов показали, что он обладает высокой асоростыо протекция обменных реакций и большим адсорбционным потенциалом по отношению к «г в широком диапазоне возможных концентраций его в почзэ.

Для того, чтобы оценить влияние кальция на сорбцию стронция цеолитом из растворов фосфотпса, мы использовали коэффициент катиенной избирательности, который для снст-мы "кальций-стронций-цеолит" рассчитывается по следующей формуле: К = (Sr-usonum)(Cü)/(Ce-ifC<inuiv)(Sr). где , (Sr-цгслит), (Са-цгалит) - содержаний стронция и кальция в цеолита,

б

моль/кг; (Сз), (вг) - концентрация этих элементов в разновесном растворе для каждого из отношений, моль/л (КЬазаулюЬ Р.Е. е1 а1, 1368). Величина К больше 1 свидетельствует о предпочтительной адсорбции Бг по сргьнению с Са. Расчет коэффициентов распределения показал, что при всех изученных нами соотношениях фосфогипс/цеолит (от 0.5 до 25) его значения больше 1.

При изучении сорбции Бг из растворов фосфошпса был получен график зависимосто концентрации Сг в равновесном растворе от отношения фосфогипс/цеолит, который имеет вид кривой, предполагающей наличие максимума сорбции; при этом соотношение фосфошпса и цеолита 20:1(25:1) обеспечивает оптимальный уровень адсорбции 4.. при минимальной дозе цоолита (рис. 1). Указанное оптимальное соотношение в целом верно как для цеолита месторождения Дзегви, так и для цеолита месторождения Соккрница. Хотя последнему следует отдать предпочтение в случае использования на почвах щелочного ряда в виду того, что он относится к кальций-калиезому типу и содержит меньше натрия, чем цеолит месторождения Дзегви.

соотиошгкиэ фоефопше/цзопит

едопмтДэогаи Вцвсгмт Ссемриицэ

Рис. 1. Вшянио соотношения фосфогшс/цеолит на содсржзнио Sr р равноаосном растооро

Ксх видно 13 результатов данного ».сдельного опыта, гкеперименталыю определенная доза цоолита о 10-15 раз моньшэ получакиых расчэткьим путем (всего 0.5 т/го при доза фосфогипса 10 т/ге).

Догоавчг.п стпонцчя t-'i цзолэт?. Испсльзсааьыа цеол;тгоз для ссрбцкл стронция ю фосфогглса, пр^снясмого для мелиорации сслонцоаых пздз, 1кгйзт иыатъ р"ц еввзенных кос с кгменонкгм налргллгнностм

обменных реакций, так и с доступностью сорбированного цеогглтом стронция растениям. Присутствие в почвенном растворе значительного количества катионов, обладающих большим сродством к цеолиту, чем вг, а также комппексообрззователей органической и неорганической природы может вызывать десорбцию последнего. Целью данного эксперимента было изучение десорбции Бг из цеолита в условиях, моделирующих естественные воздействия почвенных условий на протекание обменных реакций на цеолите. Для изучения десорбции вг из цеолита использовались две модели: первая кмитироьсла почвенные условия, вторая - комплексообрззующее воздействие корневых выделений растений.

Характер полученных графикоз десорбции 2г различными экстралфующими растворами свидетельствует о наличии Дзух тилоз обменных центров а цеолите, обладающих разной анэргией связи. При малых начальных концентрациях Бг в раствора происходит насыщение части обменных центров, находящихся на внешней поверхности минерала. С ростом исходной концентрации раствора доля (%) десорбирозавшогося вг уменьшается, в раствор обменивается приблизительно постоянное количество Бг - 11-16 мг о расчете на 100 г цеолита (табл. 2).

Таблица 2 Влияниэ различных экстрагирующих растворов на величину

десорбции вг из цеолита._

14>нц. 2г ссрсирсв»- Количэство двсорСирсвегшзгося и5 цоол-.гга Зг, мгЛООг* ею:. новгцго- __

р-рэ, литсм. Н20 Нг0 А»«'** НС1 ЛиМ. ХЧ713 ЭДГА

МГ/Л мг/100 г рН=9.5 10**1 ю'и

2.4 7.45 121 4.60 151 5.34 ш 5.59

60.4 65.3 64.5 90 8 90.6 79.9

12.2 46.65 9.65 9.91 10.35 1152 1125 М5

21.0 21.5 22.2 24.7 25.4 19.0

49.0 230.3 10.49 11.78 1Ш 12.09 1Ш 11.80

4.5 5.1 •5.0 5.2 5.7 5.1

60.0 286.0 13.53 13.13 им ' 1124 1154 12.90

АЛ 4.6 4.4 4.2 5.3 4.5

131.3 483.1 16.52 1Ш 12.00 1М2 Ш5 1114

3.4 2.9 2.5 2.8 4.4 2.3

217.8 735.9 1Ш 1221 1Ш 14.79 20.75 12Л4

1.9 1.7 1.7 2.0 2.8 1.8

* в мг сорбироЕзнного 5г кэ 1С0 г цэслита, "* в % от сЗщзго изл^остеа а-. сор1ирЭЕЗкного цеолитом, "" о учэтом исходного со£??»гн1Я в почгэ

Вероятно, именно это количэство Бг сорбируется на внгшнсЯ поверхности цеолита и легсео поддается досорбцги. В езгаи с этк.ч доза цеол:т.

применяемого для сорбции нежелательных примесей и, в частности, стронция из фосфогипса, не должна значительно превышать оптимальные соотношения,, применение высоких доз сорбента представляется нецелесообразным. Наибольшей десорбирующей способностью обладают вещества кислотной природы, особенно лимонная кислота, так как протон служит промежуточным звеном и катализатором в реакциях обмена на цеолите.

О возмохсности сорбция фторя цеолитом. При внесении вместе с фосфогипсом природног" цеолита может происходить сорбция цсзолитами не только стронция, но и частично кальция, что сдвигает равновесие исходной системы в сторону увеличения содержания поденного фтора.

Результаты исследования статики сорбции фтора цеолитом показали, что цеолит способен сорбировать фтор в широком диапазона концентраций. Предположительный механизм сорбции - хемосорбция с образованием малорастворимого соединения СаЯг с ПР=4 10'". Значения произведения растворимости ионов кальция и фтора в раствора достигаются, начиная с начальной концентрации ионов фтора в раствора 9.39 мг/л, что приблизительно соотьетствует теоретическим расчетам, выполненным для засоленных почв.

Величины сорбции фтора из растворов фосфогипса меньше таковых, полученных на чистых растворах N0?, а форма полученной кривой не предполагает наличия ярко выраженного максимума сорбции, что свидетельствует о различиях в механизмах сорбции Бг и Я.

Влияние цгоянта и: егд;;умгацие водорастворимых форм Бг и Р п почве и доензжных водах при мелиорации солонцовых почп «Ъосеьогипсом. Проведенные серии модельных опытов показали принципиальную возможность использования цеолитов для сорбции стронция кз фосфогипса и позволили установить дозу сорбента. Целью следующего модельного эксперимента было изучение влияния предложенных технологий на содержание водорастворимых форм Бг и Я в системе мэлиорант-почза-дренэдэде воды при моделировании оптимальных условий увлажнения и периодического орошения. Нами предложено две модели внесения фосфогипса и слита: технология соомостного снесения 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 (таСл. 3). Однако, предварительное смешивание и последующее совместное внесение фосфогипса и цеолита, по-видимому, позволяет цеолиту сорбировать значительную часть водорастворимого Эг до внесения смеси в почву, поэтому после внесения не наблюдается значительного увеличения концентрации Зг в дренажных водах. Цеолит, снесенный по технологии раздельного внесения, на способствовал уменьшению выхода Зг с дренготиыми водами.

Таблица 3. Влияние технологии внесения фосфогипса и цеолита на содержание Эг, Са, № и Р в дренажных водах модельного опыта (в сумме 1а пять промызок)

Вариант

Содержание в дренажных водах

вг Са Л/а Р Са/5г

иг/кг нг/ЮОг мг/100г мг/ЮОг

Контроль - ДП25 7.51 115.0 531.4 41.72 153.1

Фосфогипс Ют/га 11.53" 143.6" 515.6 38.03 123.5

Цеолит 0.5 т/га • 8.70 133.1 626.4 32.47" 153.0

Фосфоп:лс 10т/гэ+Цвопт 0.5т/га 8.60 141.4" 642.4 34.25 164.4

(з сноси)

Фосфогипс 10т/гз* Цеолит 0.5т/га 11.54" 147.9" 644.5 34.99 128.2

(раздольно)

Данные по содержанию вг, Са, Ма и Р в водной вытяжке почз по вариантам опыта хорошо коррелируют с результатами анализа дренажных вод (табл. 4).

Таблица 4. Влияние технологии внесения фосфогипса и цеолита на содержаниз вг, Са, Ыа и Я в водной вытяжке почзы (модельный опыт)_

Вариант

Содержание в почае

рн 5г Са N3 Р Са/5г

мг/кг мг/ЮОг мг/ЮОг мг/ЮОг

8.92 0.58 73.5 70.5 3.34 1267

8.34 4.80" 82.0 136.5 2.99 170.8

8.77 1.10 Е5.0 115.5 2.25 593.9

8.70 0.85 57.7 24.7 2.87 678.5

8.43 ".47" 74.3 93.8 2.73 300.8

Контроль - Лпгз Фосфоггпс Ют/га Цсогг.тт 0.5 т-'гз

Фосфогипс ?СШ1/33+ЦСОЛ!П-

0.5ггЛи(й снеси) Фосфоп:по 1Сгл'г2+Цесг.::т а£т/^?(раздельно)

• достоверность различий при р< 0.05

Внесение фосфогипса вызвало увеличение содержания водорастворимого йг в почве: в 8-9 раз при внесении одного фосфогипса и в 6 раз при использовании технологии раздельного внесения фосфогипса и цеолита. При внесении фосфогипса и цеолита в смеси содержание водорастворимого Бг в почве 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 Ьиологнческнй урожай и тюступленаа Эг и Р в растения при мелиорации солонцовых почв. ТЗслевой опыт проводился нами с целью изучить поведение 2г в система <нелиорант-почьа-растенио в . реальных природных и производственных ^условиях и оценить влияние, оказываемое сорбентом на поведение вг в датой 'системе с точки зрения возможности использования цеолита для 'Предотвращения поступления его в растения.

Мелиорант-почва. Результаты определения содержания водорастворимого :5г в почве показали, что внесение фосфогипса увеличивает. содержание 'Данной формы 2г 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 в почво по сравнению с вариантом с фосфогипсом на 75% (табл. 5).

Наши исследования показали, что активное высвобождение 2г из фосфогипса начинается на 2-й год мелиорации, что .призддит к резкому увеличению содержания его водорастворимой формы о почве - до 1517%. В этих условиях внесение цеолита по технологии предварительного смошизания обеспечивало снижение содержания водорастворимого Сг только на 15% (табл. С). Раздольное внесение цеолита и фосфогипса на сказывало заметного влияния'на позеденио гг в почзо. Внзссниа одного цеолита способствовало значительному енжзних» содержания водорастворимого вг о естественной нгмагморирузмой почва.

и

Мелиорант-почеа-расгпение. При поступлении из почвы в растение вг проходит ряд физиологических антиконцентрационных барьеров. Поэтому значительное увеличение содержания 5г в почве в результате мелиорации, наблюдаемое в данном опыте, практически не приводит к адекватному увеличению содержания 5г в растениях ячменя и суданской травы по сравнению с контролем (табл. 5 и 6).

Величина отношения 5г/Са в растениях к вг/Са в почве, характеризующая дискриминацию стронция по отношению к кальцию при 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 принадлежит к менее сильному барьерному типу растений по отношению к накоплению Бг в надземных органах, чем ячмень. Кроме того, в товарную часть урожая ячменя (зерно) переходит лишь от 1 до 1?% Зг, содержащегося в соломе, а то время как в зеленую массу суданской травы поступает от 60 до 86% Эг, поглощенного корнями. Таким образом внесение фосфогипса в агрономически обоснованных дозах не приводит к значительному накоплению Бг в растениях, при этом отношение вг/Са как в растениях, выращенных на мелиорируемых участках, так в контрольных вариантах остаатся крайне неблагоприятным (от 24 до 65 при норме 160).

Мвлиорант-почеа-сорбент(цеолит)-растеиие. В условиях проведенного нами полевого опыта цеолит не оказывал заметного влияния на поступление 5 г в растения, за исключением варианта с внесением одного цеолита (табл. 5 и 6). Характеризуя поведение Зг в системе мелисргнт-почеа{почвенный раствор и дренажные воды)-рвсгпениэ, можно сделать вывод, что цеолит способен оказывать большое влияние на внутрилочзенное передвижение вг по данной миграционной цепочке, предотвращая загрязнение им почвы и фильтрационных вод. Но при небольших дозах фосфогипса и при отсутствии геохимической аномалии в почва сн на сказывает влияния на поступлениа Эг в растения, так как последний задерживается на естественных Сиолого-

ф'.гиапэгичэских ентгконцентрационных барьерах.

Согласно полученным нами данным, внесение фосфсптса на вызызает увеличения содержания водорастворимого Р в почзэ и растениях (тебл. 7,8).

Таблица 5. Содержание Эг в система почЕг-растение в 1-й год мелиорации

Еарг'чт Содержание Содержание Бг в Содержание 5го Са/5г в соломе Са/Бг в

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

в почве (А пах)

мг/кг в%к мг/кг В % К мгЛт В % К

контролю контролю содержанию

в согюмэ

Контроль 0,25*0 02 . 26.32 - 3.2 12.20 0.06 23

Цеолит 0.24±0.04 96 12.99 49.4 3.0 2.30 0.11 60

Фосфогипс 1.71 ±0.19 654 30.33 115.2 3.6 1.20 0.13 24

Фосфогипс+Цеолит (раздельно) 2.52±С.69 1000 28.64 108.2 2.5 0.87 С.18 28

Фосфогипс+Цоолит (в смеси) 0.48±0.05 182 30.62 116.3 3.4 1.10 0.05 25 .

Достоверность при р<0.05 * *

НСР р=&05 13.26 1 3

Таблица 6. Содержание Эг в системе почва-раствние на 2-й год мелиорации

Вариант Содержание Содержание вг в Содержание Эг в Сз/Эг в эел.массе Са/Бг в

водорастворимого 5г корнях суданской зеленой Са/Эг в почве зал.мас-

в почве(Апах) травы массе суданской се

травы

М'/КГ в%к мг/кг в%к мг/кг в % к

контролю контролю содержанию

в корнях

Контроль 0,6£±0.06 - 9.7 - 5.9 60.8 0.16 36

Цеолит 0.4£»±0.06 95 5.7 58.8 7.8 136.8 0.16 54

Фосфогипс 8.6!) ±0.95 1466 11.9 122.7 10.3 86.6 0.94 65

Фосфогипс+Цеолит (раздельно) 8.9.'5± 1.10 1517 13.7 141.2 9.1 66.4 0.40 26

Фосфогипс+Цеолит (в смеси) 7.32±0.60 1240 17.2 177.3 10.8 62.8 0.60 51

Дсстоверносггь при р<0.05 * * •

НСР р-0.05 34 4.3

Таблица 7. Влияние мелиорации на содержание водорастьоримого фтора в пахотном (0-25 см) горизонте._

Содержание фтсра, мг/кг

Варианты

до мелиорации,

1-й год псслэ мелиорации

Контроль 4.57± 0.18 3.84±0.24

Цеолит 0.5 т/гэ 4.17±0.39 3.32! 0.32

Оосфогипс Ют/га 5.05±С.35 2.7210.27

Оосфогипс Ют/га+ЦеолмтО.5т/га (раздельно) 3.64±0.22 2.78±0.17

Оосфогипс Ют/ге-»Цеолит 0 5 т/га (в смеси) 3.02±0.41 2.0010.35

2-й год после молиоряц,ии 4.4610.40 3.3510.31 3.1310.64 3.01 ±0.27 2.9510.42

Твбтн^а 8. Содержание фтора в растениях ячменя и суданской травч. мг/кг Варианты Содержание фтсра, мг/М"

ячмень | с/отская трава

в в в зеле- ь

солом« гернэ ной кор-

масса нях

Контроль 321.61 123.73 10.53 43.71

Цоолит 0.5 т/га 334.64 130.69 4.17 63.79

Оосфогипс Ют/га 263.22 138.41 10.23 35.46

Оосфогипс Ют/га +Цеолит0 5 т/гэ (раздельно) 259.34 123.80 13.62 111.39

Оосфогипс 10 т/га +Цеолнт 0 5 т/га (а смеси) 294.92 138.27 6.70 134.57

Достоверность при р<0.0о

НСР р=0.05 34.03 40.07 10.89 29.29

Г 0.82+ 0.12- 0.46- 0.52-

*, - существенно или не существенно при р=0.С5

Наоборот, улучшение агрофизических свойств почзы при мелиорации способствует уменьшению содержания фтора в пахотном горизонте и снимает поступление его в растения.

Положительное влияние цеолита на биологический ' урожай сельскохозяйственных культур на 2-й год мелиорации, который отличался экстремально-засушливыми условиями, определяется целым комплексом причин, среди которых - способность цеолита злиять на активность иочзенной микрофлоры и его стимулирующий эффект (табл. 9).

Таблица Влияние технологии снесения фосфсгипса и цеолита на

Всрязты Бкомзсса общая корней, г Продукткз. стс5./ргст., шт.

Контроль Цоолэт 0.5 т/гз Оосфсгеп! 10 Т/га Оосфогипс 10 т/га +Цоол:гг0.5 т/та (раздельно) Оосфогипс 10 т/га +Цеолит 0.5 т/га (в смэсм) 84.9 204.2 127.4 167.6 179.3 27.9 63.7 40.9 59.4 70.3 5.1 10.2 7.1 9.7 8.6

Достоверность влияния при р<0.05 * * *

НСРр*0.05 58.4 23.1 2.4

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

Влияние цеолита и фосфогкпса на рост, йотосинтетическук» »ктнзность и поступление Дг н И I 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 микровегетационныР опыт, имевший цели: 1) изучение влияние цеолита и фосфогмпса на рост и некоторые показатели фотосинтетической активности растений; 2) изучение вопроса о влиянии различных технологий мелиорации на поступление вг, Са, Сб в растения на начальном этапе развития в зависимости от их содержания в почве и фотосинтетической активности.

На начальном этапе развития растений основным лимитирующим фактором 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 режкм солонцовых поча играет меньшую роль. Поэтому, как видно из данных табл. 10, наиболее высокие морфологические показатели у растений ячменя (масса и длина растений, площадь листьев) наблюдались о двух вариантах: в варианта с цеолитом и в контрольном варианте, что может быть связано со способностью цеолита увеличивать влагоемкооть естественной солонцовой почвы.

Таблица 10. БнийппС фосфогопса и цеолита на массу растений (в естественном состоянии), длину и площадь листьев проростков ячменя ярового Вариант Масса Длина, см Площадь Спзц.

растений, листьеа, площадь

г/сосуд ' смг листьев,

смг/г

Чистый контроль 1.935 11.387 83.405 42.337

Контроль 3.388 14.827 131.975 39.007

Цеолит 0.5 т/га 3.500 15.148 143.162 40.966

Фосфогипс 10 т/га 2.550 13.128 121.832 41.185

Фос(* 1гипс 10 т/оа + Цеолит 0.5 т/га 2.885 13.380 115.660 40.275

(раздельно) 36.675

Фосфогипс 10т/га* Цьолэт0.5т/га 3,073 13.713 112.315

(в смеси;

Достоверность различий (р<0.05) • * • •

НСРИ 0.210 0.857 11.102 3.200

Во вторую ротацию цеолит также способствовал уоеличению длины и массы растений кукурузы по сравнению с контролем на 20%, площади листьев на 40%. Фосфогипс, внесенный один или с цеолитом, сникает некоторые параметры роста растений.

Наиболее высокая фотохимическая активность хлоропластов в листьях проростков ячменя тэкжз наблюдалась в вариантах с цеолитом (табл. 11), что хорошо согласуется с данными морфологических наблюдений. В варианте с фосфогмпсом активность хлоропластов была наименьшей, что может быть связано с временным избытком кальция в почве и возникшем дисбалансом его с манием и железом. Будучи внесенным в смеси с фосфогипссм, цеолит частично нейтрализует его негативное влияние, регулируя процессы сорбции-десорбции Са га фосфсгипсз и его доступность растениям.

Во вторую ротацию внесение фосфогипса вместе с цеолитом имело преимущество по сравнению с вариантами, где вносили только фссфогипс или только цеолит. При этом максимальная активность хлоропластов 11 листьях кукурузы наблюдалась в варианте с предварительным смешизанием двух мелиорантов, минимальная - в варианте с фссфогипеом (табл. 12). Содержание хлорофилла в листьях ячменя было значительно выше как о расчете на единицу массы, так и в расчете на единицу площади листьез из мелиорируемых вариантах по сравнению с контрольными, однако влияния различных технологий по данному показателю не прослежизалось; еще меньшее влияние сказали условия роста на содержание хлорофилла а листьях кукурузы.

Расечитанныа коэффициенты корреляции показали о большинстве спучзез отсутстаиа достоверной сегки ме;,"ду содержанием вг, Са и Сс1 о почао и растениях. Расчет коэффициентов корреляции между содержанием элементов в растениях, сетгзнсстъю хлорсплгстоз и ппощпдыэ гглгтсзсП поверхности показал нгличиэ достоверной езлзи по Зг о проростках пчмгня (табл. 13). Нал'/лг/.э тскоЯ с"гси прйдстсзлг.зтся спопнэ вогможнкм, тех как считается, что постугатагиз Зг в ряста по мзхекгаму массового потока обуслазлизазт зависимость этого процесса от поглощения воды, интенсивности транспирацки и дыхания, ¡этерые в свею очередь коезенно езгзены с площадью листовой поверхности растения.

Таблица 11. Влияние фосфогипса и цеолита на активность хлоропластов и

содержание хлорофилла в листьях проростков ячменя_

Вариант Актив. Содержание хлорофилла

*™ро- на площадь листьев, мг/м3 на массу растений, мг/г а/Ь

пластов _

Хл.а Хл.Ь Хл.а+Ь Хл.а Хл.Ь Хл.а+Ь

1 23.33 164.81 83.39 247.75 0.695 0.351 1.046 1.98

II 24.75 179.18 89.04 271.46 0.699 0.347 1.046 2.01

1!1 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 зз.сз 197.55 99.57 297.16 0.831 0.421 1.252 1.98

VI 42.03 209.13 105.13 314.27 0.763 0.385 1.148 1.89

средняя 32.11 193 09 48.03 291.30 0.771 0.392 1.161

НСР„ 3.36 22.03 12.67 33.74 0.035 0.028 0.060

Таблица 12 Влияние фосфогипса и цеолита на активность хлоропластов и

содержание хлорофилла в листьях проростков ку/г/рузы_

Вариант Атга Содержание хлорофилла

хлоро- на плещедь листьев, мг/м' на массу, мг/г а/Ь

пластов

Хл.а Хл Ь Хл.а+Ь Хл а Хл.Ь Хл.а+Ь

I 15.92 232.35 143.42 375.77 0.938 0.610 1.599 1.62

II 13.08 228.54 154.34 365.07 0.974 0.579 1.553 1.68

III 17.42 240.56 143.56 384.13 1.024 0.611 1.634 1.66

IV 14.25 258.11 163.46 421.57 1.038 0.695 1.794 1.58

V 21.67 261.73 161.28 423.01 1.114 0.686 1.800 1.62

VI 26.17 255.3ч 163.76 419.12 1.087 0.697 1.783 1.58

среДняч 18 08 247.03 155.36 339.25 1.05 0.647 1.69Э

. НСРш 2.67 33.34 2;.97 60.92 0.16 0.099 0.259

Таблица 13. Влияниа технологии внесения фосфсгипсз и цеолита на поступление Бг, Са, Сс! с проростки ячменя и кукурузы.__

Вариант вг, мг/100г Са, мг/100г Сс1, мг/100г

ячмень КЛУРУМ ячмень И^КУРУ» ячмэнь ►уеду»

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

Цоолит 0.5 т/га 3.74 5.63 36.71 СО 4ь- 0.345 0.270

Фосфогипс 10 т/га 1.95 5.57 46.64 107.82 0.210 0.265

Фосфогипс 10 т/гз +Цсол:гг 0.5 т/га 3.77 4.16 63.37 107.71 0.380 0.315

(раздельно)

Фосфсгипс 10 т/&! +Цоолит 0.5 т/га 3.45 5.04 53.63 137.71 0.275 0.365

(в смеси,)

Достоверность различий (р<0.05) • *

НСР„ 1.64 7.48 61.42 41 87 0 242 0.288

г (почт) 0.24 0.68 0.71* 0.68 0.22 0.20

г(шм. хлоропластов) 0.81* -0.63 0.17 0.47 о.зэ 0.51

Г (ПЛОЦЗДЬ ЛкСТЬСВ) 0.7Г 0.16 0.11 0.65 0.45 0.47

* - достоверно при р<0.05

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

ВЫВОДЫ

1. Исследованные нами цеолиты обпадают высоким адсорбционным потенциалом и скоростью обменных реакций по отношению к стронцию а диапазоне концентраций, соответствующих его содержанию в почзах и природных во/1ах. Установлено, что стронций сорбируется га рэстворос фосфогипса более активно, чем кальций.

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

3. Цеолиты, относящиеся к кальций-калиевому типу, сорбируют фтор фосфогипса с образованием малорастворимого соединения с обманны?.; кальцием - СгР2 с ПР= 4 10'".

4. Наибольшей десорбирующей способностью ои'ладают вещества кислотной природы, при отом более легко обменивается стронций, сорбированный на внешней поверхности цеолита, доля которого составляет от 11 до 16 мг на 100 г сорбента. Доза цеолита не до лскн а снсчительно превышать оптимальное соотношение, так гах это увеличивает доли стронция, легко поддающегося десорбции, что снижает гколсгичесхпй эффект рекомендуемого приема.

5. Вссениэ фссфсп:гсэ а 1-й год мэлнормрти узал'лчкзаат содгрхсзнно зодсрзстсеримсго стронция о пзчзз и дронггккых содах з С-10 раз, а на 2-й год - о 15 ргз по ерззнгютз с исходным содср^нкзм з почае. Внесение цеопита ссзмэстно с фосфог.т.сом по технологии предварительного смешиэякия снижззт содержания водорастворимого стронция з почзе в 1-Я год на 75%, а на зтерей - на 15% по ерззнмг/я с раздельным их внесением.

8. Поступление стронция а растения гкисит от их биолсгмчоски особенностей (наличия ентр^хнцгнтрационных физкологмчесхих Огрьсроз).

Линейная зависимость между содержанием стронция в почвенном раствора и его поступлением в растения не выявлена. Содержание стронция в проростках ячменя зависело от фотохимической активности хлоролластов 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 растоний; 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 эффективным приемом, позволяющим значительно снизить уровень антропогенной нагрузки и предотвратит!, загрязнение мелиорируемых почв и сопряженных ландшафтов при проведении химической мелиорации солонцов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гончарова НА., Крутилина B.C. Особенности кинотихи и статики сорбции 'стронция цеолитом (м. Дзегаи) /МСХА. - М., 1993. - 6 с. - Бибилограф.: 5 нззз,-- Дел. в ВИНИТИ. N 7. 1933, С. 23-28.

2. Гончарова НА, Крутилина B.C. Особенности сорбции стронция и фтора из фосфогипса цеолитами (клиноптилслитсодержащимн туфами месторождений Дзегои и Сокирница) // Сб.научн.трудоа Почз.ин-та им.В.В.Докучаева. Повышение плодородия солонцовых и засолон. поча. - М., 1994. - С.100-120.

3. Крутилина B.C., Гончарова НА., Панов Н.П. Особенности кинотики и статики стронция цеолитами из мглиорентоз // Сб.нзучн.трудов Почз. ин-та им. В.Докучаеза. Почзы 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 зколсгичсски безопасных технологий химической мелиорации солонцовых

почз И Сб.нзучн.трудов Почв, ин-та им. З.В.Догучзсва. Почвы засушлизой зоны и их изменение г.од влиянием орошения. - М., 1S94. - С.124-134.

5. Гончарова НА., Панов К.П., Крутилина B.C., Хрипукова Г.Л., Наумозп Л.М., Родионова Л.П. и Меркулов П.И. Разработка экологич&ски безопасных технологий хим.мелиорации солонцовых почв // Междунар. конференция почвоведов: Почз. ресурсы Прикаспийского региона... 7-12 сент.1994 г.: Тез. докл. - Астрахань. - 1S94. - С. 101-103

6. Панов Н.П., Гончарова НА., Крутилина B.C., Хрипуноза Г.Л. Эколоточеская оценка применения природных цеолитез при хим.мелиорации солонцовых почз // II Всероссийский съезд почвоведов, Санкт-Петербург, 1996: Тез. докл. - Самкт-Петербург. - 1996. - Т.2. - С.2£3-289

7. Гончарова НА., Крутилина B.C., Паноз Н.П. Влияние цеолита на биологический уронен и поступление Sr в растения // Ме:ед.симпозиум: Тгвкглыа металлы в окру>х. средо: 15-18 октября 19S3, г.Пуцино. - СО. тезисов. - Пугцино. - 1996. - С. 155-156.

8. Krutilina V.S., Goncharova NA., Letchamo IV. // Kinetics and Statics of Strontium Adsorption. 42nd Annual Meeting of the Candlan Soc. of Soil Scl., Jury 711 1S96/ - Lethbrldgo, Alberta. - Ccnada Journal of Soil Scl., 1996 (10):45

9. KruK'ina V.S., Goncharova NA., Letchamo VV. // Influence of Zeolites' on Blo!o(jiccl Yield and the Uptake of Strontium In Plants. 42nd Annual Meeting of the Ccndlcn Soo. of Soil Scl., July 7-11 1996. - Lethbridgo, Alberta. - Canada Journal of Soil Scl., 1996 (10):46