Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ"

итт.

\

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

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

На правах рукописи УДК 631.879.2+631.821.1 РЛ НДР И AM И АЛ И Жан Доминик

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ . (Специальность 06,01.04 — агрохимия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1987

-шжь

Диссертационная работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научные руководители: доктор биологических наук, член-корреспондент ВАСХНИЛ, профессор Б. А. Ягодин, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Н. В. Решетникова.'

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук И. А. Шильников, кандидат сельскохозяйственных наук Ю. И. Касицкий.

Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский проектно-технологический институт химизации сельского хозяйства}

Защита диссертации состоится «.ґуї *]$/уС&лс*%~':\987 года в » час на заседании Специализированного совета К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной, академии имени К: А. Тимирязева.

- Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49, Ученый совет ТСХА. .'..'• '.-.';...'<'

' С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА. ,

Автореферат разослан «I. *&&2#/в'<#Т' 1987 года.

Ученый секретарь Специализированного совета • ТУ

кандидат биологических наук л^^іті-Т? С. М. Саблина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

- Актуальность темы. Почвы, имеющие - неблагоприятные для развития сельскохозяйственных культур»хвойства, занимают обширные площади как в зоне умеренного климата, так и в субтропич'е'ских и тропических странах. Необходимым услоцием успешного, возделывания сельскохозяйственных культур на таких почвах является устранение их повышенной кислотности ;и,: как правило, увеличение содержания по-движного'фосфора. Отметим однако, что" результаты известкования кислых тропических, субтропических почв . весьма противоречивы, так как в условиях тропиков коагулированное состояние . почвенных-,коллоидов обеспечивается не каль-- цием, а главным образом ионами железа и алюминия, вследст-, вне чего введение значительного количества кальция в такой комплекс с известняковой мукой может привести к коренным изменениям его структуры и неблагоприятно отразиться- на физических свойствах этих почв (Денисов, 1979).

Другой аспект проблемы состоит в улучшении питания растений фосфором, так как этот элемент вследствие связывания его-полуторными; окислами часто оказывается на данных ночвах;В:ноложении минимума.

-. По данным .ряда исследователей (Клечковский, 1937; Foster, 1970), применение отходов металлургической промышленности— шлаков в качестве химического мелиоранта на кислых тропических : (субтропических) .почвах-имеет преимущества перед внесением извести, чтол.-по-видимому, связано С'наличием в шлаках силикатных соединений кальция .и магния, а также с содержанием в них ряда необходимых для растений макро-и микроэлементов. ,V ,'

, Однако в области сельскохозяйственного применения отходов металлургической промышленности есть еще много нерешенных вопросов, в частности, не выявлен до конца.комп-; лексный характер действия шлаков, доступность, растениям фосфора высокофосфатных конверторных шлаков, перспективных с точки.зрения,сельскохозяйственного использования. Недостаточно подробно рассмотрено поведение в системе почва—растение тяжелых металлов, входящих в состав шлаков.

Цель и задачи иследований. Цель настоящей работы заключалась в определении эффективности высокофосфатных шлаков как комплексного известкового удобрения; установлении их действия и последействия на дерново-подзолистой почве и красноземе; определении влияния металлургических шлаков на содержание в почве и растениях тяжелых металлов.

В задачу исследований входило изучение следующих основных вопросов:

1. Влияние длительного взаимодействия извести и шлаков различных металлургических заводов при одноразовом и повторном их внесении на агрохимические показатели дерново-подзолистой почвы и краснозема.

♦ 2. Действие и последействие шлаков на урожайность опытных культур.

; 3. Изменение химического состава растений при известковании и шлаковании кислых почв.

4. Доступность фосфора высокофосфатного конверторного шлака сельскохозяйственным растениям. .

5. Влияние высокофосфатного шлака на подвижность фосфатов почвы, их динамику.

6. Изменение фракционного состава фосфатов дерново-подзолистой почвы и краснозема при использовании высокофосфатного шлака в зависимости от времени взаимодействия его с почвой.

7. Поведение тяжелых металлов в системе • почва—растение при использования отходов металлургической промышленности.

Научная новизна. Впервые показано единство методических подходов к определению потребности в первичном и повторном шлаковании. В многолетних вегетационных исследованиях установлен хорошо выраженный и математически, доказанный положительный эффект действия и последействия высокофосфатного шлака на величину и качество урожая. Оп-' ределены нормы ВФШ, позволяющие получать высокие стабильные урожаи опытных культур. Выявлено преимущество внесения ВФШ перед Рс по влиянию на закрепление фосфора почвой. Установлено также различие в их действии и последействии на разных тинах почв (дерново-подзолистая почва и краснозем). Получены данные о доступности фосфора ВФШ растениям в течение 5 лет. Установлена эффективность дей-ствия,'длительного взаимодействия и повторного внесения отходов металлургической промышленности на содержание тя-♦жёлых металлов в почве и опытных культурах.

Практическая и теоретическая ценность работы. На основании проведенных исследований установлена возможность замены суперфосфата высокофосфатным шлаком, что позво-

лит сэкономить фосфорные* удобрения и уменьшить дефицит известковых удобрений, а также расширить ассортимент этих удобрений-(фосфорных, известковых). . -

Результаты наших исследований по. установлению влияния шлаков на содержание тяжелых металлов.в почве и растениях позволили, выявить корреляционную зависимость содержания тяжелых металлов в растениях и почве от реакции среды, определить оптимальные нормы внеоения шлаков, которые необходимо учитывать при их использовании в сельском хозяйстве, что, одновременно будет, способствовать решению экологических вопросов, связанных, с* ПДК тяжелых металлов н почве, и растениях.

. Апробация работы. Результаты исследований были доло-',жены па научных конференциях ТСХЛ в 1984 г. и на XX конференции молодых ученых и специалистов ВИУЛ в 1986 г. Основные положения диссертации отражены в двух опубликованных работах.*

. Объем работы. Диссертация изложена на 178 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части исследований, включает 30 таблиц, 4 рисунка, выводы/ рекомендации производству, при-ложения.'Список литературы представлен 193 наименованиями, в том числе 74 на иностранных языках.

Условия и методика проведения исследований. Исследования проводились в вегетационном домике кафедры агрономической и биологической химии ТСХЛ на базе многолетних вегетационных опытов, поставленных на дерново-подзолистой почве с Лесной опытной станции ТСХА и на красноземе из Западной Грузии (табл. 1).

Таблица 1

Агрохимическая характеристика почвы перед закладкой вегетационных

опытов «

№ Год проведения опыта Гумус % рН КС1 Ноб нг 8 -V % Л1 РА к2<э

мг-экв/100 г почвы мг/100гпочвы

Дерново-подзолистая среднесуглинистая почва

1976—1986 1978—1984 1983—1986 1985—1986 1986

6 1983—1986

7 1985—1986

2.8 1,4 3,0 1,2 1,2

6,7 5,3

4,3

3.8 4.1

3.9 ■ 3,9

1,14 0,76 1,18 0,80 0,80

6,1 6,6 4,6 6,06,0

КГ асноземы

4,1

3,8

5,93 6,70

8,7 12,3

3,9 3,1 2,4 3.7 3,7

5,0, 4,7,

39,

32

34

38

38

37

38

9.2 6.5

9.3 6.3 6,3

52,8 68,7

1.3

1.4 1.4

1.3 1,3

7.0 14.2

33,0 7,8

3

4

В опытах изучалось действие (опыты № 3, 4, 5, б, 7), последействие (опыты № 3, 4, 6), длительное взаимодействие шлаков с почвой (опыты № 1, 2), повторное шлакование (опыт Л2 2). При проведении опытов использовались сосуды Мнтчерлнха, вмещающие 7 кг воздушно-сухой почвы (опыты N° 3, 4, 5, 6), и стеклянные сосуды емкостью 3 кг (опыт № 7). Опытными культурами были: яровая пшеница («Московская 35»), горох («Кормовой 24»), кострец безостый («Моршан-ский»), райграс многоукосный («Ивацевичскнй»), кукуруза («Букопинская») и яровой рапс («Золотонивский»).

В наших исследованиях изучались мартеновские шлаки Ижевского и Череповецкого заводов с низким содержанием Р2О5 и высокофосфатный конверторный шлак завода Азов-сталь н экспериментальный шлак (табл. 2).

Таблица 2

Химический состав шлаков в ,%, данные ЗАЛ

Соединение Мартеновские шлаки Высокофосфатные конверторные шлаки.

Ижевского завода Череповецкого завода Экспериментальный зяиода «Азовсталь>

СаО МкО МпО Si02 Fe03 FeO Л120з P*05 OHC* Модуль' основности * Обшая нейтрали 40,0 8,2 14,7 14,3 6,8 14,0 6,8 1.0 51,5 3,4 зующая спосс 36,8 12,5 5,6 16,4 ' 3,4 14,1 9,2 0,7 54,3 3,0 бность шлак 26,8 10,1 7,0 17,3 6,4 7,8 7.0 16,8 40,9 2.1 а в пересчете 28,3 6.1 9,3 17,2. 3.0 12,9 2.1 11,0 36,8 2,0 на СаО.

В опытах были также использованы электросталеплавильный шлак Челябинского электрометаллургического-комбина-та (101,9% СаСОз), ферросплавный шлак Чусовского металлургического комбината (116,5% СаСОз).

Техника закладки вегетационных опытов и уход за растениями были общепринятыми. По основным фазам развития сельскохозяйственных культур отбирались растительные образцы", "почвенные образцы—в конце вегетационного периода.

В растительных образцах после их фиксации и высушивания определялись из одной навески по методу Гинзбург К. Е. общий азот—микрометодом Кьельдаля, фосфор—колори-метрически по Мерфи-Райли, калий—на пламенном фотометре. После сухого озоления методом атомной абсорбции (AAS —

Perkin Elmer) определяли Са, Mg.'Mn, Fe, Zn, Ni, Си; содержание кадмия — методом адсорбционной спектроскопии с графитовой кюветой. Для оценки кормовой ценности полученных растительных продуктов определяли сырой белок.

В смешанных почвенных образцах определялись рН водной и солевой вытяжек на рН-метре, сумма поглощенных оснований—по Каппену-Гильковицу, гидролитическая кислотность— по Каппену, обменная кислотность и подвижный алюминий— по Соколову; содержание подвижного фосфора и. калия в дер-. ново-подзолистой почве — по Кирсанову, в красноземе — по Ониани. Валовое содержание тяжелых металлов определялось методом рентгено-флюоресцентного анализа «Ortek» Тефа, подвижные формы тяжелых металлов — по Крупскому-Алек-сандровой в ацетатно-аммонийном буфере рН 4,8.

Для оценки многообразия видов взаимодействия фосфат-ионов ВФЦГмы использовали методы, фракционирования почвенных фосфатов по Чангу-Джексону и Курмису. Степень подвижности -фосфатов в почве определялась по Карпинскому-Замятиной.. ' . ;";

Статистическая обработка урожайных данных проведена методом дисперсионного и дробного анализов. Экспериментальные данные для выявления взаимосвязей обрабатывались методом корреляционного и регрессионного анализов на

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Влияние длительного, взаимодействия извести и шлаков при первичном и повторном их внесении на агрохимические показатели'-кислых почв..........

Результаты почвенных анализов показали, что длительнее применение'минеральных удобрений "(фон NK) без известкования приводило к'ухудшению свойств дерново-подзолистой почвы и краснозема по сравнению с чистым контролем.-Из-весткование (шлакование) в значительной мере уменьшало негативное влияние физиологической кислотности удобрений; значения рНксь=повышались, обменная кислотность и подвижный алюминии практически ликвидировались. Реакции среды (рНка) дерново-подзолистой почвы и краснозема и содержание подвижного алюминия в зависимости от норм внесенных известковых удобрений за 5 лет взаимодействия мелиорантов с почвой резко изменились и зависели от типа почвы. Было установлено,, что с увеличением нормы мелиорантов/разница в смещении реакции на единицу гидролитической кислотности от известковых удобрений была большей на дерново-подзолистой почве, чем на красноземе.

Формы известковых удобрений значительно различались,

по действию на агрохимические показатели почвы. Известь как нейтрализатор быстрого действия в большей степени смещала реакцию дерново-подзолистой почвы в щелочную сторону (ДрНкс1 = 1,70), аналогично действовал электросталеплавильный шлак. Высокофосфатный шлак проявил себя как известковый материал медленного и постепенного действия (ДрНКс1 = 1,5). Однако в итоге, через 8 лет, варианты с высокофосфатным шлаком и известью оказались практически равноценными но своему влиянию на устранение кислотности почвы, значения рН были доведены до 5,3—5,5 при систематическом внесении физиологически кислых удобрений. -

-Вследствие вымывания кальция и магния из почвы, выноса их с урожаем и за счет нейтрализации физиологической кислотности • минеральных удобрений почва в опыте на всех вариантах постепенно подкислялась и к 5-му году действие шлаков (в том числе ВФШ) как химического мелиоранта заканчивалось, значение рИКе1 стремилось к исходному, содержание подвижных ионов алюминия возрастало, .что и указывало на необходимость повторного известкования (шлакования). В результате повторного внесения положительное влияние было отмечено при применении как извести, так и мартеновского шлака Ижевского завода, высокофосфатний шлак при этом, как и при одноразовом его применении, выделялся как наилучший мелиорант на повышенном фоне азот-но-калийных удобрений (1,5Ш,5К). , Л

2. Действие и последействие металлургических шлаков на; урожай опытных культур. >

В многолетних вегетационных опытах на разных тинах почв нами было установлено, что в год действия эффективность извести (СаСОз) и шлаков, за исключением ВФШ, была невысокой, хотя от мелиорантов по сравнению с минеральным фоном были получены достоверные прибавки урожаев опытных культур (табл. 3). '-"-•

Применение ВФШ по сравнению с известью повышало урожайность-костреца безостого в первом году в И раз. Урожайность кукурузы (зеленая масса) на 2-й год исследования возрастала в 4 раза, рапса на 4-й год проведения опыта— в 4—6 раз в зависимости от нормы ВФШ на* дерново-подзолистой почве и в 6—35 раз на красноземе.

Эффективность действия шлаков с низким содержанием фосфора была равноценна или немного уступала извести и зависела от минерального фона. Было отмечено увеличение размера урожаев опытных культур при переходе от парного сочетания удобрений (фон КК) к тройному (фон КРК), что указывало на низкую эффективность данных шлаков как источника фосфора для растений в отличии от ВФШ.

Учитывая низкую нейтрализующую способность шлаког *»

4 "ИМЦ/ЧЛ А

влияние высокс£ос£атного шлака на динамику содержания подвижного фосфора в почве (Опыт № 3, б/ 1363-1886 гг.)

70

Дерново-подзолистая почва. (по Кирсанову)

ЬО

С0(МЫ2)2

Д

(^4)2804

/ \

о

о

70СГ

я-

1К С 0 ( Н Н 2)

Краснозем (по Ониани)

Л

№4)28С4

/а\

0 12 3 4

0 12 3 4

год проведения опыта

а а

СаСОэ I г. к СаСОз 2 г. к

ВФШ I г.к. —ВФШ 2 г.к.

-Рс экв. Ро0= в шлаке

по 2 г.к.

х-х фон,0,75К0,7 5К

Рс экв. РрОс в шлаке

лпо I г.к.

• Таблица 3

Влияние норм высокофосфатного шлака на урожайность костреца безостого в зависимости от типа почвы .

Норма Год про- Фон+СаСО, Фон+ВФШ Фон+Рсэкв Р2Оэ шлака ЫСРо8

мелио-.ранта ведения опыта - ' 1 2 1 2 1 ' 2 1 . 2 '

0,5 1 о 3 4 ■••" 4,4 13,1 5,9 0,0 3,0 1,4 7,9 1,2 .42,7 32,8 38.5 6,9 15,5 5,5 8,5 2,1 32,7 8.7 11,3 0,0 28,9 7,9 14,2 1 > 1,1 0,7 10,0 0,6 1,1 8,8

!>0 1 о 3 4. 9,2 19,5 29,5 ' 7,1 •5,9 6.3 в,1 1.4 69Л 62,0 120,8 42,0 37,3 52,6 36.8 = 49,3 50,4 42Л 31,9 0,0 32,9 14.1 68,7 4,2 1,1 0,7 10,0 0,6 1,1 8,8

2,0 1 о 3 4 9.8 20,5 89,5 11.8 6,5 14,8 26Л5 7,4 62,4 82,1 146,9 50,9 63,3 87,3 151.7 45,3 52,6 72,4 135,5 0,0 48,3 23,1 135,8 29,6 1,1 0.7 10,0 0,6 1,1 8,8

Примечание: в графе 1—дерново-подзолистая почва, 2 — краснозем. - . - ~ -

первый год после их внесения, следует отнести преимущество ВФШ в этот период" прежде всего за счет действия содержащегося в нем фосфора. Так, например, на дерново-подзолистой почве, благодаря нейтрализующему, .действию шлака, урожаи костреца безостого по сравнению с Рс увеличивались в среднем на*"38%, а за счет поступления.со-шлаком фосфора—более чем в 4 раза относительно варианта с СаС08 (табл. 3). На красноземе высокофосфатный шлак влиял на урожай гороха аналогично суперфосфату, внесенному в эквивалентном количестве, т. е, действовал в основном как фосфорсодержащее удобрение.

В процессе длительного взаимодействия шлаков с почвой (4—5 лет) достоверное увеличение урожаев было получено при внесении высоких норм (1—2 г. к.) высокофосфатного конверторного шлака (табл. 3). В отличие от извести (СаС03) применение высоких норм шлаконзвестковых удобрений (ВФШ) не; приводило к эффекту переизвесткования. Продолжительность последействия суперфосфата и шлаков с низким содержанием Рг05 было значительно короче, чем ВФШ.

3. Использование фосфора опытными культурами при внесении высокофосфатного конверторного шлака.

Исследований по установлению эффективности фосфора, содержащегося в.шлаках, проведено мало, практически .не.

изучен вопрос их действия и особенно длительного последействия как на дерново-подзолистой почве, так и особенно на красноземе. Изучение доступности фосфора высокофосфатного шлака сельскохозяйственным культурам проводилось в сравнении с Рс, Рп, РФ, внесенных в эквивалентном количестве по содержанию Р2О5 в шлаке как в чистом виде, так и на фоне извести (СаС03).£Нами.было.установлено, что доступность фосфора шлака является достаточно высокой как в действии, так и в последействии и зависит от многих факторон: нормы внесения шлака, типа почвы, формы азотного удобрения, вида мелиорантов и т. д.

Характерно, что фосфор шлака использовался с первых фаз развития растения. Так, уже в первом укосе наибольший вынос Рг05 (134 мг/сосуд) кострецом безостым был отмечен в варианте с ВФШ против 105 мг/сосуд в варианте с суперфосфатом (табл. 4, 5). Это преимущество перед суперфосфатом сохранялось в течение всей вегетации и наблюдалось на дерново-подзолистой почве как в действии, так й в последействии. На красноземе существенного различия использования фосфора в вариантах со шлаком и суперфосфатом не было отмечено в действии, а в последействии эффективность ВФШ перед Рс наблюдалась. Таким образом, тип почвы оказывал существенное влияние на вынос фосфора сельскохозяйственными культурами при использовании ВФШ. На красноземе вынос фосфора при прочих равных условияхЛ, (реакция среды), как правило, был ниже, чем на дерново-подзолистой почве. "

Таблица 4

Содержание фосфора в надземной массе'растений костреца безостого при внесении ВФШ. Опыт №4, 1985 г.

1 Укос «

А I II , *- яя 2

Вариант

яе£3 Р205, % вынос Р105 Р*0„ % вынос Р А 2 сбР

Фон 1Ж І.0К' Фон-ЬВФШ по 1 г. к. Фон + Рс экв. Р,Ю в шлаке Фон + Рф экв. Р 05 в шлаке 1,0Ш,8Р„ 1.0К СаСОз по 1 г. к. 2490, 2490 2490. 800 0,77 1,19 1,18 0.95 1,01 3,4 133,8 104,8 47,8 57,1 1,95 1,38 1,57 1,38 1,20 1.3 93,1 91.8 53.9 43,8 8,3 7,1 3,3 10,1

Разница в коэффициентах использования фосфора ВФШ зависела от нормы его внесения и, как правило, наиболее,

низкий коэффициент использования Рг05 шлака был отмечен при высоком выносе Р2О5 культурой и высоких нормах шлака. При оценке действия и последействия ВФШ на вынос Р2О5 можно его отнести к хорошему источнику фосфора для растений. В условиях вегетационного опыта он имел преимущество перед Рс, Рп, Рф.

Таблица 5

. Динамика потребления фосфора растением кукурузы в зависимости от типа почвы. Опыт Л» 3, 6. 1983—1985 гг.

Фаза 3—5 л. Фаза 7—8 л. Фаза цветен я 1

Вариант Р*Оз, % вынос ро5 РЛ , % пшюс РЮв РА, % вынос РрО, я g «й£ ♦е-я g л

Фон 0,75Ш,75К= 0,60 5.0 0,35 5.3 0.23 6.4 —

СО(КН2)2 + : 0,64 0,76 4,5 12.2 0,85 0.50 0,4 40,0 0,35 0,49 5,6 198.5 6.4

ВФШ по 2 г к 0,59 0.86 6,5 16,3 0,55 0,53 11,0 51,4 0,83 0,54 133,6 237.6 2,4 3.0

Рс экв. Р205 в шла-ке-по 1 г. к. Рс экв. РШ5 п шла- 0,76 0,75 13,7 5.3 0,77 0,43 82.4 12.5 0,45 0,31 188,6 27.0 1,5 0.2

0,61 1,00 4,9 13.0 0,69 0.54 13,8 36,7 0,55 0.31 31,4 126,2 0,4 0.8

ке по 2 г. к. 0,71 9,9 0,70 18,7 0,40 90,8 0,5

Примечание: , над чертой — дерново-подзолистая почва, под чертой — краснозем. Р205, % на сухое вещество, вынос Р205 в мг/сосуд.

4. Влияние сталеплавильных шлаков и извести на подвижность фосфатов почвы и их динамику.

Известь (СаСОз) и шлаки с низким .содержанием Р2О5 оказали незначительное влияние на увеличение общего запаса подвижных фосфатов в почве и улучшали фосфорное питание растений главным образом за счет повышения в ней степени подвижности фосфатов. При суммарной оценке эффективности разных видов шлаков на фосфатный режим почв за период исследования (2 года) выявилось преимущество ВФШ на фоне КК, где отсутствовал эффект зафосфачивания. При внесении извести и шлаков с низким содержанием Р205, напротив, оптимальным фоном оказалось полное минеральное удобрение. Высокофосфатный шлак уже в первый год существенно обогащал почву подвижными формами фосфара (граф. I) и повышал на фоне КК степень подвижности фосфатов до 0,43 мг Р205/л, т. е. в 10 раз по сравнению с фоном.

Изучение динамики содержания подвижных фосфатов в

почве по годам (граф. 1)1 показывает резкое;увеличение.их количества в первый, год при внесении" ВФШ,и ,суперфосфа-, та, причем растворимость фосфора, суперфосфата в этот пе-« риод была выше, чем фосфора: шлака; независимо от типа почвы. На второй год "исследованиям происходило заметное" уменьшение содержания подвижных фосфатов (в красноземе на 25—68%, в дерново-подзЪлистой;почве на 16—38%). После установления некоторого динамического равновесия (2-ойз год опыта) проявилась денденция'к" стабилизации содержания- подвижных фосфатов в *почвел-*чго указывает на возмож-. ность использования растениями остаточных фосфатов. „; ♦<-*-• \ - 5. Фракционный; состав - фосфатовЛ*дерново-подзолистой почвы и. краснозема в связи' с "длительным" взаимодействием .-; высокофосфатного конверторного.шлакаЛс почвой. • :, • •

Метод Чанга-Джексона. ;позволил через год после внесе-/ ния-фосфатшлаков,и минеральных фосфорных удобрений установить существенные изменения фракционного состава фос-" фатов кислых.почв независимо от формы,фосфорных удобре-у :ний. Распределение" фосфатов при внесении ВФШ в дерново-" подзолистой ПОЧЕС по мере убывания !;ихг содержания составило ряд: Са—Р, А1—Р,;Бе--Р, рыхлосвязанные"фосфаты; в красноземе соответственно: А1—Р, Бе—Р, Са—Р, рыхлосвя-занные фосфаты",(табл. 6)г*,Очевидно .распределение фосфа-

* ' , "•;,.- -."-;У'* ••'_:*•-"...„• •',!;'. , г Таблица 6

Изменение форм минеральных фосфатов дерново-подзолистой почвы. . - при внесении разных видов фосфорных удобрений (Чанг-Джексон, РвОв. мг/100 г "почвы).; Опыт № 4, 1985 г.

Вариант Рыхло-' Связанные фосфаты .¡г- Л1-Р ; 1 - Бе — Р Са—Б Сумма активных фракций

Фон 1.0№.0К .....'..". . Фон+ВФШ по 1 г. к. . . . "-. Фон + Рс экв. Рг05 ВФШ- . . Фон + Р ф экв. Рг05 ВФШ . -: . 1,0Ш,8Р„ 1,0К+СаС0з по 1 т.к. - 0,44%' • 0,62 Г; '. 0,58 - ' 0,53 "• 0,25* •: *''0,9 24,5'-26,3 9,8 .42,7 0,9 1,8 '0,5 0,5 -.1.1 7,7 27.1 31,3 18.2 13,2 - 9,94 54.02 * 58,68 29.03 27,25

тов. удобрений между фракциями активныхгпочвенных фосфатов обусловливалось"наличием оснований' и полуторных окислов в.почве. Вследствие этогодв" красноземной почве во всех вариантах рыхлосвязанные фосфаты были обнаружены в меньшем количестве, чем'на дерново-подзолистой почве.

Все фосфорсодержащие Лудобрения.(ВФШ и Рс) повышали содержание'"валового фосфора дерново-подзолистой почвы и сумму активных фракций;фосфатЬв....; -.--.Л

Количественные соотношения между. фракциями фосфатов зависели от формы "применяемых фосфорных удобрении. При

внесении водорастворимого фосфорного удобрения (суперфосфата) в почве интенсивно накапливалась фракция основ, ных кальций-фосфатов (вытяжка 0,5К И2Б04) и п меньшей ** мере алюмофосфатоп (вытяжка 0,5К КИ4Б) по сравнению с фосфорными удобрениями II группы, что указывало на быстрое закрепление фосфора в труднодоступной фракции водорастворимой формы (Рс) и более длительное нахождение в доступных формах фосфора ВФШ и Рп (табл. 6).

С течением времени происходила трансформация отдельных форм фракций фосфатов, например, после 6-летнего взаимодействия ВФШ с почвой большая часть фосфора была представлена Бе—Р фракцией. Кроме того, при длительном взаимодействии шлаков с почвой нами было установлено сужение' соотношения между Л1—Р и Бе—Р. На дерново-подзолистой почве, как правило, заметно увеличивалось количество железофосфатов, а на красноземе превалировала доля А1—Р. Количество основных Са—Р занимало промежуточное положение между А1—Р и Бе—Р (табл. 7).

С увеличением норм ВФШ закрепление фосфатов в виде Бе—Р в почве в абсолютных величинах увеличивалось, а в относительных уменьшалось. В связи с этим доля алюмофос-фатов и рыхлосвязанных фосфатов в сумме активных форм фосфатов с течением времени (вынос Р2О5 и фиксация фосфора железом) постепенно падала.

В дерново-подзолистой почве на варианте КК наблюдалось значительное уменьшение минеральных форм железо -фосфатов по сравнению с чистым контролем и соответственное повышение содержания рыхлосвязанных фосфатов и основных кальцийфосфатов. ,

.-"-"• '5 Поведение тяжелых металлов в системе почва—растение в условиях нейтрализации.почвенной кислотности.

. а) Поведение тяжелых металлов в почве в зависимости от времени взаимодействия шлаков на разных типах почв, вида и нормы шлакоизвесткового удобрения, уровня питания и формы азотного удобрения..

До недавнего времени металлы-микроэлементы рассматривались в основном с точки зрения их биологической необходимости. Однако повышенное по сравнению с фоновым содержанием тяжелых металлов в почве ведет к увеличению их концентрации в растительном организме (Гармаш, 1982).

В наших опытах мелиоранты в зависимости от одноразового и повторного их внесения, времени взаимодействия с почвой оказали неоднозначное влияние на распределение и перераспределение тяжелых металлов. ВФШ и электросталеплавильный шлак вызывали повышение по сравнению с фоном содержания хрома и марганца в почве (табл. 8), что без сомнения было обусловлено наличием загрязняющей примеси

По

' . • '

Изменение фракционного состава минеральных фосфатов по . Чангу-Джексону при длительном взаимодействии высокофосфатного шлака с дерново-подзолистой почвой. Р205, мг/100 г почвы. Опыт J6 2,

1978-1983 гг. 1

Таблица 7

Рыхло-. свя- > зан. фосфаты А1-Р0,5НМН1 - Ре—РОЛ и --' ЫаОН-;' " f=d . ' в том числе

орга-. минер органич. минер.

1НОТ«С1 минер нич. 1 =С/3 « и » сумма органич.

0,59 <0,39л ';о,26-0,59 0,50 1,42 : ,14,0 Г-7,7 7,6; ',8,3 ' '7,1: 52,0: ,' 15,34' 11,2 . . 12,5 ' " 14,7 , г.. 9,1 ' \ 5,8 . 34,7 33,2 31,4. 20,6 23,4 93,6 53,9 *•' 41,1' 46,6; 46,7 -, 44,7 •"•' /'45,6 , 4 5,3 ,.4,5 ',6,1 .7,1 11,8 123,22 : 98,81 102,71 • .96,89 92,36 210,12 53,99 • -,"46,53, ' 43,92: ,35,54 38,05 158,82 : 69,23 ' ,52,28 58,79 • "61,35 .54,31 :51,30

*0,68 '• 1,11! -0,49 — 0,38:', • 1-35л;;;: 11,3 12,3, -13,5 : 17,0 44,3 , 6,6 • 12,6 •--3,3'*. 0,6 < 10,0 28,1 31,7, -27,8 -29,7 79,4 ,51,3 ,56,2 -48,8' 51,9 70,4 6,1 - 5,9 1 6,8 6,8 103,59. 119,77 100.67 106,26 ; 217,20 '•46,08. '50,96 48,54-'53,78 136.85 57,91 68,81 52,13 .52,48 80,35

0,69 : !?•?' 9,2 31,5 52,5 " 8,2 112,14 50,46 61,68

№/

Вариант

1 2"

3

4 '5

6

• 7.

8

9

10 11; 12

' Исходная почва г. ;: "'.":,.'",., . • Без удобрений '!.'.'',,.. . .,.';. Фон 1 — №,Ж6Л-''> . .1 Г: . .Фон 1+СаСОз '."'.''.;,..• . . . . Фон . 1+шлак Ижевского з-да Фон, 1+ВФШУ... . .•:;•'• .Фон' 1 +шлак:; Череповецкого завода ..'.','•'.**';' ., '••';" ......

>

У.

Фон 2 — ЫлКьэ

-Фон-2+СаСОг......;. • .,.*-.

Фон 2+шлак Ижевского завода Фон 2+ВФШ . . ; :.у ;; . ; , Фон 24- шлак Череповецкого завода' ..........8 .

Таблица 8

Влияние шлаков на химический состав дерново-подзолистой почвы. Длительное-взаимодействие (1978—1984 гг. Опыт N° 2)

Вариант ТЮ2 МпО Сг М Си Ти РЬ ИЬ ЙГ I гг

о. о мг/кг

ф 0 П 0. 5Ю. 5К 0,58 0,06 1,98 28 33 10 167 15 63 121 342

1.5№.5К 0,57 0,04 1,93 36 33 10 357 41 64 114 352

Фои + СаС 03....... 0,55 0,08 1,80 73 33 10 228 1 56 60 112 345

0,58 0,05 2,07 30 33 10 307 22 70 123 342

0,55 0,06 1,91 56 33 10 159 19 61 120 342

0,49 0,07 1,90 100 33 10 268 19 62 114 339

Фон+череповецкий шлак . . 0,55 0,08 2,12 84 33 10 710 35 62 123 341

0,50 0,07 1,96 48 33 10 275 38 63 115 345

Фон+ВФШ ....... 0,57 0,10 2,11 82 33 10 302 40 66 124 351

0,43 0,10 1,85 80 33 10 181 28 58 114 338

Повто рное шлак ование (1 976—1986 ; 1980 по вторно. Опыт 1)

ф,„0,5К0,5К 0,52 0,05 1,70 40 33 10 156 5 52 106 330

1.5М.5К 0,55 0,04 1,79 22" 33 19 179 37 56 109 357

Фон+СаСОз .... 0,50 0,07 1,68 86 33 20 193 12 54 104 341

0,50 0,05 1,85 22~ 33 23 182 42 56 106 354

Фон+ижевский шлак 0,55 0,10 1,72 86 33 10 190 35 53 103 325

0,54 0,07 1,88 128~ 33 24 193 26 58 ПО 350

Фон+ВФШ 0,54 0,10 1,78 8J 33 10 148 29 53 102 322

0,46 0,07 1.88 98 33 21 171 23 53 104 337

хрома и марганца в составе данных,шлаков'. При внесении ВФШ повысилось также содержание:цинка в почве, что, по* видимому, обусловлено не'.только его -внесением со шлаком; но и вследствии антагонистического поступления фосфорами цинка в растения. ; • \Л';.Т-ТлГ ""'•'•'•" 'V V :♦;'"' .';• '-:"•; у.''''.?". , , Фосфорсодержащие удобрения "оказалиЛ влияние на содержание свинца в почве (г =—0,3—0,4)', по; степени их влияния на содержание свинцаГв; порядке .убывания был.образо-ван ряд Рс, Рп, ВФШ. Содержание тяжелых металлов зависело от типа почвы: в красноземе Бе.Сг, №;'7п, 7г превалировали по сравнению с дерново-подзолистой почвой. , ," ; В опыте С повторным' шлакованием; ; повышение уровня азотно-калийного/Дитания. в 3 раза (фон' 1,5К 1,5К) существенно увеличивалоЛпо. сравнению с1 фоно11.1.. (0,5К0,5К) ва-ловог содержание Сг,;Бе,'Си,*7п,* и 7г и наоборот уменьшало содержание Мп, Т1, РЬ.; Подобные изменения наблюдались также в многолетнем опытеЛ'с:ВФШ при1 длительном его вза-. имодействии с дерново- подзолистой'почвой.';,-',.,. .

Влияние формы азотных удобрений на изменение содержания тяжелых-металлов" в-почвё-было неодинаковым. :В дер-ново-подзолистой.'тючвеЛпрй использовании'*" (КИЛБ01Г- содержание Бе и 7п п6высилось,<."а в красноземе соответственно увеличилось содержание Сг.'Мп, Бе, N1, Си, Бг, ВИДИМО, за счет ИХ растворения в"кисл*ой;"среде, вызываемой физиологической кислотностью. ;Ъ:»- '" > '"'/Г;-.-";«; < . .1]"

гШслиоранты-оказалиЛвлияние на содержание подвижных форм тяжелых металлов, кторое также..зависел о и от/типа почвы. ВФШ по уравнению} с известью в меньшей степени "снижал концентрацию подвижных" форм Мп, Бе, 7п, Си "из* влекаемых Ш СИ3С00КИ4, рН 4,8. Во всех вариантах-.'со-держание подвижных форм "марганца, железа, цинка," меди на красноземе было значительно выше, по сравнению с аналогичными. вариантами на", дерново-подзолистой почве. ;'.Та-ким.'образом, большая "подвижностьЧтяжелых металлов; наблюдалась на красноземе,, но их количество не превышало

• п д к . . • •'•",>:„' ."..--•.;•-. , •-;-:,

.Среди тяжелых металлов Сё является наиболее токсичным элементом; проведенными исследованиями во вбехЛва-риантах опытов отмечены-следы данного элемента независимо от нормы внесения1-мелиоранта и типа,почвы. , ! ,ч"" *

.6) Поступление тяжёлых , металлов • в сельскохозяйствен-

* ную продукцию-при использовании различных металлургических шлаков.-', - •••• \~>\х?"-".~1-.* '•"-'•*",-•••

Поступление тяжелых"* металов в растения, зависело от свойств почвы, содержания тяжелых металлов в используе-.мых удобрениях, видовых особенностей растений, формы азотных и нормы фосфорных удобрений. Исследованиями; вскрыли :. ;:-Ь--';. Л .;:','':,.>''',;:-. ; • .' V; - ;,-•-'

та тенденция преобладания N1 и Бе в растениях' кукурузы, выращиваемых на красноземной почве, и 7п на дерново-подзолистой.

В вариантах с использованием медленнодействующих мелиорантов (мартеновского, ВФШ, ферросплавного шлаков) больше всего выносилось с урожаем Мп, Бе, 7п, N1, чем при применении извести (СаСОз). Это видимо не только связано .с нейтрализующей способностью мелиорантов, но и с их химическим составом. Так, например, при внесении шлаков отмечено повышение содержания Мп, которое превышало ПДК (в действии). Однако нами было установлено, что с течением времени взаимодействия шлаков с почвой концентрация Мп в растениях существенно убывала, что, по-видимому, связано с усилением нейтрализующей способности шлаков.

На дерново-подзолистой почве наибольший эффект от внесения ВФШ наблюдался на фоне мочевины, где вынос Мп, Бе, 7п оказался значительно меньше, чем на фоне (N^2 Б04. На красноземе, напротив, эффективен был фон сульфата аммония. Присутствие фосфора в шлаке препятствовало потреблению Мп, Бе, 7п, N1 опытной культурой.

Нами было проведено изучение транслокации Сё в опытные растения в зависимости от видов известковых и фосфорных удобрений, норм их внесения, типа почвы, времени взаимодействия ВФШ с почвой и биологической особенности культуры. По способности повышать уровень Сё в растениях известковые удобрения образовали в порядке уменьшения ряд: СаСОз, ферросплавный шлак, электросталеплавильный, ВФШ, а фосфорные удобрения соответственно: Рф, Рс, Рп, ВФШ. Время взаимодействия ВФШ с почвой способствовало повышению содержания Сё в растениях кукурузы. Различные растения обладали весьма неодинаковой способностью к накоплению Сё. Так, содержание его в кукурузе в пересчете на абсолютно сухое вещество составило 0,066 мг/кг, в ячмене — 0,029 мг/кг, т. е. в 2,5 раза меньше.

Выводы

1. Сталеплавильные шлаки улучшали агрохимические показатели дерново-подзолистой почвы и краснозема, снижая все виды почвенной кислотности, количество подвижного алюминия, повышая степень насыщенности почвы основаниями, содержание кальция, магния, фосфора.

2. Высокофосфатный шлак в сравнении с известью (СаСОз) проявлял себя как известковый материал медленного и постепенного действия и был равноценен влиянию СйСОз на устранение почвенной кислотности на 3—4-й год после их внесения. Вторичное нодкисление почвы в вариан-

1 5

тах с ВФШ было отмечено носле*;5Л-б летнего взаимодействия шлака с почвой. -, • :; ;~u$ A;"j";-- ".'. J. ?i--:: '*' '.','{'.

,3. Высокофосфатные конверторные шлаки (10% P20S):HBV ляются перспективным' известковьшЛфосфорсодержащим;удо-: _ .брением с длительным последействием. В вегетационных опы-л тах ВФШ на 5—6 год увеличивал - урожай в сравнении :"cS ••-СаСОзв-4 раза;.. -*-;.:.'. \-> A."fVV-'v V,- --;Л '."--:" • • "Т£-г / 4 . На дерново-подзолистой, почве,.за счет Нейтрализующей* активности шлака урожайность опытных,-культур~увеличива-; лась в среднем на 38%,?за счетЛулучшенияТ'фосфорного.'пи^, тання растений — почти ;в-4- раза,' на; красноземе ВФШ "дей-;? -_ствовал в основном как,фосфорное; удобрение,-не,уступалЛаУ * в лнекоторых вариантах превышал действие суперфосфата. * , • . * -5. При внесении ВФШ;,наЛ2—3-й год: проведения опытал

♦ улучшался фосфатныйЛрежим";почвы,» содержание фосфора' в' дерново-подзолистойпочве (по Кирсанову), повышалось с 1,2

;" м'г/100'Г почвы до 27—38 мг/100 г,. в красноземе (по' ОниаС - ни) — с 6 до 90—120мг:Р2О5/100;г. г'Лй. >,•; -.-";?'; ;'~,,г

'-.'♦';.6. Высокофосфатный шлак "изменял соотношение фракцй:'. онного состава минеральных';фосфат6в,1;спос6бств6вал в пер> ,вый год после внесения шлака .увеличению количества Са— V и А1—Р (по Чан'гу-Джексону),-в последействий (на 5—6 год)' — Fe—Р. ФоссЬор шлака „подвергался меньшему закреплению в почве; чем фосфор суперфосфата. l'.:*'[j'V - 7 '"•"{•

'.'7. Шлаки не вызывали-;увеличения содержания в почве*;и потребления растениями большинства изучаемых намитяжёЛ лых металлов: Си, Zn;ACd, /П, Rb, Sr, Zr,4 однако отмечено . негативное влияние.ВФШ;и;мартеиовского шлака Ижевско--го завода (в первый год;исследований) на накопление хро'ма* и марганца в почсе ичювышенное. • • • потребление" марганца* и» железа* опытными растениями"; (превышающее., в .некоторых „случаях ПДК).,В последействии (3-й год)* количеств6;под-

♦ вижных форм, тяжелых металлов в почве уменьшалось,.;что было, сопряжено с изменением, реакции среды (г = 0,63Л-0,72). Повторное шлакование; в наших* опытах не оказывало существенного влияния на,Увеличение" количества тяжелых металлов в ПОЧЕС. •_,.; ; 1Л" */;; ...' "... "'T'lji.-l'"-

' . • По материалам диссертации опубликованы следующие работы: , ~*;,Л . - 1. Ягодин, Б. А:, Р еш'етникова.'Н." В., Бабинская Е." Б.; Р андр и а м и а ли Ж. Д. Последействие'мета^ургических шлаков-на фосфатный режим почвы в зависимости от уровня азоШо-калийного'пи-тания//Известия ТСХЛ.— 1986.— Вып.;2.— С-84—87. ;. -,=„.;.,;

2. Ягодин~Б. Л., Решетникова.!!., В., Б а би нск ая ;Е.-Б., • Рандри ам и а ли. Ж.; Д. 'О ; целесообразности применения сталеплавильных шлаков металлургических комбинатов **в сельскохозяйственном-"производстве //Оптимизация-питания растений-в условиях химнзациигзём-: леделия,—Москва: ТСХЛ.— 1937.-лС: 70-л-79.л ; л.-;> -"ч&г'г"

.Объем 1 п. л._..Заказ 3301.- ..'•'• "_Тиража 100:

. . Типография Московской с.-х. академия им. К."'А. Тимирязев а*--г %;«

•- 127550, 'Москва И-550,'-Тимирязевская ул., 44' .•-..*-" :л;