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"

шт/

У

• ч - • • 'I .. .

государственный агропромышленный комитет ссср

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ никни К. А. ТИМИРЯЗЕВА

-■ 1 1 ' . ' 1

На правах рукописи УДК 681.879Л+631.821.1 РАНДРИАМИАЛИ 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

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. Ш и льни ков, кандидат сельскохозяйственных наук Ю. И.Каснцкнй.

Ведущее предприятие: Воероссийскнй научно-исследовательский проектно-технологический институт химизации сель- . ского хозяйства.4

Зашита диссертации состоится 987 го-

да 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 » 1987 года

Ученый секретарь Специализированного совета -кандидат биологических наук

С. М. Саблнна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• Актуальность темы. Почвы, имеющие - неблагоприятные для развитии сельскохозяйственных культур, свойства, занимают обширные площади как в зоне уморенного климата, так и r субтропических и тропических странах. Необходимым условием успешного, возделывании сельскохозяйственных культур на таких почвах является устранение их повышенной кислотности .и^как правило, увеличение содержания подвижного'фосфора. Отметим однако, что результаты известкования кислых тропических, субтропических почв весьма противоречивы, так как в условиях тропиков коагулированное состояние почвенных.коллоидов обеспечнваетсяне каль-• цнем, а главным образом нонами железа и алюминия, вследст-, вне чего введение значительного количества кальцин в такой ком п.-л к с с известняковой мукой может привести к коренным изменениям его структуры и неблагоприятно отразиться- на физических свойствах зтнхпочв (Денисов, 1979) .

Другой аспект проблемы состоит в улучшении питания растений фосфором, так как этот элемент-вследствие связывания его-полуторнымн:окислами частооказывается на данных почвах виюложешш минимума.

- По данным .ряда исследователей (Клёчковский, 1937; Foster, 1970), применение отходов металлургической промышленности— шлаков в качестве химического; мелиоранта на кислых тропических . (субтропических).почвах-имеет преимущества перед внесением извести, что,» по-видпмбму, связано ¿'Наличием в шлаках силикатных соединений кальция .и магния, а также с содержанием в них ряда необходимых для растений макро- и микроэлементов, у

Однако в области сельскохозяйственного применения отходов металлургической промышленности есть еще много нерешенных вопросов, в частности, не выявлен до конца комплексный 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 н задачи «следований. 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 лочье 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 н 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 новнзна. 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 па закрепление фосфора почвой. Установлено также различие в их действии и последействии на разных типах почв (дерново-подзолистая почва н краснозем). Получены данные о доступности фосфора ВФШ растениям в течение 5 лет. Установлена эффективность действия, длительного взаимодействия и повторного внесения отходов металлургической промышленности на содержание тяжелых 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 фосфорный удобрения и уменьшить дефицит известковых удобрений, а также расширить ассортимент этих удобренин:'(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 внесения шлаков, которые необходимо учитывать при их использовании в сельском хозяйстве, что. одновременно будет способствовать решению экологических вопросов, связанных^ с ПДК' тяжелых металлов в почве.и растениях. ,

- Апробация работы. Результаты исследований были доложены на научных конференциях ТСХЛ в 1984 г. и на XX конференции молодых ученых и специалистов ВИУА в 1986 г. Основныз 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, приложения. Список литературы представлен 193 наименованиями, в том числе 74 на иностранных языках.

Условия и методика проведения исследовании. 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 Грузни (табл. I). ,

Таблица 1

Агрохимическая характеристика почвы перед закладкой вегетационных

опытов •

ift Год проведения опыта Гумус % рН КС] Нов нг - S -V % А) P*Os к2о.

• мг-экв/100 г почви мг/100гпочвы

Дер ново-подзол ист а я среди есу глинистая почва

1 1970—1986 2,8' 4,3 1,14 6,1 3,9 39, 9,2 1.3 3.4

2 1978—1984 1.4 3,8 0,76 6.6 3,1 32 6,5 1.4 3.4

3 1983—1986 3,0 4.1 1,18 4,6 2,4 34 ' 9,3 1,4 6,4

4 1985—1986 1,2 3,9 0,80 6,0- 3,7 38 6,3 1,3 4,8

5 1986 1,2 3,9 0,80 6,0 3,7 38 6.3 1.3 4,8

' Красноземы

6 1983—1986 ' 6,7 4,1 ¿93 8,7 5.0. 37 52,8 7,0 33,0

7 1985—1986 5,3 3,8 6,70 12.3 4,7 38 68,7 14,2 7,8

В опытах изучалось действие (опыты № 3, 4, 5, 6, 7), последействие (опыты Хг 3, 4, 6), длительное взаимодействие шлаков с почвой (опыты № 1, 2), повторное шлакование (опыт Л* 2), При проведении опытов использовались сосуды Мнтчерлнха, смещающие 7 кг воздушно-сухой почвы (опыты Кв 3, 4, 5, 6), и стеклянные сосуды емкостью 3 кг (опыт № 7). Опытными культурами были: яровая пшеница {«Московская 35»), горох («Кормоной 24»), кострец безостый («Моршац-екпй»), райграс многоукосный («Ивацевичский»), кукуруза («Букопиискан») 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 и экспериментальный шлак (табл, 2).

Таблица 2

Химический состав шлаков в данные ЗАЛ

Соединение Мартеновские шлаки Высокофосфатные конверторные шлаки.

Ижевского завода Череповецкого завода Экспериментальный 1 завода «Азовсталъ»

СаО 40,0 36.8 26,8 28,3

МцО 8,2 12,5 10,1 6.1

МпО 14.7 5,6 7.0 9,3

StOi 14,3 16,4 ' 17,3 17,2,

Fe203 6,8 3.4 6.4 3,0

FeO 14,0 14,1 7.8 12,9

AläOa 6,8 9.2 7.0 2,1

PjO, 1,0 0,7 16,8 11,0

OHC* 51,5 54,3 40,9 36,8

Модуль' основности 3.4 3,0 2,1 2,0

* ОСшая нейтрализующая способность шлака в пересчете на СаО.

В опытах были также использованы электросталеплавильный шлак Челябинского электрометаллургического-комбината (101,9% СаСОз), ферросплавный шлак Чусовского металлургического комбината (П6,5% 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—колориметрически по Мерфи-Райли, калий—на пламенном фотометре. После сухого озоления методом атомной абсорбции (AAS —

Perkin Elmer) определяли Ca, 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-Гильковнцу, гидролитическая кислотность— по Каппену, обменная кислотность н подвижный алюминий— по Соколову; содержание подвижного фосфора и калия в дер-, ново-подзолистой почве — по Кирсанову, в красноземе — яо Ониани. Валовое содержание тяжелых металлов определялось методом рентгено-флюоресцентного анализа «Ortek» Тефа, подвижные формы тяжелых металлов —по Крупскому-Алек-сандровой в ацетатно-а мм опийном буфере ,рН -1,8.

Для оценки многообразия видов взаимодействия фосфат-ионов ВФШ мы 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 н регрессионного анализов на

эвм. '■ /""■■'■ : ■

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

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

Результаты почвенных анализов показали, что длительнее примененне'минеральных удобрений'(фон NK) без известкования приводило к 'ухудшению свойств дерново-подзолистой почвы и краснозема по сравнению с чнегым контролем. Известкование (шлакование) в значительной мере уменьшало негативное влияние физиологической' кислотности удобрений; значения pHKci .повышались, обменная кислотность и подвижный алюминий практически ликвидировались. Реакции среды (рНка) дерново-подзолистой почвы и краснозема н 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-подзолнетой почве, чем на красноземе.

Формы известковых удобрений значительно различались, • ' • " - : ' -5

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. Выеокофосфатный шлак проявил себя как известковый материал медленного и постепенного действия (ДрНкС1= 1,5). Однако н итоге, через 8 лет, варианты с вы-сокофосфатпым шлаком и известью оказались практически равноценными но своему влиянию па устранение кислотности почвы, значения рИ были доведены до 5,3—5,5 при систематическом внесении физиологически кислых удобрений.

^Вследствие вымывания кальция и магния из почвы, выноса нх с урожаем и за счет нейтрализации физиологической кнелотностн 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 рНка 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, высокофосфатнцй шлак при этом, как и при одноразовом его применении, выделялся как наилучший мелиорант на повышенном фоне азот-но-калийных удобрений (1,5Ш,5К). „: ,

2. Действие и последействие металлургических шлаков на: урожай опытных культур. <

В многолетних вегетационных опытах на разных типах почв нами было установлено, что в год действия эффективность извести (СаСОз) н 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 11 раз. Урожайность кукурузы (зеленая масса) на 2-й год исследования возрастала в -1 раза, рапса на 4-й год проведения опыта— в 4—б раз в зависимости от нормы ВФШ на* дерново-подзолнетон 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 ЫК) к тронному (фон NPK), что указывало на низкую эффективность данных шлаков как источника фосфора для растений в отличии от ВФШ.

Учитывая низкую нейтрализующую способность шлаког

* ^¿«¿ЛЛ А

шияние высокогостатного шлака на динамику содержания подвижного фосфора в почав (Опыт № 3, 1ДО-ГС66 гг.)

^ерново-псдзолийяая почва

--* СаСОэ X г.к.

—« ^аСОз 2

' ' * Ш1 1 Р.к. •--Б4Ш 2 г.к.

- Рс экв.

Краснозем (по Онкаш)

Д (НН4>2$04 • *

/\

--- Ро экв. РрОс в шлаке

й ^ по а г.к.

к-* фон« 0,75 Н 0,75К

шлаке | I г.к.

■ - Таблица 3

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

Норма мелко, ранта Год проведения опита - Фон+СаСО^ Фои+ВФШ Фон+Рс экв Ра05 шлака НСР»

4 1 2 1 " О - - 1 . 2 1 :2 '

1 4,4 3,0 ,42,7 15,5 32,7 23,9 и 0,6

0.5 2 13,1 1,4 32,8 5,5 8,7 7.9 0,7 "1,1 ■

3 5,9 7,9 38,5 8,5 11,3 14,2 10,0 8,8

4 0,0 ■ 1 6,9 2,1 0,0 1.2 — .—

1 6,2 ' 5,9 6ЭЛ 37,3 50,4' 32,9 и 0,6

2 19,5 6,3 62,0 52,6 42.1 14,1 0,7 1,1

3 29,5 6.1 126,8 36,8 - 31,9 68,7 10,0 ■ 8,8

4, 7,1 1,4 42,0 49,3 0,0 4,2 — —•

I 9.8 . 6,5 62,4 03,3 52,6 48,3 1,1 0,6

2.0 2 20.5 14,8 »2,1 87Л 72,4 23,1 0,7 1,1

3 89,5 26,5 146,0 151,7 135,5 135,8 10,0 8,8

4 11,8 7,4 50,9 45,3 . 0,0. 29,0 ^^"

- Примечание: в графе 1 —дер ново* подзол истая почиа, 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 дер ново-под золист ой 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 СаСОз {табл. 3). На красноземе высокофосфатпый 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 (СлСОз) применение высоких норм шлаконзвестковых удобрений (ВФШ) не приводило к эффекту перензвестковапня. Продолжительность последействия суперфосфата и шлаков с низким содержанием РгОа 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)^Т1ами.было, установлено, что доступность фосфора шлака является достаточно высокой как в действии, так и в последействии и зависит от многих фактором: 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 РгОа {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 условиях^ (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 А '4, 1085 г.

Вариант о ' Укос 19 „ « в 5 5 т >. 0 о V - -3-3-йя ¡2§2£

I * ; II . -

РЛ, % вынос Рг05 РА. % выкос р2о3

Фон 1,0М 1.0К Фон+ВФШ по I г. к. Фон+Рс экв. Р205 в шлаке Фон+Рф экв. Р$0} в шлаке 1,<Ж 0,8Р П 1.0К СаСО} по 1 г. к. 2490; 2490 24901 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 3.3 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 8

низкий коэффициент использования Ра05 шлака был отмечен при высоком выносе Р203 культурой и высоких нормах шлака, При оценке действия и последействия ВФШ иа вынос Рг05 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. Олыт Лк 3, 6. (983—1965 гг.

Вариант

Фаза 3—Г) л. Фаза 7—8 л. Фаза нветен к g asfi ■frg * -&•= £ Л JE 4, вЬ

р2о5, % DU нос PÄ pä, % nuttoc PäOä ра, % вынос PiOj

0.60 5,0 0,35 5,3 0.23 6,4 _

0,с4 ■».5 0,05 9,4 0,35 5,6 -

0,76 12,2 0.50 40.0 0.49 198.5 6.4

0,59 6,5 0,55 11,0 0,03 133,6 2,4

0,86 16,3 0,53 51.4 0,54 237.6 3.0

0,76 13,7 0,77 82,4 0,45 188,6 1.5

0,75 5,3 0,43 12,5 0,31 27,0 0.2

0,61 4.9 о.сэ 13,8 0.55 31,4 0,4

1.00 13,0 0,54 36.7 0.31 126.2 0,8

0,71 9,9 0,70 18,7 0,40 90,8 0,5

Фон 0,75N0.75K= CO(NHab+:

ВФШ по I г. к.

ВФШ по 2 г. к.

Р с эк в, P3Os ке-по ] г. к.

в шла-

Рс экв, PiOs п шлаке по 2 г. к.

П рнмечание: над чертой — дер но во-подзол истая почва, под чертой — краснозем. PiOj, % на сухое вещество, вынос PjOj в мг/сосуд.

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

Известь (СаСОз) и шлаки с инзким .содержанием P2OS 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 опенке эффективности разных видов шлаков на фосфатный режим почв за период исследования (2 года) выявилось преимущество ВФШ на фоне NK, где отсутствовал эффект зафосфачнвания. При внесении извести и шлаков с инзким содержанием P3Os, напротив, оптимальным фоном оказалось полное минеральное удобрение. Высокофосфатнын шлак уже в первый год существенно обогащал почву подвижными формами фосфара (граф. I) и повышал на фоне NK степень подвижности фосфатов до 0,43 мг РгОб/л, т. е. в 10 раз по сравнению с фоном.

Изучение динамики содержания подвижных фосфатов в

почве по годам {граф. I). показывает резкое; увеличение , их количества в первый, год при внесении' ВФШ Л! суперфосфата, причем растворимость "фосфора суперфосфата в этот период была выше, чем фосфора шлака: независимо от типа почвы. На второй год исследования^ происходило заметное уменьшение содержания подвижных фосфатов (в красноземе на 25—68%, в де р н о во-п о д зо ли сто й;п о ч ве на 16—38%). После установления некоторого динамического равновесия (2-ой год опыта) проявилась ."тенденция к' стабнлизацин содержания подвижных фосфатов в почве;-'что указывает на возможность использования растениями остаточных фосфатов. , : " - 5. Фракционный состав - фосфатов^'; дерново-подзолистой почвы и. краснозёма в свя з н' с" длите ль н ы м; взаи м о де й ст вн е м высокофосфатного конверторного шлака д почвой. .

Метод Чанга-Джексона ¿позволил через год после внесения- фоефатшлаков,и минеральных фосфорных удобрений установить существенные изменения фракционного состав афос-фатов кислых почв независимо от формы'фосфорных удобрении. Распределение" фосфатов при внесении ВФШ в дерново-подзолистой почве по мере убывания-их содержания составило ряд: Са—Р,.А1—Р,:Рё—Р, рыхлосвязанные'фосфаты; ;в красноземе, соответственно: :Л1—Р, Ие—Р, Са—Р, рыхлосвя-занные фосфаты ,(табл. 6)г Очевидно .'распределение фосфа-

■ .'-;■.''■ ■Д'^.!-'!. :* Таблица 6

Изменение форм минеральных:фосфатов дерново-подзолистой-почвЫ;..;, при внесении разныхвидов фосфорных удобрений; ^ ■ ;

. (Чанг-Джексон, Р$0«(-мг/100 г'почвы).;Опыт № 4, 1085 г.";\'т

Вариант »,.:. 1 г;; . Рыхло-' -связанные фосфаты' . т * Л1-Р ■ 1 ■ Ге—Р Са—Р Сумма активных фракций'

- -фон 1.0Ш.ОК . . . Фон+ВФШ по 1 г. к. . .. . Фон+Рс экв. ВФШ- . . Фон+Р а экв. Рг05 ВФШ : , 1,0М0,8Р п 1,ОК+СаСО; по 1 т.к. - 0,44 V ? 0,62 -. 0,58 - -■ ' 0,53 *-0.25 7 V. '0,9 24,526,3 9,8 М2.7 0.9 ■ Ч 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, акт и в ны х "поч ве ] ш ы х фосфатов обусловливалось * наличием оснований" и полуторных окислов в . почве. Вследствие этого.-;в' красноземной почве во всех вариантах рыхлосвязанные фосфаты были обнаружены в меньшем количестве, ч-см'на дерново-подзолистой почве, г.

Все фосфорсодержащие ^удобрения ;(ВФШ и Рс) повышали содержание1 валового фосфора дерново-подзолистой' почвы и сумму активных фракцннфосфатов._ - • ' -.^Г ,:

Количественные соотношения между.фракциями фосфатов зависели от. формы применяемых, фосфорных удобрений. При

внесении водорастворим огр фосфорного удобрения (суперфосфата) в почпе интенсивно накапливалась фракция основных кальций-фосфатов (вытяжка 0,5N H2SO<) и в меньшей мере алюмофоефатов (вытяжка 0,f>N NH4F) по сравнению с фосфорными удобрениями II группы, что указывало на быстрое закрепление фосфора в труднодоступной фракции водорастворимой формы (Рс) н более длительное нахождение п доступных формах фосфора ВФШ и Рп (табл. G).

С течением времени происходила трансформация отдельных форм фракций фосфатов, например, после б-лети его взаимодействия ВФШ с почвой большая часть фосфора была представлена Fe—Р фракцией. Кроме того, при длительном взаимодействии шлаков с ночной нами было установлено сужение соотношения между Л1—Р и Fe—Р. На дерново-подзолистой почве, как правило, заметно увеличивалось количество железо фосфатов, а на красноземе превалировала доля А]—Р. Количество основных Ca—Р занимало промежуточное положение между AI—Р и Fe—Р (табл. 7).

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

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

- 6. Поведение тяжелых металлов в системе почва—растение в условиях нейтрализации почвенной кислотности.

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

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

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

Л

Таблица 7

Изменение фракционного состава минеральных фосфатов по Чан гу-Джексону при длительном взаимодействии высокофосфатного шлака с дерново-подзолистой почвой, мг/100 г почвы. Опыт № 2, ;

1978—1983 гг. '

... Хг Вариант Рихло-. свя- \ зан, фосфаты At-P0,5tiNH(? Fe—РОЛИ - ' NaOH .: . " в том числе. .'"

минер орга-. нвч. мннер орган нч. üoS сумма капер. органич.

Iii NH«Cl

• Ь' j , ' ) ■ V .. л . ■ с, ; ■. , ' г'-'1 ■■'

' Исходная почва ' :"■; . 0,59 ,14.0; . 15,3 V 34,7 ' 53,9' ■ ' 4,8 123,22 -53,99' : С9^з

2- , Без удобрений 0,39- . i Г-7,7 41,2 ; '33,2 41,1 / 5,3 . 98,81 / '•'46,53; ,52,28'

v ' 3 'Фон 1—МмКЬ,5'»••: . ,1 /**;' , ;о,2б-: '7,6. .■ 12,5 5 31,4 46,6 ..'4,5 102,71 ' ' 43,92г 58,79:

.'■Г 4 , Фон 1+СаСО] • . . . . . ' 0,59' ■ ;8,з 14,7 . 20,6 46,7 - 6,1 ,'96,89 .35,54 "61*35

5 Фон ,1+шлак Ижевского з-да 0,50 : "7,1; ':■■. 9,1 • 23,4 44,7 • ¡7,1 92,36 38,05 .54,31

"V, -Л '' 6 Фон 1+ВФ111 . . . ■1,42': 52,0: 5.8. 93,6 '45,6 ; 11,8 210,12 158,82 ; ''51,30/

-7; .Фон' 1 +шдак:^ Череповецкого 1 • i. ■ ^ ! '

'<■' : ' завода .'■','■.. . .';';" . . . . 0,08 iu1 . 6,6 28,1 51,3 6,1 103,59 •46,03 . 57,91 ;

8 Фон г-М^Км . V г . Ulf, 12,3; : 12,6 31,7 ,56,2 " • 5,9 119,77 '50,96 68,81

; 0 Фон 2+СаС03 . . .». -0,494 -13.5 ■-■З.З:- -48,8 1 6.8 100,67 48,54 52,13 .

10 Фон 2+шлак Ижевского завода 0,33:', i 17,0 f 0,6 29,7 51,9 . 6,8 106,26 '53,78 ,52,48'-'

V 5 и; Фон 2+вфш . . ;. ; ■ 1,35 44,3, i 10,0 79,4 70.4 ,11,9 ; 217,20 136.85 80,35

12 : Фон 2+ шлак Череповецкого за- *'.. ■ ' ■ v

вода' ■ ..,',........ . 0,69 : ip'1 9.2 31,5 52,5 ] ь 112,14 50,46 ■ 61,68

Таблица 8

Влияние шлаков на химический состав дерново-подзолистой почвы. Длительное взаимодействие (1978—1084 гг.Опит № 2)

Вариант тю, , МпО 1 Ре*0, Сг N1 Си 2п РЬ нь 5г Ъх

% мг/кг

-Поя °.5№>,5К 0,58 0,06 1,98 28 33 10 167 15 63 121 342

"" 1,5Ж,5К 0,57 0,04 1,93 30 33 10 357 41 64 114 352

Фон+СаС01 0,55 0,03 1,80 73 33 10 228' 56 60 112 345

0,58 0.05 2,07 30 33 10 307 22 . 70 123 342

Фон+ижевский шлак , . . . 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 1,90 48 33 10 275 38 63 115 315

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 шла» ование (1 970-1986 1980 пш порно. Опыт П

Лп1|0,5К0,5К 0.52 0,05 1,70 40 33 10 156 5 52 106 330

UN1.SK 0,55 0,04 1,79 22 33 19 179 37 56 109 357

Фон+СаСОа 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

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 53 по 350

Фон+ВФШ 0,54 0,10 1,78 81 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 д&нных .шлаков. При внесении ВФШ повысилось дакже содержание-цинка в почве, что, ло-видимому, обусловлено неЧтолько его , внесением со шлаком"; но и в следствии антагонистического поступления фосфор а-и цинка в растения. у уу^Г-./у;"'' "":'1 у" . .Фосфорсодержащие удобрения оказали-^влияние на содержание свинца в почве. (г = -^0,3—0,4)', по; степени- их влияния на содержание - свинца ■ в-' порядке,убывания был образован ряд Рс, Р„, ВФШ. Содержание тяжелых металлов зависело от типа почвы: в красноземе ре, Сг, ЫЦ'Хп, 2т превалировали по сравнению с дерново-подзолистой почвой.

; В опыте с повторным'; шлакованием повышение уровня азотно-калийиого .питання^ в 3 раза (фон' 1,5М1,5К) существенно увеличивало'но! сравнению с - фоном Л.. (0,5Ы0,5К.) ,ва-ловсе содержание Сг,:Рс,*Си,'2п," н 2т и наоборот уменьшало содержание Мп;-"Л, РЬ,; Подобные изменения наблюдались также в многолетнем опытс;с;ВФШ'При1 длительном его взаимодействии с дерново- подзолистой почвой.', ".у.

Влияние формы азотных удобрений на изменение содержания тял5елых-металлов' в лочвё-било неодинаковым. В дерново-подзолистой ''почве - при ис по л ьзо в а ни и { N И 4 )г 3 О4 ■ содержание Ие и 2п повысилось,у'а вкрасноземе соответственно увеличилось содержание Сг,;Мп, Ре, №, Си, Бг, видимо, за счет нх растворенйя в'кнсл'ой^среде, вызываемой физиологической кнслотностыо. ■ у™ :У у' "уу • ч > / . '-у'у

,¡Мелиоранты..оказали. .влияние на содержание подвижных форм тяжелых металлов, кторое также .зависело и от/типа почвы, ВФШ по сравнению; с известью в меньшей степени снижал концентрацию подвижных~форм МпуРе, 2п, Си извлекаемых 1М СНзСООЫН* рН 4,8. Во всех вариантах^ содержание подвижных форм!марганца, железа, цинка,'меди на красноземе было значительно выше, по сравнению с аналогичными вариантами на~:дерново-подзолистой почве. Таким; образом, ' большая подвижность'утяжелых металлов - наблюдалась на красноземе,но их количество не превышало ПДК. . . . •

• Среди тяжелых металлов Сс1 является наиболее токсичным элементом; проведенными" исследованиями во всех';вари антах опытов отмечены ;слады данного элемента независимо от нормы внесения мелиоранта и типа почвы. . ^ : -Т •

..б) Поступление тяжелых металлов - в сельскохозяйственную продукцию при использовании различных металлургических шлаков. ■ ... : . ' ,

Поступление тяжелых%Металов в растения зависело от свойств почвы, содержания тяжелых металлов в нснользуе-.мых удобрениях, видовых особенностей растений, формы азотных и нормы фосфорных удобрений. Исследованиями вскрыли .;. - . . т-у-

та тенденция преобладания N1 и Бе в растениях' кукурузЫ, выращиваемых на красноземной почве, и 2п на дерново-иод-золистой.

В вариантах с использованием медленнодействующих мелиорантов {мартеновского, ВФШ, ферросплавного шлаков) больше всего выносилось с урожаем Мп, Ре, 2п, №, 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 дер ново-подзол и стой почве наибольший эффект от внесения ВФШ наблюдался на фоне мочевины, где вынос Мп, Ёе, 2п оказался значительно меньше, чем иа фоне (ЫН+)г БО«. На красноземе, напротив, эффективен был фон сульфата аммония. Присутствие фосфора в шлаке препятствовало потреблению Мп, Ре, 2п, опытной культурой.

Нами было проведено изучение транслокации С<1 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 С(1 в растениях известковые удобрения образовали в порядке уменьшения ряд: СаСОз, ферросплавный шлак, электросталеплавильный, ВФШ, а фосфорные удобрения соответствен но: Рф, Рс, Рп, ВФШ. Время взаимодействия ВФШ с почвой способствовало повышению содержания Сс1 в растениях кукурузы. Различные растения обладали весьма неодинаковой способностью к накоплению С(1. 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 п сравнении с известью (СаСОз) проявлял себя как известковый материал медленного и постепенного действия и был равноценен влиянию С&СОз на устранение почвенной кислотности на 3—4-и год после их внесения. Вторичное нодкисленне почвы в вариан-

тах с ВФШ было отмечено после": 5^-6 летнего взаимодейст-. вия шлака с почвой, -д п*'*"■■ . " л

■ 3. Высокофосфатные конверторные шлаки (10% ,РгОз);яв--: ляются перспективным- известковым ¿фосфорсодержащим удобрением с длительным последействием. В вегетационных "опытах ВФШ на 5—6 год-увеличивал:'урожай в сравнении '^с-; СаСОз в'4 раза:-. '*: -,у ■, д.: „■ : ■ ■

/ 4. На дерново-подзолистой почве,.за счет нейтрализующей; активности шлака урожайность опытных, культур-увеличива-; лась в среднем на -38%,;за счет:, улучшения ^фосфорного 'ни-тания растений— почти в-4- раза,' на - красноземе ВФШ дей-л. ствовал а основном как фосфррноеудобрение, не. уступа л; а'-в ^некоторых вариантах превышал - действие суперфосфата, , " 5. При внесении ВФШ; нач2—3-й год проведения опыта, улучшался фосфатный^режим*:почвы,; содержание фосфора в' дерново-подзол истой : почве"(по Кирсанову) повышалось с 1,2 м'г/100 г почвы до 27—38 мг/100 г,.:в-красноземе (по Они а-', ни) —с 6 до 90—120 мг Р205/100 г. '•' .... . . • '• V;

6. Высокофосфатный шлак;изменял соотношение фракцн{. онного состава минеральных;фосфатов,^способствовал в пер-!-вый год после внесения шлака увеличению количества Са—Р-и А1—Р (по Чапгу-Джексону),;в послёдействии (на 5—6;год)' — Ре—Р. Фосбор шлака-,подвергался меньшему закреплению в почве; чем фосфор суперфосфата. ■

.7. Шлаки не вызывали-увел пченнясбдержа пня в почве", и потребления растениями большинства изучаемых памп тяжелых металлов: Си/2п;,С(1, ,Т1, КЬ, Бг, 2г.1-однако отмечено негативное влияние. ВФШ - и .мартеновского шлака Ижсвско--го завода (в первый год; исследований) на накопление хрома' и марганца в дочее и-повышенное потребление марганца] и« железа- опытными растениями", (превышающее в .некоторых случаях ПДК)..В1 последействии- (3-й год) количество ;под-, вижпых форм , тяжелых металлов в почве уменьшалось^ что" было, сопряжено с -изменением; реакции среды (г = 0,63-^ 0,72). Повторное шлакование^ в наших* опытах не оказывало существенного влияния на,,увеличение' количества тяжелых металлов в почве. ; , '

По материалам диссертации опубликованы следующие работы: •"

1. Ягодин.В. Л.; Реш етникова, Н.' В., Б а б и и ск а я Е," Б.; Р а н д р и а м и а л и Ж. Д. Последействие 'Металлургических шлаков -на фосфатный режим почвы в зависимости от уровня азотно-калнйного питания II Известия ТСХЛ.— 1930,— Вып. 2,— С,- 84—87. ■

2. Я годив - Б. Л., Р ещ етни ков а В., .Б а б и иска я ' Б^, ■ Рандриамиали - Ж.. Д. чО целесообразности ' применения сталеплавильных шлаков „металлургических комбинатов "*в сельскохозяйственном -'производстве //Оптимизация-питання растений 'в* условиях химнэаинк'аем-

:леделня,— Москва; ТСХЛ— 1937,—'.С; 70—79.д . -ллЪГ

Объем 1 п. л. 'Заказ-ЗЗО!. - ~ ТиражНОО

~Типография Московской с.-х, академии п«. К; 'А. Тимирязева-'- 7

■ 127550,'Москва И-550,* Тимиряэевская ул., 44' тЛг