Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологические аспекты применения нейтрализованного фосфогипса на лугово-черноземной почве в сельскохозяйственном производстве Краснодарского края

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологические аспекты применения нейтрализованного фосфогипса на лугово-черноземной почве в сельскохозяйственном производстве Краснодарского края"

На правах рукописи

ООьь-эо00*'

ЛОКТИОНОВ Михаил Юрьевич

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ НЕЙТРАЛИЗОВАННОГО ФОСФОГИПСА НА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЕ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

Специальность: 03.02.08 - Экология (биология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г 1 ноя 2013

Москва - 2013 год

005538589

Диссертационная работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии имени Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии (ГНУ ВНИИА Россельхозакадемии)

Научный консультант: Сычёв Виктор Гаврилович

академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, директор ГНУ Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии имени Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии

Официальные оппоненты: Яшин Иван Михайлович

доктор биологических наук, профессор кафедры экологии ФГБОУ ВПО «Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К. А. Тимирязева»

Ермаков Антон Александрович

кандидат биологических наук, директор ФГБУ Государственного центра агрохимической службы «Московский»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский университет дружбы народов (РУДН)

Защита состоится «11» декабря 2013 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.043.03 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 15 (тел/факс: 8(499) 976-24-92, dissovet@timacad.ru)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ЦНБ ФГБОУ ВПО «РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева»

Автореферат разослан « У » (V с./ 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

О.В. Селицкая

Актуальность темы. Стратегия устойчивого развития страны в агроэколо-гической сфере должна строиться на сохранении и восстановлении естественных экосистем, стабилизации и улучшения качества окружающей среды, организации переработки и применения побочных продуктов и отходов промышленности. Эффективное и экологически безопасное использование побочных продуктов производства минеральных удобрений справедливо связывают с проблемой рационального использования природных ресурсов. При этом решается комплекс важнейших задач: более полное использование сырьевых ресурсов, улучшение экологической обстановки в регионе, экономически и агрономически эффективное повышение плодородия почв. В ряду таких продуктов находится нейтрализованный фосфогипс (ФГ), использование которого в рисоводстве, может существенно улучшить физико-химические свойства почв, их водно-воздушный и пищевой режим, увеличить содержания обменного кальция в ПГЖ. Однако, ФГ имеет ряд недостатков, главный из которых наличие в его составе фтора и стронция, как нежелательных примесей.

В связи с этим, одной из основных задач экологии является разработка научно-обоснованных норм и способов применения ФГ для получения экологически безопасной растениеводческой продукции. Однако исследований, проведенных в этом направлении, в зоне рисосеяния практически нет. Из всего вышеизложенного вытекает актуальность и необходимость проведения исследований по агроэкологической оценке влияния ФГ в условиях орошения на комплекс агрохимических, физико-химических показателей почвенного плодородия, урожай и качество зерна риса.

Целью исследований явилось изучение экологически обоснованных способов оптимизации плодородия лугово-чернозёмных почв рисовых систем Краснодарского края, разработка природоохранных и агромелиоративных мероприятий, методов рационального использования нейтрализованного фосфо-гипса и получения экологически безопасной продукции растениеводства. Для выполнения этой цели решались следующие задачи:

- провести оценку химического состава фосфогипса в зависимости от состава фосфатного сырья и срока хранения ФГ в отвалах;

- исследовать влияние фосфогипса на кислотно-основные, физико-химические и агрохимические свойства лугово-чернозёмных почв;

- разработать оптимальные дозы фосфогипса для получения максимального урожая и улучшения качества зерна риса;

- выявить эффективность фосфогипса в посевах риса в качестве фосфорного удобрения;

- исследовать эффективность фосфогипса на различных фонах обеспеченности почвы элементами питания на формирование урожайности риса и показатели качества зерна;

- изучить влияние фосфогипса на накопление потенциально опасных примесей стронция и фтора в почве, оросительной воде и растениях риса;

- разработать экологически безопасные способы применения фосфогипса в рисовых севооборотах.

Новизна исследований состоит в разработке экологически безопасной дифференцированной системы удобрения риса в условиях орошения. Для районов рисосеяния Краснодарского края изучена направленность почвенных процессов в рисовых почвах и пути регулирования физико-химических и агрохимических свойств, водного и питательного режимов, установлено положительное действие ФГ на повышение эффективности минеральных удобрений и плодородие лугово-черноземных почв. Установлено, что внесение ФГ способствует уменьшению содержания обменного натрия и стабилизации кальциевого режима рисовых почв. Изучены экологические и почвозащитные аспекты применения ФГ, выявлены уровни накопления фтора и стронция в почвах, оросительных водах и растениях риса при внесении различных доз фосфогипса.

Теоретическая и практическая значимость работы. Предложены пути решения проблемы рационального вовлечения ФГ в сельскохозяйственное производство. Разработана экологически обоснованная технология внесения минеральных удобрений и ФГ, обеспечивающая улучшение физико-химических, агрохимических свойств почвы, сохранение её плодородия и повышение урожайности риса. Разработаны рекомендации по экологически безопасному и агро-экономически эффективному применению ФГ в сельскохозяйственном производстве. Установлено, что внесение с ФГ совместно с минеральными удобрениями не приводит к заметному накоплению ТМ и фтора в почве, поэтому его можно рекомендовать в качестве мелиоранта и минерального удобрения на рисовых почвах.

Производству предложены научно-обоснованные ресурсосберегающие высокоэффективные приемы сохранения почвенного плодородия и приемы снижения негативных почвенных процессов, возникающих при орошении. Это обеспечивает экологическую устойчивость свойств агросистемы и увеличение урожая риса на лугово-черноземной почве в среднем на 4-10 ц/га.

Полученный новый фактический материал и теоретические положения используются в курсах лекций в Кубанском аграрном университете по дисциплинам: «Мелиорация почв», «Почвенная экология», «Экология».

Исследования выполнены в соответствии с государственными научно-исследовательскими программами ГНУ ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова и ГНУ ВНИИ риса Россельхозакадемии, научно-технического совета Краснодарского АПК.

Основные положения, выносимые на защиту.

- сравнительная оценка химического состава нейтрализованного фосфогипса в зависимости от состава фосфатного сырья и сроков хранения ФГ в отвалах;

- научное обоснование перспективных эколого-мелиоративных приемов регулирования плодородия орошаемых лугово-черноземных почв, снижения их деградации, оптимизации и почвенно-экологической ситуации и повышения урожайности риса;

- оценка почв, оросительных вод и растений риса по содержанию тяжелых металлов и фтора в последействии различных доз фосфогипса.

- рациональное использование нейтрализованного фосфогипса - это экономически целесообразное, социальное и экологически эффективное решение проблемы утилизации фосфогипса.

Достоверность и обоснованность научных положений, методических и практических рекомендаций, обобщенных результатов и выводов, представленных в диссертации, подтверждаются экспериментальными данными, полученными с применением комплекса широко апробированных стандартных методов анализов, статистической обработкой результатов эксперимента, проводимого по стандартной методике, высокой степенью сходимости результатов, положительными результатами апробации в производственных условиях.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, выполнении основной части экспериментальных исследований, анализе и обобщении полученной информации, статистической обработке и систематизации полученных материалов, анализе литературы по теме диссертации, апробации основных положений. В диссертации использованы материалы, полученные лично автором и в процессе совместной работы с ГНУ ВНИИ риса и Федеральным государственным унитарным предприятием рисоводческий племенной завод «Красноармейский» им. А.И. Майстренко.

Апробация работы: Основные положения диссертациинной работы обсуждались и получили положительную оценку на научных конференциях: кафедры агрохимии Кубанского государственного аграрного университета (20102012 г.), Международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие АПК в современных условиях юга России» (Майкоп, 2011), международной научной конференции «Перспективы применения средств химизации в ресурсосберегающих агротехнологиях» (М., ВНИИА, 2013), научно-практических семинарах для работников АПК Ростовской области и Краснодарского края (2012-2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 9 в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы. Основной материал изложен на 137 страницах машинописного текста. Работа включает 28 таблиц и 16 рисунков. Список литературы состоит из 231 работ (из них 34 работы зарубежных авторов).

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю академику РАСХН Сычёву В.Г. за неоценимую помощь в проведении работы, ценные советы и рекомендации на всех этапах исследования. Особую благодарность автор выражает сотрудникам ГНУ ВНИИ риса Рос-сельхозакадемии член-корреспонденту РАСХН, профессору Шеуджену А.Х, кандидату сельскохозяйственных наук Кизинку C.B. за полезные предложения, консультации и внимание к работе, а также Шумковой Н.М. за помощь в организации исследований и проведении анализов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В соответствии с задачами исследования были проведены полевые опыты в период 2009-2012 гг. на рисовой оросительной системе в ФГУП РПЗ «Красноармейский» имени Майстренко, Красноармейского района в древней дельте реки Кубань Краснодарского края. Район характеризуется умеренным увлажнением, по теплообеспеченности - умеренно жарким с суммой температур выше 10°С 3400-3800 и выше 15°С 2900-3000, гидротермический коэффициент составляет 0,9-1,3. Наиболее благоприятные температуры для прорастания риса-устойчивый переход через 15°С - наблюдаются с начала мая. Лето жаркое, среднемесячная температура июля 22-24°С, а максимальные - могут повышаться до 38-40°С; насчитывается до 90 дней со среднесуточной температурой более 20°С. По количеству выпадающих осадков характеризуемая территория относится к зоне недостаточного увлажнения.

Методики и объекты проведения исследований Объектом исследования являются лугово-черноземные почвы, сформированы преимущественно на тяжелых аллювиальных отложениях. Почва, средне обеспеченная подвижными формами азота и фосфора; содержание обменного калия повышенное: содержание гумуса (по Тюрину) в пахотном слое - 2,85%, подвижного фосфора и обменного калия (по Мачигину) соответственно 54,8 мг/кг и 328,5 мг/кг, рНсол. 5,8, рН водн.6,2, количество обменного кальция-34,6 мг-экв./100 г. почвы. Предшественник- многолетние травы. Содержание гумуса колеблется 3,5-3,7% и постепенно снижается вниз по профилю.

Исследования проводились на сорте риса Лиман, характеризующийся высокой урожайностью и хорошими технологическими качествами зерна. Исследования были проведены в двух полевых опытах:

Опыт 1. Оптимизация доз и способов внесения нейтрализованного ФГ в рисовых севооборотах. Схема опыта включала 5 вариантов (табл. 1). ФГ вносили перед посевом в дозах 0, 1,5, 3,0, 5,0 т/га поверхностно с дальнейшей заделкой в почву на глубину 10-15 см.

Опыт 2. Агроэкологическая оценка эффективности нейтрализованного ФГ в рисовых севооборотах как химического мелиоранта и фосфорного удобрения. Схема опыта включала 6 вариантов (табл. 1).

Таблица 1. Схема опытов

Опыт 1 Опыт 2

1. Контроль (б/удоб); 1. Контроль (б/удоб);

2. ИпоРэдКбо-фон; 2. ЫроКбо!

3. Фон+фосфогипс (ФГ), 1,5т/га; 3. Г^гоРмКво',

4. Фон+ ФГ, 3 т/га; 4. Фосфогипс, 3 т/га (ФГ);

5. Фон + ФГ, 5т/га. 5. Ы,2оКбо+ ФГ, Зт/га;

6. N,^90*60+ ФГ, Зт/га

Опыты заложены в 4-х кратной повторности. В обоих опытах ФГ вносили перед посевом поверхностно с дальнейшей заделкой в почву на глубину 10-15

см. Азотные удобрения вносили дробно: 60% - как основное удобрение и 40%-при подкормках в фазу кущения.

Фосфогипс является побочным продуктом производства экстракционной фосфорной кислоты, в соответствии с ТУ 113-08-418-94, относящийся к V кн. опасности (СП 2.1.7.1386-03). Площадка с отвалами ФГ ОАО «ЕвроХим-БМУ» расположена в 8,5 км от г. Белореченск Краснодарского края на водоразделе ручьев Ганжа 2 и 3. Абсолютные отметки изменяются от 135,0 м до 125,5.

Возделывание риса в опытах проводили в соответствии с рекомендациями ВНИИ риса. Фенологические наблюдения за посевами и биометрический анализ растений проводили по общепринятой методике (Сметанин А.П. и др., 1972). Площадь листьев определяли методом высечек; чистую продуктивность фотосинтеза - по изменению прироста биомассы растений с 1 м листовой поверхности за сутки по Ничипоровичу (Ничипорович A.A. и др. 1961); содержание общего азота, фосфора и калия в растениях из одной навески по методике Куркаев В.Т. (1970) в модификации Щукина М.М. (1985, 1985а), кальция- по методу А.Х. Бадагянц (Куркаев В.Т., Шеуджен А.Х., 2000).

В почвенных образцах определяли: Са2+ и Mg2+- тригонометрически, обменный натрий в почвах по И.Н. Антипову-Каратаеву; pH - по ГОСТ 26483-85; подвижные соединения фосфора и обменного калия по методу Мачигина -ГОСТ 26205-91; органическое вещество (гумус) по методу Тюрина - ГОСТ 26213-91; Тяжелые металлы МУ МСХ РФ от 10.03.92 г.

В почвенных образцах полевую влажность определяли весовым методом, гранулометрический состав по методу H.A. Качинского, плотность почвы методом режущего кольца, содержание микроагрегатов - агрегатным анализом согласно пособию «Теории и методы физики почв» под ред. Шеина Е.В. и др., 2007. Результаты исследований были обработаны статистическими методами обработки (Доспехов Б.А., 1985; ДзюбаВ.А., 2007).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Мониторинг применения фосфогипса в земледелии

Мировое производство фосфорных удобрений, составляет около 200 млн т в год. Сырьем для их производства служат апатиты или фосфориты, которые имеют высокое соотношение кальция к фосфору, что и обусловливает при методе их кислотной переработки образование огромных количеств ФГ. При получении 1 т фосфорной кислоты образуется 3,6-6,2 т ФГ. Мировой годовой выход ФГ составляет > 150 млн т, на долю России приходится ~ 14 млн т, и он практически весь направляется на хранение в отвалы.

Основу ФГ составляет > 94% CaS04. В его составе в качестве примесей присутствуют остатки фосфатов, фосфорной кислоты (2-4%, в том числе до 1,5% водорастворимой), полуторных оксидов, соединений кремния, микропримесей редкоземельных элементов. ФГ может быть применяться в земледелии страны, как химический мелиорант для устранения засоленности почвы. По сведениям МСХ РФ в Северокавказском экономическом районе выявлено 3272,6 тыс.га или 15% засоленных почв, в Дагестане - 1526,3 тыс. га, в Республике Адыгея - 2,1

тыс. га, Ставропольском крае - 1180,3 тыс. га. В Краснодарском крае выявлено более 110 тыс. га солонцовых и засоленных пахотных почв, что в основном связано с плохой дренированностью и близким уровнем залегания минерализованных вод (Кречко, 1956; Кириченко и др., 1965; Блажний , 1971).

На основании обобщения литературных и полученных в наших экспериментах данных по агроэкологической эффективности ФГ и анализа возможного решения проблемы внедрения энергосберегающих приемов повышения плодородия почв, мы разработали схему взаимосвязи факторов и направлений влияния ФГ при использовании его в сельскохозяйственном производстве (рис.1).

Рис. 1. Взаимодействие факторов при эффективном действии фосфогипса

На схеме отражено, что высокий экологический, экономический и агрономический эффект от внесения фосфогипса обеспечивается и прямым действием в улучшении физико-химических, агрохимических и биологических свойств почв, и созданием на длительный период благоприятных условий для пополнения в почве и усвоения растениями макро- и микроэлементов. В связи с этим, в

одних случаях наиболее эффективным для улучшения экологического состояния агроценоза и повышения урожайности культур может оказаться совместное применение ФГ и минеральных удобрений, в других - систематическое применение мелиоранта в сочетании с агротехническими мероприятиями (вспашка, заделка на большую глубину и т.д.).

Использование фосфогипса и оценка его качества, как экологически безопасного мелиоранта в земледелии Краснодарского края

Краснодарский край является основным рисосеющим районом страны. Около 1/3 орошаемых земель на Северном Кавказе вследствие подтопления, переувлажнения, вторичного засоления, осолонцевания, стилизации, подкис-ления, утраты агрономически ценных агрегатов, снижения запасов гумуса, декальцинации почв, находятся в неудовлетворительном состоянии (Розано-ваЭ.Ф. и др., 1973; 1986; Маслов Б.С., 1998; Лисконов А.Т. и др., 1989). В определенной степени решить проблему повышения плодородия почв, улучшения физико-химических свойств почв, оптимизации питания растений, повышения продуктивности и устойчивости земледелия, возможно при использовании ФГ, получаемого ОАО «ЕвроХим-БМУ». Запасы ФГ в Краснодарском крае составляют >4,5 млн. тонн, занимают обширную площадь и требуют значительных финансовых затрат на содержание. Имеющийся в практике опыт утилизации ФГ в сельском хозяйстве не нашёл широкого применения и использования по экономическим и технологическим соображениям (рис.2).

Рис. 2. Доля использования ФГ в сельском хозяйстве от общего количества, хранящегося в отвалах

В ходе исследования химического состава ФГ было определено валовое содержание ТМ и фтора. С этой целью в отвалах ФГ с различной глубины были отобраны пробы. Средние результаты анализов приведены в таблице 2-3.

Полученные данные свидетельствуют о том, что содержание ТМ по валовому содержанию, и концентрации подвижных форм элементов, колеблются в пределах 2-38%. Наибольшие колебания выявлены по содержанию цинка, наименьшие — по кадмию, более высокое содержание характерно для свинца, а наименьшее — для кадмия, образуя при этом следующий убывающий ряд: РЬ >Си >Мп >Хп > № > Со > Сг> Сс1

Таблица 2. Химический состав фосфогипса ОАО «Еврохим-БМУ»

(в среднем из 40 проб, % воздушно-сухой массы)

Элемент Содержание Элемент Содержание Элемент Содержание

м§о 0,025 8г 0,46 А1203 0,070

БЮз 20,98 Ва 0,021 V <0,001

СаО 37,12 Сг <0,001 У 0,0014

5 общая 21,5 Мп 0,001 Ъх 0,0075

к2о <0,001 тю2 0,007 Ьа 0,02

Робш (по Р205) 3,2 Си 0,0008 С1 общий <0,001

Се (Се02) 0,11 Углерод общ 0,41

Таблица 3. Содержание ТМ и фтора в пробах фосфогипса _ОАО «Еврохим-БМУ» (в среднем из 40 проб)_

Содержание, мг/кг

Эле мент 2010 год 2012 год среднее из 40 проб

среднее из 20 проб

подвиж- подвиж- подвиж-

ных форм ных форм ных форм

РЬ 37,6±9,3 0,9±0,08 26,3±12,3 0,7±0,11 31,9±11,3 0,8±0,1

С<1 2,0±0,11 0,0005 2,7±0,09 0,0006 2,35±0,10 0,0005

Си 27,9± 1,23 1,15±0,12 25,0±2,74 1,25±0,14 26,5±1,98 1,20±0,13

гп 16,8±2,41 1,24±0,11 7,2±2,31 1,45±0,22 12,0±2,36 1,35±0,17

Сг 4,2±0,25 1,52±0,21 2,6±0,56 1,26±0,23 3,4±0,41 1,39±0,22

Со 4,5±0,68 0,42±0,09 3,0±1,32 0,29±0,11 3,75±1,00 0,36±0,10

№ 6,5±0,22 0,40±0,13 8,6±1,14 0,52±0,19 7,55±0,68 0,46±0,16

Мп 15,4±0,81 4,45±0,31 17,1±3,12 4,62±0,62 16,5±1,96 4,54±0,47

Р 1900±93 290±23 2080±24 320±43 1990±52 305±33

Сравнительный анализ состава отечественных и зарубежных фосфоритов, показал, что ковдорские, характеризуются более низким содержанием токсичных примесей Аэ, Сё, РЬ, N1, Ъл, Си, Сг, невысоким содержанием И (до 1,2%). При оценке возможного загрязнения окружающей среды в случае использовании ФГ необходимо учитывать, что большая часть ТМ, содержащихся в фосфатном сырье, при его переработке переходит в минеральные удобрения. Долевой состав ТМ в минеральных удобрениях в сравнении с природным сырьем при различных способах его разложения представлен в таблице 4.

ФГ содержит ~ 0,47% общего фтора и 0,46% стабильного стронция. Содержание водорастворимых фторидов колеблется в широком интервале от очень малых величин - 0,0016-0,0,0042% до 0,02%. Эти данные были использованы при разработке рекомендаций по применению ФГ в сельском хозяйстве (Байбеков, Шильников, Локтионов, и др. 2012).

Уровень радиоактивности ФГ ниже естественного фонового уровня в районе проведения исследований. Эффективная удельная активность (Аэфф) природных радионуклидов составляет 60-90 Бк/кг, следовательно, ФГ по радиологической характеристике может быть использован без ограничений (табл. 5).

Таблица 4. Содержание ТМ в минеральных удобрениях в сравнении

с природным фосфатным сырьем, %

Химический элемент в составе минеральных удобрений Способ разложения фосфатного сырья

сернокислотное азотнокислотное

апатитовые концентраты фосфоритовые концентраты апатитовые концентраты фосфоритовые концентраты

доля тяжелых металлов в сравнении с природным сырьем, %

Сс1 60 50-80 70-80 60-80

РЬ 20-30 10-20 60-80 -

Си 40 60 60-80 70-90

Нк 20 10 60-80 70-90

Ав 80 70-90 70-90 70-90

Бг 3-5 90 60-80 70-90

№ 75 50 60-80 70-90

гп 30-35 50-85 60-80 70-90

Со 60 - 70-80 >80

Сг 80 90 >70 >80

Мп 90 - - -

V 30 - - -

р 55 40-80 10-20 -

Таблица 5. Содержание радиоактивных элементов в фосфогипсе

Показатели Эффективная удельная активность, Бк/кг

Яа-226 ТЬ-232 К-40 Аэфф

Средне из 50 проб 48-52±8,0 12-15±7,0 83-89±21 60-90

Изменение кислотно-основных свойств лугово-чернозёмной почвы, как фактора экологической стабильности

Использование ФГ оказало влияние на качественный состав гумуса: за три года проведения опыта в пахотном слое увеличилась доля гуминовых кислот, а также содержание гуминовых кислот, связанных с кальцием. Прирост содержания гумуса в почве с внесением ФГ 3-5 т/га в среднем за 3 года составил 0,2%.

Выявлено, что ФГ уже в 1-ый год действия изменяет уровень кислотности среды (табл. 6). Вниз по профилю уровень реакции сдвигается в слабощелочную сторону, что вполне благоприятно для роста и развития растений риса.

Исследуемые почвы характеризуются высоким содержанием поглощенных оснований. В слое 0-20 см на контроле она достигает 25,7 мг-экв/100 г, на долю кальция приходится 79% в верхнем горизонте почвы. При внесении ФГ в дозе 3,0 т/га сумма оснований увеличивается до 28,72 мг-экв/100г почвы, а доля кальция возрастает до 87%. С увеличением дозы ФГ до 5,0 т/га эти показатели увеличиваются соответственно до 30,1 мг-экв/100 г почвы и 89,9%.

Максимальное содержание кальция обнаруживается в слое почвы 60-80 см, а магния на глубине 120-150 см. С увеличением дозы мелиоранта возрастают потери элементов: при дозе 5,0 т/га содержание магния в слое 120-150 см дохо-

дило до 7,23 мг-экв/100 г. Поступление в почву кальция с ФГ обеспечивает стабилизацию кальциевого режима.

Таблица 6. Влияние фосфогипса на кислотно-основные свойства почвы

Вариант опыта Слой* почвы,см Показатели

рн содержание, мг-экв/100 г почвы

Са | Мв | N3

в среднем за 3 года %,± к контролю

Контроль, б/удоб. 0-20 5,80 22,83 2,89 3,2 -

20-40 5,95 19,13 3,15 3,6 -

МшРбоКбо фон 0-20 5,70 21,91 2,79 2,9 -10,0

20-40 5,87 20,73 2,87 3,3

Фон+ ФГ, 1,5 т/га 0-20 6,03 23,58 2,45 2,1 -34,3

20-40 6,21 21,37 2,61 4,1

Фон + ФГ, 3,0 т/га 0-20 6,06 24,97 1,95 1,8 -43,7

20-40 6,50 22,05 2,15 4,3

Фон + ФГ, 5,0 т/га 0-20 6,02 27,10 1,74 1,3 -59,4

20-40 6,41 23,54 1,99 4,8

НСР05 0,15 1,73 0,5 0,5

*отбор почвенных проб проводили после уборки урожая риса.

Внесение ФГ оказало влияние на подвижность элементов. В подпахотном горизонте увеличивается содержание натрия, что обусловлено действием кальция мелиоранта. В слое почвы 20-40 см содержание обменного Иа+ в зависимости от дозы ФГ в сравнении с верхним горизонтом увеличилось в 2,5-3,6 раза. Существенной разницы между действием дозы 5,0 т/га и 3,0 т/га не выявлено. Поэтому с учетом экономической составляющей, считаем, что наиболее эффективной была доза ФГ 3,0 т/га.

Применение ФГ как отдельно, так и в сочетании с минеральными удобрениями увеличивало емкость поглощения на 4,6-9,2%. Аналогичным образом, только с большей интенсивностью величина показателя изменялась в подпахотном горизонте 20-40 см (табл.7).

Таблица 7. Изменение емкости поглощения в условиях применения _нейтрализованного фосфогипса_

Варианты опыта Емкость поглощения

мг-экв/100 г +/- к контролю, %

0-20 см 20-40 см 0-20см 20-40 см

Контроль (б/удоб) 30,9 35,8 - -

>112оР9оК<;о-фОН 31,9 37,0 3,2 3,4

Фон+ФГ, 1,5т/га 32,0 37,5 3,6 4,8

Фон+ ФГ, 3 т/га 32,7 38,9 5,8 8,7

Фон+ ФГ, 5т/га 32,9 38,2 6,5 6,7

НСР05 1,2 1,4

Влияние различных доз нейтрализованного фосфогипса на формирование

продуктивности риса

Применение ФГ положительно повлияло на рост и развитие риса: отмечено увеличение высоты растений на 3,0-5,8 см, в среднем за 3 года с 89,7 см на контроле до 95,5 см на фоне дозы 3,0 т/га, количества корней на 11,0-14,0 шт./раст., увеличение кустистости и числа колосков в среднем на 162-206 шт./10 растений. Наибольшие величины показателей наблюдались в варианте с внесением ФГ в дозе 3,0 т/га, в том числе масса 1000 зерен увеличилась на 1,4 г- до 31,4 г, что обусловило повышение урожая зерна риса (табл. 8).

Таблица 8. Влияние нейтрализованного фосфогипса на формирование _структуры урожая риса (в среднем за 3 года)_^_

Варианты опыта Густота стояния, шт/м2 Выживаемость растений, % Число продуктивных стеблей, шт/м2 Длина «етёлки см Пусто-зёр- ность, %

всходы перед уборкой

Контроль (б/удобр) 226 150 66,4 199 12,9 14,9

ипороокбо-фон 239 191 79,9 343 13,6 17,0

Фон + ФГ, 1,5т/га 238 183 77,0 361 13,5 16,4

Фон+ ФГ, 3 т/га 241 196 81,3 387 13,7 17,4

Фон+ ФГ, 5т/га 243 191 78,6 381 13,6 17,7

НСР05 9,0 13,0 7,3 21,0 0,3 1.1

Таблица 9. Влияние фосфогипса на формирование урожайности риса __(в среднем за 3 года) _

Варианты опыта Масса, г Урожай зерна, ц/га Прибавка урожая

зерна с гл. метёлки 1000 зерен < контролю от фосфогипса

ц/га

Контроль (б/удоб) 2,9 30,4 41,3 - -

^„РадКбо-фон 3,2 31,5 58,4 17,1 -

Фон +ФГ, 1,5т/га 3,3 31,2 60,2 18,9 1,8

Фон+ ФГ, 3 т/га 3,5 31,4 63,4 22,1 5,0

Фон+ ФГ, 5т/га 3,4 31,4 63,2 21,9 4,8

НСР05 0,5 1,1 3,1

Применение ФГ обеспечило увеличение густоты стояния в фазе всходов на фоне различных доз ФГ на 5,3-7,5%, числа продуктивных стеблей на 81,494,5% (табл. 8), что обеспечило формирование большего урожая, который возрастал в среднем на 1,8-5,0 ц/га (табл. 9). Наибольший эффект достигался при внесении ФГ в дозе 3,0 т/га.

Влияние фосфогииса в сочетании с минеральными удобрениями на физико-химические свойства почвы

Исследования показали, что объемная масса лугово-чернозёмной почвы пахотного горизонта составляла 1,19-1,27 г/см3. С глубиной величина показателя возрастала, и в слое почвенного профиля на глубине 60-80 см составляла 1,38-1,46 г/см3, плотность почвы повысилась от рыхлой и уплотнённой в верхних горизонтах до плотной в нижней части профиля.

При анализе полевой влажности почвы было определено, что при внесении ФГ влажность почвенной пробы была достоверно выше в сравнении с контролем и фоновым вариантом в среднем на 5,7-6,5%. Этот факт свидетельствуют о том, что ФГ способствует увеличению агрегированное™ почвы и более длительному удержанию влаги.

Проведенные исследования показывают, что преобладающей фракцией почвы является физическая глина (частицы <0.01 мм), содержание которой в пределах профиля колеблется от 32 до 50%. Усредненные данные по гранулометрическому составу почвы приведены в таблице 10. Выявлено достоверное увеличение содержания мелкодисперсной фракции (<0,005 мм) почвы, способствующей образованию макро- и микроагрегатов в варианте «ИпоР^Кбо + ФГ, 3 т/га» в сравнении с контролем на 11%.

Этот факт заслуживает внимания, так как фракция <0,005 мм отличается активной коагуляцией, высокой поглотительной способностью и значительным содержанием гумусовых веществ и элементов питания (Тюлин, 1958; Шеин, Карпачевский, 2007).

Отмечено изменение отношения почвенных фракций <0,005 мм к фракции >0,005 мм: при внесении ФГ этот показатель увеличивается в слое 0-20 см с 0,47 на контрольном варианте до 0,56 в варианте «Фон + ФГ, 3 т/га.

Исследование гранулометрического состава ФГ (совместно с Белюченко, До-брыдневым, Муравьевым, 2010) показало, что на долю частиц <0,25 мм приходится 64-75%, <0,1 мм - 30-36%. Удельная поверхность ФГ 3100-3600 см2/г, что при его внесении способствует образованию в почве агрегатов размером <2 мм, а с мелкодисперсными частицами достаточно прочные микроагрегаты. Это обусловливает уменьшение плотности, улучшение аэрации почвы, увеличение по-розности, влагоудержания и более экономный расход почвенной влаги.

В исходной почве перед закладкой опыта количество подвижных фосфатов по вариантам опыта колебалось в пределах 59,4-60,8 мг/кг почвы. Под влиянием исследуемых факторов в опыте наметилась устойчивая тенденция увеличения количества подвижных фосфатов к началу кущения. В эту фазу развития растений концентрация фосфатов в вариантах без внесения ФГ составляла 64,565,6 мг/кг на контроле и варианте ЫК и 73,5 мг/кг на фоне полного минерального удобрения. В фазу кущения отмечается некоторое снижение количества фосфатов в почве на этих вариантах, что может быть следствием активного роста растений и поглощения ими фосфора (табл. 11).

Таблица 10. Влияние фосфогипса на гранулометрический состав лугово-черноземной почвы

Варианты опыта, слой почвы Содержание фракций, % (на абсол. сухую почву) Отношение фракций <0,005 мм к фракции >0,005 мм

Фракции почвы, мм Сумма фракций

1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0.001 <0,005 мм >0,005 мм

Контроль (без/удобрений)

0-20 см 3,9 39,91 23,38 1,23 11,28 20,90 32,18 67,82 0,47

20-40 см 6,1 37,59 24,44 2,34 9,82 19,71 29,51 70,49 0,42

40-70 см 6,2 32,64 31,76 3,87 8,56 16,97 25,53 74,47 0,34

Фон (ЫРК) + фосфогипс в дозе 3 т/га

0-20 см 2,8 36,89 23,23 1,19 14,85 21,04 35,89 64,11 0,56

20-40 см 5,4 25,45 29,38 2,97 11,52 25,28 36,8 63,2 0,58

40-70 см 6,1 33,71 26,84 3,12 10,15 20,08 30,23 69,77 0,43

V)

Таблица 11. Содержание подвижных фосфатов в почве по фазам развития растений риса при внесении фосфогипса

Варианты опыта Фаза развития растений

до посева всходы кущение выметывание полная спелость

содержание подвижного фосфора, мг/кг

Контроль (б/удоб) 60,5 63,0 61,2 67,0 62,1

N120^60 60,3 64,5 61,3 69,0 62,8

^20Р9оК60 60,8 73,5 69,9 74,5 67,0

ФГ, 3 т/га 59,4 63,9 62,2 71,5 65,0

N120^60+ ФГ, Зт/га 60,3 65,4 65,2 73,7 65,9

^2оР9оКбо+ ФГ, Зт/га 59,6 69,9 75,0 74,9 73,6

НСР05 2,1 1,8 3,2 2,4

В фазе выметывания отмечается вновь подъем концентрации фосфатов в почве, что обусловлено, возможным резким снижением поглощения фосфора растениями. В фазе полной спелости зерна снижение содержания подвижных форм фосфатов на вариантах без внесения ФГ отмечено до 62,0-62,8 мг/кг на контроле и варианте МС и до 67,0 мг/кг на фоне полного минерального удобрения, что обусловлено сменой восстановительных условий в почве на окислительные. Внесение ФГ в почву в дозе 3,0 т/га не повлияло на выявленную закономерность динамики подвижных фосфатов по фазам развития растений. Однако величины показателя на всех вариантах были в сравнении с исходными средними значениями выше.

Таким образом, применение фосфогипса в качестве фосфорного удобрения эффективно и достоверно увеличивает содержание подвижных фосфатов в лу-гово-черноземных почвах рисовых севооборотов.

Эколого-агрохимическая эффективность фосфогипса, как мелиоранта и фосфорного удобрения в посевах риса

Результаты исследований свидетельствуют о положительном влиянии ФГ на рост растений, начиная с фазы всходов и до завершения вегетации. Внесение только ФГ обусловило увеличение высоты растений на 3-5%, а при сочетании ФГ с минеральными удобрениями в фазе полной спелости - на 25%. Применение азотных и калийных удобрений на фоне ФГ было практически равноценным по сравнению с сочетанием мелиоранта с полным минеральным удобрением, что доказывает эффективность ФГ, как фосфорного удобрения.

Полученные данные свидетельствуют о том, что выявленные закономерности по влиянию изучаемых факторов на рост растений были аналогичны и при формировании листовой поверхности растений (табл. 12). Различия по вариантам сохраняются до конца вегетации риса, наибольшие значения показателя отмечены на при сочетании минеральных удобрений и ФГ -146,9 см /растение, что в сравнении с контролем больше на 106% или более чем в 2 раза.

Таблица 12. Влияние ФГ на формирование ассимиляционной поверхности риса

Варианты опыта Площадь ассимиляционной поверхности, см7раст.

Фазы развития растений риса

всходы кущение трубкование вымётывание

Контроль (б/удоб) 3,9 31,6 54,6 71,3

N120^0 6,6 93,2 123,7 137,9

^гсЛоКбо 6,7 95,7 129,9 145,5

ФГ, 3 т/га 4,2 35,9 55,2 78,8

N120^0+ ФГ, Зт/га 6,7 95,1 131,0 146,9

МшР90К6о+ ФГ, Зт/га 6,9 96,1 129,7 146,8

НСР05 фактор А 0,3 8,7 9,7 6,9

НСР05 фактор Б 0,7 17,5 19,9 12,9

НСР05 фактор АБ 1,1 26,3 31,0 20,3

Исследование динамики накопления массы растений риса показало, что прирост сухой массы находится в тесной зависимости от применяемых в опыте агрохимических средств. Наименьшие различия отмечены в фазу всходов: разница по массе 10 растений по вариантам не достоверна, однако начиная с фазы кущения, отчетливо проявилось действие факторов: применение ФГ в сочетании как с азотно-калийными, так и полным минеральным удобрением обеспечило получение практически равноценного эффекта.

Снижение интенсивности роста растений на неудобренном варианте тесно связано с недостатком питания в среде, содержание азота в надземной массе растений в этом варианте в течение вегетации падало (табл. 13). Максимальное количество азота в листьях в начальные фазы развития риса в зависимости от применяемых удобрений составляло от 3,28 до 4,19%. Внесение ФГ в сочетании с минеральными удобрениями обеспечило повышение содержания азота на 28-30,5%. Начиная с фазы вымётывания и трубкования содержание элемента снижается до 1,39-1,75%. Максимальное количество азота во все фазы развития растений выявлено в варианте с применением ФГ в сочетании с минеральными удобрениями, причем разница по вариантам с ЫК и №К недостоверна, что указывает на эффективность ФГ, как минерального удобрения. Увеличение азота в зерне на 6,5-9,3% при внесении ФГ положительно сказалось на сборе белка (табл. 13).

Таблица 13. Динамика содержания азота в надземной части растений риса

Варианты опыта Содержание азота, %

Фазы развития растений риса

всходы кущение трубко-вание вымётывание полная спелость

зерно солома

Контроль (б/удоб) 3,22 2,11 1,69 1,31 1,29 0,69

N120^0 4,12 2,74 1,88 1,71 1,34 0,79

И.гоРооКбо 4,16 2,85 1,91 1,75 1,38 0,81

ФГ, 3 т/га 3,28 2,13 1,73 1,39 1,31 0,71

N,20100+ ФГ, Зт/га 4,14 2,65 1,86 1,73 1,37 0,81

^20Р9оК«,+ ФГ, Зт/га 4,19 2,73 1,91 1,75 1,41 0,84

НСР05 фактор А 0,07 0,04 0,02 0,03 0,02 0,02

НСР05 фактор Б 0,14 0,06 0,03 0,05 0,04 0,03

НСР05 фактор АБ 0,21 0,09 0,04 0,07 0,06 0,04

Содержание фосфора в растениях по фазам их развития в сравнении с количеством азота значительно ниже, наибольшие величины показателя определяются в начальный период вегетации - 0,81-1,31%, прослеживается зависимость концентрации фосфора в биомассе от применяемых удобрений (табл.14).

Применение ФГ с полным минеральным удобрением обусловило увеличение содержания фосфора на 61,7%, а с азотно-калийными на 49,4%. Динамика фосфора характеризуется плавным убыванием к фазе вымётывания до 0,560,69%. Содержание фосфора в зерне риса характеризуется незначительным ко-

лебанием по вариантам опыта 0,7-0,77%, различия находятся на пределе достоверности, однако лучшие показатели выявлены в варианте с внесением фосфо-гипса и полного минерального удобрения.

Таблица 14. Динамика содержания фосфора в растениях риса

Варианты опыта Содержание фосфора, %

всходы кущение трубко-вание вымётывание полная спелость

зерно солома

Контроль (б/удоб) 0,81 0,69 0,63 0,56 0,70 0,29

N12оКбО 1Д2 0,91 0,76 0,61 0,73 0,31

М120Р90Кб0 0,25 1,02 0,79 0,64 0,76 0,33

ФГ, 3 т/га 0,90 0,79 0,68 0,60 0,72 0,30

N120^0+ ФГ, Зт/га 1,21 1,02 0,79 0,65 0,75 0,33

Ы120Р9оК60+ ФГ, Зт/га 1,31 1,10 0,81 0,69 0,77 0,35

НСР05 фактор А 0,05 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02

НСР05 фактор Б 0,07 0,07 0,03 0,03 0,02 0,02

НСР05 фактор АБ 0,14 0,1 0,06 0,04 0,03 0,01

Величины содержания калия в надземной части растений в сравнении с азотом и фосфором были более высокие, однако, выявленные закономерности по динамике содержания элемента аналогичны двум вышерассмотренным.

Наибольшая концентрация калия определяется в начальные периоды развития - 3,18-4,31%. Применение ФГ в сочетании с N,20X60 и ЫюоРэдКбо обусловило увеличение содержания калия в растениях на 33,3 и 35,5% соответственно. К фазе выметывание содержание калия снижается, на фоне лучших вариантов на 37,2 и 34,8% соответственно, что связано с реутилизацией. Содержание калия в зерне риса практически не изменялось, мало зависело от различных сочетаний удобрений и составляло 0,3-0,37%, однако верхний предел концентрации элемента определяется в вариантах с внесением ФГ и ЫРК (табл. 15)

Таблица 15. Динамика содержания калия в надземной части растений риса

Содержание калия, %

Варианты опыта всходы кущение трубко-вание вымётывание полная спелость

зерно солома

Контроль (б/удоб) 3,18 2,83 2,41 2,01 0,30 1,71

N120X60 4,15 3,96 3,17 2,63 0,33 2,31

^20Р90Кб0 4,19 4,05 3,25 2,79 0,35 2,33

ФГ, 3 т/га 3,34 2,96 2,57 2,12 0,31 1,79

N,20^0+ ФГ, Зт/га 4,24 4,01 3,20 2,70 0,34 2,33

^2оР9оКбо+ФГ, Зт/га 4,31 4,11 3,33 2,81 0,37 2,40

НСР05 фактор А 0,07 0,07 0,08 0,05 0,01 0,06

НСР05 фактор Б 0,13 0,15 0,14 0,09 0,02 0,11

НСР05 фактор АБ 0,21 0,22 0,24 0,17 0,02 0,19

Динамика содержания кальция в растениях характеризуется практически неизменяемыми величинами по фазам развития: 0,20-0,29% на контроле и 0,27-

0,43% при сочетании ФГ+ЫРК. Концентрация кальция в соломе (0,29-0,41% в зависимости от варианта опыта) значительно выше, чем в зерне (0,07-0,11%), в зависимости от применяемых агрохимических средств ~ в 3,5-4,3 раза. Различий в динамике содержания элемента между одноименными вариантами на фоне внесения ФГ и без него не обнаружено.

Внесение ФГ способствовало увеличению на 9,7% густоты стояния растений, которое в этом варианте составила 248 шт/м2. В сочетании с минеральными удобрениями внесение ФГ обеспечило образование в 1,2 раза большей продуктивной кустистости - 387-397 шт/м2. В сочетании с 1ЧК или №К внесение ФГ обеспечило увеличение массы зерна с одной метёлки на 36,8% (табл. 16).

Таблица 16. Влияние фосфогипса на формирование структуры урожая риса

Варианты опыта Густота стояния,шт/м2 Выживаемость растений, % Коэффициент кущения Число продуктивных стеблей, шт/м2

всходы перед уборкой

Контроль (б/удоб) 226 150 66,4 1,3 199

N120^0 233 180 77,3 1,8 322

И120Р90Кб0 239 191 79,9 1,8 343

ФГ, 3 т/га 248 176 71,0 1,5 229

К1МК6о+ ФГ, Зт/га 245 198 80,8 2,2 397

К1МР9оК6о+ ФГ, Зт/га 241 196 81,3 2,0 387

НСР05 9,0 13,0 7,3 21,0

Внесение ФГ отдельно и в сочетании с минеральными удобрениями обеспечивало устойчивую прибавку урожая зерна риса, которая составляла в среднем за три года 4,2-22,1 ц/га, на фоне минеральных удобрений в сравнении с контролем 53,5% (табл. 17). От применения ФГ получено дополнительной продукции не менее 4,2 ц/га. Оптимальным вариантом для получения максимальной прибавки урожая зерна риса был «Т^оКбо+ФГ, 3 т/га». Применение фосфорных удобрений на фоне ФГ заметной эффективности не оказало, однако без внесения ФГ их действие довольно четко проявилось.

Применение ФГ в сочетании минеральными удобрениями обеспечило достоверное увеличение белковости зерна с 7,1 до 7,3%. При внесении азотных и калийных удобрений величина трещиноватости снизилась с 28 до 20%, при внесении ФГ как одного, так и в сочетании с минеральными удобрениями до 25%. Общий выход крупы по вариантам варьировал от 70,8 до 71,5%, однако на выход целого ядра и дроблёнки факторы существенно повлияли: в контроле выход целого ядра 75,3%, при сочетании полного минерального удобрения и фосфогипса - 79,9%, соответственно меньше доля дроблёнки - 20,1%.

Таблица 17. Зависимость урожая риса от условий применения фосфогипса

Варианты опыта Урожай, ц/га Прибавка Показатели качества зерна

%к контролю от фосфо фо-гипса, ц/га содержание белка трещи-нова- тость, % выход крупы

целого ядра дроб лён-ки

Контроль (б/удоб) 41,3 - - 7,1 28 75,3 24,7

И,20К60 56,4 36,5 - 7,4 24 76,0 24,0

^гоРвоКбо 58,4 41,4 - 7,5 20 79,0 21,0

ФГ, 3 т/га 45,5 10,2 4,2 7,1 25 75,8 24,2

М120К60+ ФГ, Зт/га 63,4 53,5 7,0 7,2 25 76,8 23,2

Н12оР9оКбо+ ФГ, Зт/га 63,4 53,5 5,0 7,3 26 79,9 20,1

НСР05 1,6 0,15 2,0 2,0

Экологический прогноз возможности загрязнения окружающей среды в условиях применения фосфогипса

Валовое содержание фтора в изучаемых почвах колеблется от 115 до 148 мг/кг. При внесении 3,0 т/га фосфогипса не выявлено повышения содержания подвижного фтора в почве, в верхнем горизонте его содержание практически не отличалось от контрольного варианта и фонового содержания в почвах района и составляло 0,73-0,87 мг/кг почвы (при НСРо5=0,27), что не превышает уровня допустимых пределов ПДК.

Анализ распределения водорастворимого фтора по профилю почв свидетельствует о том, что фтор практически не мигрировал. На третий год исследования происходило снижение концентрации Р до 0,5-0,6 мг/кг, что означает его прочное связывание.

Наблюдения на рисовых чеках, где ФГ был внесен в дозах 3,0-5,0 т/га, за содержанием соединений фтора в системе мелиорируемые почвы-воды сбросного канала показали, что загрязнения не выявлено, содержание фторид-иона варьирует от 0,3 до 0,5 мг/л, что значительно ниже нормы (ПДК 1,5 мг/л). В сравнении укажем, что в природных водах некоторых рек региона наиболее часто встречаются концентрации фтора 0,4-0,8 мг/л.

Исследование качества зерна показало, что в зерне были обнаружены либо «следовые количества» фтора, либо на уровне 0,01 мг/кг, достоверной разницы по вариантам опыта не обнаружено, различия укладываются в ошибку определений. В соломе риса содержание фтора существенно выше - на уровне 1,681,75 мг/кг, но различия и в этом случае значимых пределов не достигли.

Исследования показали, что в почве рисовых севооборотов содержание ТМ находилось в пределах естественного фона, достоверного увеличения их концентрации при внесении 3,0 т/га ФГ не выявлено, что вполне укладывается в экологический регламент (табл. 18). Содержание и доля подвижных форм ТМ после внесения ФГ не превышает значений ПДК, следовательно, не представляет угрозы для растений.

Таблица 18. Влияние фосфогипса на содержание тяжелых металлов в лугово-черноземной почве

Варианты опыта Содержание тяжёлых металлов в почве, мг/кг

Хп Сс1 РЬ Щ Си Со N1 Мп

Валовое содержание, мг/кг

Контроль (б/удоб) 68,0±2,1 0,18±0,05 16,2±0,2 0,09±0,009 18,0±2,4 11,1±2,4 38,0±2,3 492±22,0

Фосфогипс, 3 т/га 67,0±2,4 0,16±0,07 15,5±0,3 0,07±0,023 20,0±1,6 10,3±3,0 36,0±3,3 484±31,0

^2оР9оК6о+ ФГ, Зт/га 70,2±4,3 0,16±0,09 16,2±0,2 0,08±0,011 20,4±2,0 12,1±1,9 39,0±1,9 496±18,9

НСР05 11,5 0,04 1,51 0,032 3,4 1,5 4,2 44,2

пдк 100 3,0 32,0 2,1 55,0 50 85,0 1500

Содержание подвижных форм ТМ, мг/кг

Контроль (б/удоб) 1,49 0,06 0,7 0,0034 1,45 0,26 2,66 42,0

Фосфогипс, 3 т/га 1,61 0,05 1,1 0,0045 0,95 0,19 2,13 36,5

ИшР9оК60+ ФГ, Зт/га 1,55 0,07 0,9 0,0037 1,28 0,31 2,74 39,8

НСР05 0,92 0,04 0,8 0,002 0,24 0,37 0,92 6,76

ПДК 23,0 1,0 6,0 0,1 3,0 5,0 4,0 400

Таблица 19. Содержание элементов в зерне риса, мг/кг

Варианты опыта Содержание, мг/кг соотно- ше ние Са/Бг

N1 Мп Си Хп РЬ Сс! Со Са 8г

Контроль, б/удобр. 0.06 19.3 4,7 28.7 0.33 0.036 0,06 561 3,2 175

1^12С)Р90Кб0 0,07 21.3 4,9 27,9 0,41 0,029 0,06 571 3,2 178

ФГ, Зт/га 0,05 20.4 5,0 29,2 0,36 0,032 0,07 592 3,3 179

^2оР9оК6о+ ФГ, 3 т/га 0,06 22.0 5,1 29,1 0,34 0,038 0,07 588 3,3 178

НСР05, мг/кг 0,05 3,2 0,61 2,3 0,2 0,017 0,03 59,0 0,54

Анализ зерна риса также не выявил достоверного увеличения тяжелых металлов, качество зерна соответствовало санитарно-гигиеническим требованиям СанПин 2.3.3.1078-01 (табл. 19). Соотношение кальция к стронцию в фосфо-гипсе 75-85, что свидетельствует о его экологической безопасности. Содержание стронция в почве колеблется 0,2-0,4 мг/кг. Соотношение Ca/Sr в почвах опыта после внесения ФГ составляло 157-149:1 и не было выявлено достоверной разницы в сравнении с контрольным вариантом. Поэтому загрязнение почв стронцием при внесении 3,0 т/га фосфогипса маловероятно.

Результаты анализа оросительных вод с опытного чека в сравнении с полями, где ФГ не вносили, показывают, что кислотность определяется в интервале pH = 6,7-7,0, характеризуется, как гидрокарбонатно-кальциевая (натриевая), из металлов преобладают ионы натрия Na+- 29-35 мг/л и кальция Са2+- 4159 мг/л, загрязнения вод ТМ выше допустимых пределов не выявлено, хотя проблема загрязнения с рисовых полей в отсутствии очистных сооружений, безусловно, имеется. Прослеживается некоторая тенденция к увеличению содержания марганца и цинка. Содержание стронция определялось на уровне 0,27-0,36 мг/л, соотношение Ca/Sr, играющего основную роль при оценке токсического действия стронция, находится в диапазоне 156-215:1.

Среди анионов в химическом составе воды р. Кубани преобладает сульфат-ион 54-67 мг/л, в небольших количествах присутствует хлорид-ион 5,6-8,2 мг/л, содержание фосфат-иона (0,94-1,13 мг/л), нитритов (0,27-0,39 мг/л) и нитратов (1,68-2,78 мг/л) не превышает ПДКкульт-бьгг. назначения. Таким образом, не выявлено загрязнения превышающего пределы допустимых концентраций, по своему химическому составу вода отвечала требованиям пригодности для орошения рисовых севооборотов.

Разработка экологически безопасных и технологически рациональных способов внесения фосфогипса

В настоящее время остается не решенным вопрос об экологически безопасном способе внесения ФГ. Использование устаревших разбрасывателей удобрений не рассчитаны на большие нормы внесения удобрений, что приводит к большой неравномерности, а значит, нарушению экологически безопасных норм внесения мелиоранта.

В сравнительном эксперименте была опробована новая машина для внесения ФГ - прицепной распределитель BOMAG итальянского производства. Машина позволяет компактно вносить как малые (до 3 т/га), так и высокие (20-40 т/га) дозы мелиоранта. Однако исследования показали, что для его внедрения в сельскохозяйственное производство Краснодарского края необходимо доведение влажности ФГ до 10-13%, без соблюдения этого условия использование машины нерационально.

Таким образом, один из перспективных путей реализации концепции «фосфатное сырьё - побочный продукт - химический мелиорант и/или минеральное удобрение-почва-растение-урожай» позволит решить крупную народно-хозяйственную задачу, заключающуюся в создании безотходного произ-

водства с высоким КПД использования сырьевых ресурсов и обеспечения высокого КПД питательных веществ.

Выводы

1. Применение на лугово-черноземных почвах фосфогипса способствует решению важной экологической проблемы Краснодарского края, так как разработаны пути и условия утилизации отхода, представляющего реальную экологическую угрозу краевого масштаба.

2. Усовершенствована система удобрений в рисовом севообороте, повышающая урожайность и качество зерна риса, включающая внесение фософгипса в дозе Зт/га и минеральных удобрений, обеспечивающая снижение затрат на применение удобрений и охрану окружающей среды от загрязнения.

3. Развитие процессов переувлажнения и затопления почв приводит к потере ими кальция, увеличению в их почвенно-поглощающем комплексе доли магния и натрия, потере почвенной структуры. Для химической мелиорации рисовых почв возможно применение нейтрализованного фосфогипса, который способствует улучшению водно-физических свойств этих почв. Наиболее эффективной была дозы 3,0 т/га.

4. При внесении фосфогипса изменяется состав поглощенных оснований луго-во-черноземной почвы: в пахотном горизонте в зависимости от дозы фосфогипса снижается в 1,5-2,5 раза. Внесение фосфогипса в дозе 3,0 т /га способствует увеличению суммы оснований с 25,7 до 28,7 мг-экв/100 г почвы, доли кальция с 79%до 87%. С увеличением дозы мелиоранта до 5,0 т/га эти показатели увеличиваются соответственно до 30,1 мг-экв/100 г почвы и 89,9%.

5. Внесение фосфогипса улучшает физико-химические, агрофизические и агрохимические свойства, играя почвозащитную роль - препятствует развитию деградационных процессов - потере лугово-черноземными почвами плодородия; повышает содержание питательных элементов, снижает потери кальция и фосфора, тем самым выполняет экологическую функцию. При внесении фосфогипса увеличивается содержание мелкодисперсной фракции (<0,005 мм) почвы, способствующей образованию макро- и микроагрегатов, на фоне дозы 3 т/га отношение почвенных фракций <0,005 мм к фракции >0,005 мм увеличивается с 0,47 до 0,56. Установлено положительное влияние по удержанию влаги в почве, показатель влажности почвы на фоне внесения фосфогипса выше в среднем на 5,7-6,5%;

6. Внесение фосфогипса в рисовом севообороте обеспечивает улучшение условий прорастания семян, роста и развития растений риса: увеличивается количество корней на 11,0-14,0 шт./раст., продуктивная кустистость, число колосков в среднем на 162-206 шт./10 растений, масса 1000 зерен на 1,4 г. Наибольшие величины показателей получены при внесении фосфогипса в дозе 3,0 т/га, что обусловило повышение урожая зерна риса на 5-7 ц/га.

7. Фосфогипс нейтрализованный является эффективным мелиорантом и минеральным удобрением на лугово-черноземных почвах рисовых систем Кубани, выявлено положительное действие его как фосфорного удобрения. При вне-

сении фосфогипса дозы фосфорных удобрений могут быть в последующие 2.3 года снижены не менее чем на 20%.

8. Применение фосфогипса, как фосфорного удобрения, способствовало получению устойчивой прибавки урожая зерна риса 4,2-22,1 ц/га, что составило на фоне полного минерального удобрения в сравнении с контролем 53,5%.

9. Применение фосфогипса, как фосфорного удобрения и химического мелиоранта способствует увеличению белковости зерна на 0,3%, снижению трещи-новатости, по стекловидности и плёнчатости различий между вариантами не выявлено.

10. Высокая агроэкономическая эффективность применения фосфогипса обусловлена содержанием в его составе 2-4% Р205 в усвояемой форме, до 21% серы, что в значительной степени возмещает затраты сельского хозяйства на его транспортирование и внесение в почву.

11.Применение рекомендованных фосфогипса нейтрализованного под рис не приведут к превышению ПДК содержания ТМ и фтора в почве, в оросительных водах и зерне риса. Величина соотношение Са и Sr от внесения ФГ в сельскохозяйственной продукции, почве и оросительных водах находится на безопасном уровне.

Предложения производству

Результаты исследований позволяют рекомендовать следующие мероприятия:

1. С целью стабилизации плодородия лугово-черноземных почв рисовых полей Кубани внесение фосфогипса нейтрализованного следует проводить 2 раза в ротацию 8-польного севооборота дозой 3,0 т/га. Внесение фосфогипса лучше всего производить с осени или в конце лета, до посева сельскохозяйственных культур.

2. Расчет доз для рационального использования фосфогипса производства ОАО «ЕвроХим- Белореченские Минеральные удобрения» в качестве мелиоранта или кальций -фосфорно-серного удобрения, сохранения плодородия лугово-черноземных почв, улучшения их структуры и водно-воздушного режима следует проводить согласно «Научно-практических рекомендации по применению фосфогипса нейтрализованного в качестве химического мелиоранта и серного удобрения», М, 2012. - 43 с.

Список статей, опубликованных по теме диссертации в изданиях ВАК РФ

1. Шильников И.А., Аканова Н.И., Кизинек C.B., Гришин Г.Е., Локтионов М.Ю., Лунина Н.Ф. Эффективность применения кальцийсодержащих удобрений на оподзоленных и выщелоченных черноземах//Научно-мегодический журнал «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс», серия экология, ПГТА. - 2012. - №02(06) - С. 251-262.

2. Кизинек C.B., Шеуджен А.Х., Локтионов М.Ю. Эффективность применения фосфогипса, как комплексного минерального удобрения, в рисовых севооборотах на лугово-черноземных почвах//Научно-методический журнал «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс», серия экология, ПГТА. -2012. - №02(06) - С. 272-278.

3. Кизинек C.B., Локтионов М.Ю.Эффективность различных форм кальцийсо-держащих удобрений на рисовых полях Кубани//Агрохимический вестник. 2012,-№6.-С. 19-21.

4. Кизинек C.B., Локтионов М.Ю. Эффективность различных форм кальцийсо-держащих удобрений на продуктивность риса//Плодородие, 2013. - № 1. - С. 14-16.

5. Шеуджен А.Х., Онищенко Л.М., Добрыднев Е.П., Локтионов М.Ю. Агроэко-логическая эффективность фосфогипса на посевах кукурузы и сои в условиях Северо-Западного Кавказа на черноземе выщелоченном// Плодородие, 2013.-№ 1. - С. 16-20.

6. Добрыднев Е.П., Локтионов М.Ю. Основные результаты исследования агро-экологической эффективности фосфогипса в земледелии Краснодарского края// Плодородие, 2013.- № 1. - С. 7-9.

7. Шильников И.А., Гришин Г.Е., Аканова Н.И., Кизинек C.B., Локтионов М.Ю. «Повышение конкурентной способности производства продукции растениеводства на основе химической мелиорации почв»//«Нива Поволжья», 2013.-№2 (27). - С. 72-78.

8. Локтионов М.Ю., Добрыднев Е.П., Шеуджен А.Х., Лиманский А.Н., Онищенко Л.М. Агроэкологическая эффективность фосфогипса на черноземе выщелоченном//Научно-методический журнал «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс». Периодическое научное издание, Серия: Экология,- 2013.- № 09(13).- Том 2. - С. 187-194.

9. Кизинек C.B., Шеуджен А.Х., Аканова Н.И., Локтионов М.Ю., Лиманский А.Н. Экологические и агроэкономические аспекты применения фосфогипса в сельском хозяйстве//Научно-методический журнал «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс». Периодическое научное издание, Серия: Экология,- 2013,- № 09(13). - Том 2. - С. 206-217.

Научно-методические пособия, рекомендации

Ю.Байбеков Р.Ф., Шилышков И.А., Аканова Н.И., Локтионов М.Ю. и др. Научно-практические рекомендации по применению фосфогипса нейтрализованного в качестве химического мелиоранта и серного удобрения. 2012, М.:ВНИИА. - 43 с.

П.Харитонов E.H., Шеуджен А.Х., Паращенко В.Н., Кизинек C.B. Локтионов М.Ю. Использование фосфогипса в рисоводстве. Методические рекомендации, Краснодар, 2012. - 24 с.

Статьи в сборниках научных трудов и материалах конференций

12.Кизинёк C.B., Локтионов М.Ю. Агроэкологическая оценка эффективности фосфогипса при использовании в сельскохозяйственном производстве//В сб. мет международной научно-практической конференции «Логистическая интеграция Российских регионов: институциональные инновации», Казань, Казанский филиал МИИТ, Из-во «Бриг», 2012, С. 157-162.

13.Кизинек C.B., Локтионов М.Ю. Пути повышения продуктивности лугово-черноземных почв в рисовых севооборотах //Материалы IX международной

научной конференции «Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК». Изд-во Брянская ГСХА. 2012.- С. 41-45.

14.Кизинек C.B., Локтионов М.Ю. Агроэкологическая эффективность различных форм кальцийсодержащих удобрений//В сб. статей «Эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур». М.:ВНИИА, -2012.- С. 76-80.

15.Локтионов М.Ю., Лиманский А.Н. Эффективность применения фосфогипса на черноземе выщелоченном в качестве комплексного минерального удобре-ния//В сб. ст. «Перспективы применения средств химизации в ресурсосберегающих агротехнологиях», М: ВНИИА.-2013.- С. 116-120.

Работа по изданию выполнена в редакционно-издательском отделе ВНИИА Лицензия на издательскую деятельность J1P 040919 от 07.10.98 Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД № 53-468 от 13.08.99 Подписано в печать 06.11.2013 Формат 60x84/16 Бум. писч. бел. Печать офсетная Усл. печ. л. 1,6 Заказ № 20 Тираж 100 экз.

127550, Москва, ул. Прянишникова, 31 А Тел. (499) 976-25-01, e-mail: pl@vniia-pr.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Локтионов, Михаил Юрьевич, Москва

ГНУ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОХИМИИ имени Д.Н.Прянишникова

Россельхозакадемии (ГНУ ВНИИА Россельхозакадемии)

04201365378

На правах рукописи

ЛОКТИОНОВ Михаил Юрьевич

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ НЕЙТРАЛИЗОВАННОГО ФОСФОГИПСА НА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЕ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

Специальность: 03.02.08 - Экология (биология)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный консультант академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сычёв Виктор Гаврилович

Москва-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение 3-7

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Применение фосфогипса в отраслях народного хозяйства 8-13

1.2. Оценка экологического состояния природной среды в зоне расположения отвалов фосфогипса 13-16

1.3. Экологическое и природоохранное значение фосфогипса, как мелиоранта 17-21

1.3. Применение фосфогипса, как фактор стабильности урожайности сельскохозяйственных культур 21-27

1.4. Поступление тяжелых металлов и фтора в почву при внесении фосфогипса 27-31

1.5. Накопление тяжелых металлов и фтора в растениях при внесении фосфогипса 32-37

II. Объекты и методы исследований

2.1. Природно-климатические условия района проведения исследования 38-40

2.2. Методики и объекты проведения исследований 40-46

Экспериментальная часть

3. Фосфогипс - потенциальный, экологически безопасный резерв химических мелиорантов и кальций - фосфорно -серных удобрений

3.1. Мониторинга применения фосфогипса в земледелии 47-55

3.2. Оценка качества и степени использования фосфогипса как экологически безопасного химического мелиоранта в земледелии Краснодарского края 55-68

4. Мониторинг эколого-агрохимических свойств лугово-черноземной почвы в условиях применения фосфогипса в качестве химического мелиоранта и фосфорного удобрения в посевах риса

4.1. Изменение кислотно-основных свойств лугово- чернозёмной почвы, как фактора экологической стабильности 68-76

4.2. Влияние различных доз нейтрализованного фосфогипса на формирование продуктивности риса 77-78

4.3. Влияние фосфогипса в сочетании с минеральными удобрениями на физико-химические свойства почвы 79-84

4.4. Эколого-агрохимическая эффективность фосфогипса, как мелиоранта и фосфорного удобрения при формировании продуктивности и качества зерна риса 84-98

5. Экологический прогноз возможности загрязнения окружающей среды в условиях применения фосфогипса

5.1. Вероятность загрязнения фтором при внесении в почву фосфогипса 99-102

5.2. Накопление тяжёлых металлов в почве и растениях риса в условиях применения фосфогипса 103-109

6. Разработка экологически безопасных и технологически рациональных способов внесения фосфогипса 109-111

Заключение 112-114

Выводы 114-116

Предложения производству 116

Список используемой литературы 117-137

ВВЕДЕНИЕ

Ежегодно добываются из залежей и быстро выщелачиваются при использовании в качестве удобрений более 2 млн. т фосфатов, расход

которых не компенсирует (Использование фосфогипса ....., 1983;

Ангелова М.А., 1997; БушуевН.Н., 2000; Ангелов А.И., Левин Б.В., Черненко Ю.Д., 2000). Такое положение неминуемо приведет к катастрофическим последствиям, так как фосфор - это слабое звено в жизненной цепи, обеспечивающей существование человека (Гриффита А., Битона А., Спенсера Дж., 1977; Андерсон Дж., 1985; Стадницкий Г.В., Родионова А.И., 1996). Основной причиной усугубления незамкнутости фосфатного цикла является рост мирового народонаселения. Корреляция роста населения с добычей фосфатов отмечается рядом специалистов (АнгеловаМ.А., 1997; Тимченко А.И., Соколов A.B., 1998; БушуевН.Н., 2000; Ангелов А.И., Левин Б.В., Черненко Ю.Д., 2000). Численность же населения нашей планеты в 2013 г превышает 6,0 млрд. человек. Проблема усугубляется также истощением запасов богатого апатитового сырья Кольского месторождения и ухудшением его качества относительно основного фосфорного компонента. В отсутствии государственного регулирования использования сырья необходим разумный подход в

Загрязнение окружающей природной среды -один из наиболее сильных факторов разрушения биоценозов, наносящий ущерб природным компонентам биосферы. Большие объемы и высокая интенсивность накопления токсичных промышленных отходов, среди которых

вопросах ресурсосбережения.

тойчивому функционированию природной среды и являются реальной угрозой для здоровья и жизни населения (Ajmar М., Sulaiman A.M., Khan А., 1993; Горский В.Г., Швецова-Шиловская Т.Н., Курочкин В.К., 1998; Горбунов A.B., Голубчиков В.В., Ляпунов С.М. и др., 2001; Минигазимов И.Н., 2002). Таким источником загрязнения окружающей среды является предприятие химической промышленности ООО «ЕвроХим - БМУ» в г. Белоречен-ске Краснодарского края, получающее в качестве побочного продукта производства фосфогипс нейтрализованный. Отвалы ФГ, размещаются на открытых площадках в непосредственной близости к предприятию, природным комплексам и даже поселениям и занимают обширные территории. Хотя имеющиеся сведения в большей части указывают на соблюдение экологических нормативов при формировании отвалов фосфогипса, следует иметь в виду, что они создают опасность эффекта отложенного биогеосистемного действия, что может привести к гидрогеологической и геохимической катастрофе.

В 1992 году в Российской Федерации была принята Научно - техническая программа «Глубокая переработка сырья в новые материалы», большое внимание в которой уделено разработке и внедрению эффективных и экологически чистых технологий. Рациональное, экономически выгодное использование отходов промышленности и побочных продуктов производства минеральных удобрений связывают с проблемой безотходного или наиболее полного использования природных ресурсов, с учетом улучшения экологической обстановки в регионе.

Фосфогипс нейтрализованный, получаемый ООО «ЕвроХим - БМУ» (Краснодарский край), в определенной мере может быть использован в качестве средства по повышению плодородия различных типов почв, улучшения их физико-химических, агрофизических и агрохимических свойств, структуры и питательного режима почв, продуктивности сельскохозяйственных культур и качества их продукции.

Наряду с наличием в его составе важных элементов питания, таких как фосфор, кальций, сера и кремний, а также большого ряда микроэлементов, фосфогипс в качестве примесей содержит соединения стабильного стронция и фтора, что может оказать негативное влияние на экологическое состояние и плодородие почв (Любимова, Борисочкина, 2007; Carvalho; Raij, 1997; Free et al., 1998; Toma, Saigusa, 1997; Elbaz-Poulichet et al., 2001; Lee et al., 2004; Al-Hwaiti et al., 2010; Hurtado et al., 2011 и др.). Загрязнение почвы может послужить препятствием к устойчивому развитию и функционированию окружающей среды. Почва, как гетерогенная среда и многоуровневая система, характеризуясь многофункциональностью и являясь основным депо для химических загрязнителей, может быть источником нарушения экологического благополучия грунтовых вод и растений, что приведет к негативным последствиям для здоровья человека и животных. В ряду экологических функций, выполняемых почвой для обеспечения устойчивого существования биогеоценозов и биосферы в целом, важнейшее место занимают функции сохранения сред обитания для сообществ разных видов педобионтов и обитателей наземных экосистем (Гелъцер, 1986; Добровольский, Никитин, 1990; 2000).

При получении 1 т фосфорной кислоты образуется 3,6- 6,2 т фосфогипса в пересчете на сухое вещество или 7,5- 8,4 т влажного фосфогипса. Накопленные запасы фосфогипса в отвалах предприятий страны огромны и по оценкам экспертов составляют около 150 млн. т. с ежегодным увеличением на 14 млн.т. Проблема утилизации, применения и хранения фосфогипса актуальна не только для России, но и для многих стран мира. Степень его переработки в Российской Федерации составляет около 2-4 % в год, в то время как в Германии, Бельгии, Японии около 100% (Гигленкова М.Г., 2013).

Отмечены случаи загрязнения почв, природных вод и растительной продукции тяжелыми и радиоактивными металлами и фтором при воздействии фосфогипса:. в Бразилии (Shirakawa et al., 2002; Carvalho, Raij, 1997), Греции (Papastefanoib et al., 2006), Иордании (Al-Hwaiti et al, 2010), Испании

(Pe'rez-Lo'pez et al., 2007; Hurtado et al., 2011), Казахстане (Vyshpolsky et al., 2010); США (Free et al., 1998), Typ4HH-(Degirmenci et al., 2006); Южной Корее (Lee et al., 2004), Японии (Toma, Sages, 1997).

Фосфогипс может являться для окружающей природной среды комплексным источником загрязнения .и деформации посредством нарушения рельефа местности и нарушения потока внутрипочвенной миграции вещества; загрязнения окружающей среды техногенными веществами; изменения состава приземных потоков воздуха. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют химические соединения, содержащиеся в фосфо-гипсе в форме водорастворимых и летучих соединений. Фосфогипс, хранящийся в отвалах, становится по существу компонентом ландшафта, который будет испытывать такое же влияние внешней среды (Перельман А.И., 1979).

Для разработки рекомендаций по утилизации отхода и возможного его применения в сельскохозяйственном производстве, необходима комплексная оценка его воздействия на окружающую природную среду, включающую как химические, так и биологические методы исследований (Левич, 1980; Сте-руфак, 1982; Криволуцкий и др, 1987; Левин и др., 1989; Садовникова, 1989; Воробейчик и др., 1994; Казеев и др., 2000; Колесников и др., 2000; Ананьева, 2003; Терехова, 2003, 2007; Опекунов, 2006; Мотузова, 2007; Кудеяров и др., 2007; Cairns, 2005 и др., Плеханова, 2008).

В связи с этим были проведены исследования, целью которых было изучение влияния фосфогипса, норм и способов его внесения, на рост, развитие, продуктивность риса, плодородие и экологическое состояние лугово-черноземных почв. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- определить оптимальные дозы фосфогипса для получения максимального урожая и улучшения качества зерна риса;

- охарактеризовать экологическое состояние применения фосфогипса в сельскохозяйственном производстве ;

- исследовать роль и значение фосфогипса как удобрения и мелиоранта в сочетании с минеральными удобрениями на изменение физико-химических свойств, водного и питательного режима лугово-чернозёмных почв;

- выявить эффективность фосфогипса в посевах риса в качестве фосфорного удобрения;

- установить влияние фосфогипса нейтрализованного на различных фонах обеспеченности почвы элементами питания на формирование урожайности риса и показатели качества зерна;

- изучить влияние фосфогипса на накопление потенциально опасных примесей стронция и фтора в почве и растениях риса;

- разработать экологически безопасные мероприятия по применению фосфогипса для повышения плодородия почв в рисовых севооборотах.

Научная новизна и практическая значимость работы состоит в том, что в результате проведенных исследований доказана высокая эффективность применения фосфогипса нейтрализованного при выращивании риса на луго-во-черноземной почве. Доказана его экологическая безопасность и установлены оптимальные нормы и способы применения.

Работа выполнена в 2009-2013 годах в лаборатории химической мелиорации почв ГНУ ВНИИ Агрохимии им.Д.Н. Прянишникова и ГНУ ВНИИ риса Россельхозакадемии. Тематика исследований входила в комплексные программы НИР ВНИИА 2009-2012 годов по заданию № 02.03.02.02.

Благодарности. Автор диссертации выражает благодарность научному руководителю академику РАСХН, доктору с.-х. наук, профессору Сычёву В.Г., сотрудникам ГНУ ВНИИ риса и ГНУ ВНИИ Агрохимии им. Д.Н. Прянишникова: член -корреспонденту РАСХН Шеуджену А.Х., кандидату сельскохозяйственных наук Кизинку C.B., профессору Шильникову И.А за помощь, советы, критические замечания и активное обсуждение работы на всех этапах ее выполнения.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Применение фосфогипса в отраслях народного хозяйства

Отвалы ФГ имеются во всех странах мира, где осуществляется переработка природного фосфатного сырья. Мировая практика показывает, что использование ФГ, как строительного материала в качестве замедлителя схватывания цемента, не превышает 20%. Для производства сульфата аммония и серной кислоты из фосфогипса, используют 10-11% его запасов. ФГ находит применение также в целлюлозно-бумажной промышленности (Борисов;. .1983; Иваницкий. и др., 1986; Марказещ. 1986; Фосфогипс...,. 1990; Srriadb, et al., 1999; Singh, 2002). Наличие в составе ФГ остатков фосфоритов и фосфорной кислоты позволяет использовать около 5-6% от общего количества, хранящегося в отвалах, в сельском хозяйстве.

В сравнении с использованием на территории Российской Федерации в настоящее время, в бывшем СССР в сельскохозяйственном производстве и строительстве использовали около 7-8% ФГ (Использование фосфогипса ..., 1983; Ангелова М.А., 1997; Бушу ев H.H., 2000; Ангелов А.И., Левин Б.В., Черненко Ю.Д., 2000). В настоящее время в России основная масса ФГ складируется в отвалах, что отрицательно отражается на экологии окружающей среды.

В таких странах, как США и Японии утилизация ФГ происходит путем сбрасывания в реки и моря, что, безусловно, вносит огромный вклад в загрязнение окружающей среды, не считая того, что теряются полезные элементы питания, в первую очередь, кальций, фосфор и редкоземельные элементы.

Основным направлением использования ФГ может быть и должно в сельскохозяйственном производстве: при химической мелиорации засоленных земель (Окорков В.В., 1989а,б; Окорков В.В., Мухомеджанова, 1986, 1987; Тишкович, Вирясов, 1987), для получения органоминеральных удобрений при утилизации отходов животноводства (Слесарев, Пилюк, 1991;

1995; Стащенко, Пилюк, 1993; 1994; Пилюк, 1994; 1996а; 19966; 1999а; 19996; Пилюк, Стащенко, 1996; Гукалов В.Н. , Ткаченко Л.Н., Белюченко И.С., 2006; Муравьев и др., 20086), как кальций- фосфорно -серного и кремниевого удобрения (Рымарь, Мухина, 2004), для рекультивации почв, загрязненных ТМ и нефтепродуктами.

ФГ рекомендуют вносить в почву в два приема: перед вспашкой и после нее под культивацию. Доза внесения ФГ устанавливается по количеству натрия в корневом слое почвы, который необходимо заменить кальцием и составляет от 3- 5 до 10-20 т/га (Байбеков Р.Ф., Шильников И.А., Локтионов М.Ю. и др., 2012). Наибольшая доза внесения ФГ на содовых солонцах может достигать 35-40 т/га.

При норме внесения 5 т/га ФГ в почву может поступать 75- 90 кг Р205 в усвояемой форме, что в значительной степени возмещает затраты сельского хозяйства на транспортирование и внесение мелиоранта.

Химический состав ФГ определяется качеством природного фосфатного сырья. Основным ограничивающим фактором для использования ФГ является содержание ТМ, главным образом стронция, и фтора. Поэтому в зависимости от исходного сырья и технологии его переработки количество фтора в ФГ существенно колеблется (табл. 1). Максимальное содержание фтора в отечественном апатитовом концентрате около 3%, несколько меньше в фосфатных концентратах из фосфоритов - 2,8%.

Данные показывают, что на 1 т Р205 в некоторых рудах приходится 40100 кг фтора, 20-40 кг стронция, 20-25 кг оксидов редкоземельных элементов. При переработке природных фосфоритов большая часть соединений фтора и стронция переходит в удобрения. Так, содержание фтора в суперфосфате достигает 1-1,5%, в аммофосе - 3-5% (Потатуева Ю.А., Капаева, 1978; Овчаренко М.М., 1997).

Испытаны смеси влажного ФГ с известняковой мукой, обладающие достаточной сыпучестью, которые могут успешно применяться и при гипсова-

нии для рассолончаковывания и для известкования кислых почв. Такие смеси не образуют прочной структуры под воздействием влаги, и могут вноситься обычными разбрасывателями с достаточно равномерным рассевом по поверхности почвы (Рекомендации......, 1987).

Таблица 1.- Химический состав фосфорного сырья различных месторождений (Танделов, 2012)

Месторождение Содержание, %

р2о5 СаО MgO б

Хибинское (Кукисвумчорр, Юкспор) 39,0 52,0 0,15 0,95

Ковдорское (Мурманская обл.) 35,3 53,5 2,5 1д

Ошурковское (Бурятская АССР) 37,6 50,2 0,5 2,8

Фосфоритные руды: а) пластовые (Каратау, Джамбульская обл.)

Чулактау, Джанатас 28,3 43,8 2,0 2,6

Кокджон, Коксу 25,0 40,7 зд 2,3

Аксай, Джанатас 23,5 42,0 3,5 2,2

б) желваковое

Вятско-Камское (Кировская обл.) 28,1 44,5 - 2,7

Егорьевское (Московская обл.) 28,5 43,2 - 2,9

Полпинское(Брянская обл.) 20,5 31,7 1,4 2,5

в) оболовые ракушечниковые

Кингисеппское (Ленинградская обл.) 29,0 43,5 2,7 3,0

Маарду (Эстония) 29,0 42,1 1,0 2,7

Тоолсе (Эстония) 29,6 44,8 1,8 3,0

Известь можно заменять известьсодержащими материалами, например, торфяной или сланцевой золой, цементной пылью, что будет способствовать не только освобождению больших площадей, занятых отвалами отходов, но и получать новые, сбалансированные по всем основным элементам питания, минеральные удобрения широкого комплексного действия.

ФГ может быть использован для получения удобрений пролонгированного действия. Имеющийся патент в США, описывает получение медленно действующего азотного удобрения путем взаимодействием ФГ с мочевиной,

при температуре 95-160°С. Способность мочевины образовыв