Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Основы применения высокосернистых углеотходов как компонента сельскохозяйственных удобрений

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Основы применения высокосернистых углеотходов как компонента сельскохозяйственных удобрений"

АКАДГ;;.;::Я IMK CGCP ОРЯ ¡IIA. лкши. о!кмш ОТДЩЕШЕ

¡¡нсгптуг почвэводепяя ц агрэхшгш

lía правах рукописи ;.1асадкана Светлана Алексеевна

Ш 631.895:62^.7-17

ОСНОЬЫ ПРИЗНЕШЛ МСОКОСЕРКЕТил ШЕОТлЭДВ КАК KO.'.nOIEIÍLk СЕДЬСКОХОЗЯ^СТЬЕШШ: УДОБРБШ^!

06.01.01 - агрохглия

АБТОРЮЕРАГ

диссертации на соискание ученой сгепеш кандидата баологячеекдх наук

Ппвоедбарак - IS91

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовате.гъском и проектно-конструкторском институте охраны окружающей природной среды в угольной промышленности (ВНКМОСуголь) к Ордена Трудового Красного Знамени Институте горючих ископаемых

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

шпирт

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор МАЙБОРЦЦА Н.Ы.

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник МАСДОЗА VI.Я..

Ведущее учреждение - Сибирский научно-исследовательски?'!

институт земледелия и химизации сельского хозяйства РСХА

Защита состоится " 27 " тевраля 1991 г. на заседании специализированного совета К-002.15.01 при Институте почвоведения и агрохимии СО АН CGGP (630099, Новосибирск, 99, ул. Советская, 18, кснференцзал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО АН СССР.

Автореферат разослан " 26 " января 1991 г.

Ученый секретарь с лециал из иров анно го совет* кандидат биологических наук

В.В.Реймэ

СБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На предприятиях Минуглепрома СССР на I тонну добываемого подземным способом угля получают около 0,25 тонны шахтных пород. Сбор твердых отходов, транспортирование, складирование в отвалы обусловливают большие эксплуатационные и капитальные расходы. Под отвалы отторгаются десятки тысяч гектаров земли, во многих районах пригодной для сельскохозяйственной деятельности. Групповой породный отвал плоыадью 60 га, сформированный среднесернистыми отходами ( Э^до 3^), может ежегодно наносить ущерб окружающей природной около 2,Ь млн. рублей. Складирование угле-отходов с содержанием серы более 4% усугубляет негативное воздействие.

В то же время отходы добычи и обогащения углей по своим свойствам не уступают, а иногда превосходят традиционное специально добываемое сырье для ряда отраслей хозяйства.

Использование Еысокосернистых углеотходов как местного сырья для производства серосодержащего компонента удобрений может стать составной частью решения обшей проблемы утилизации отходов, особенно актуальной в связи с необходимостью перехода отраслей промышленности на ресурсосберегающие технологии, характеризующиеся минимальным экологическим воздействием. Подавляющее количество углеотходов с содержанием серы более 3% до настоящего времени потребителя не находит и складируется в отвалы.

Сера является важным элементом питания растений, недостаток которого приводит к снижению продуктивности культур, ухудшению качества сельскохозяйственной продукции, заметному уменьшению эффективности азотных, фосфорных, калийных удобрений и вызывает необходимость использовать серные удобрения дополнительно на многих типах почв. В большинстве случаев применяются гипс и элементарная сера, которые являются ценными и дефицитными материалами.

Цель работы. Целью настоящей работы явилось изучение возможности применения вксокосернистых органосодержаших отходов добычи и обогащения угля предприятий Кизеловского и Подмосковного бассейнов как серосодержащего компонента минеральных удобрений под различные сельскохозяйственные куль туры.

Научная новизна работы. Предложен и изучен новый тип серных удобрений, использование которого в сельскохозяйственном производстве позволяет одновременно повысить плодородие почвы и решить эко-

логические вопросы, связанные с устранением вредного воздействия на окружающую природную среду при хранении высокосернистых угле-отходов в отвалах. Показана возможность эффективного применения сульфидсодержаших пород ($^.>3%) на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, дана комплексная оценка их влияния на систему почва - растение - урожай, выявлены рациональные дозы серы, вносимой в составе углеотходов в виде минерала пирита.

Практическая ценность работы. Обосновано направление использования высокосернистых углеотходов, выводы и рекомендации могут быть учтены при разработке малоотходных и безотходных технологий на предприятиях Минуглепрома СССР.

На территории Пермской области данный тип отходов может быть использован на площади около 900 тыс.га пахотных земель (дерново-подзолистые почвы), при этом ежегодный объем использования может достигать ЬОО тыс.тонн, что значительно превышает количество обра-зугааихся высокосернистых отходов на предприятиях ПО "Кизелуголь". Полученные результаты являются обоснованием целесообразности организации работ по применению сернистых отходов Подмосковного бассейна в прилегающих к нему нечерноземных районах.

Реализация полученных результатов. Результаты работы использованы при составлении ТУ-488-596-86 "Органо-минеральное удобрение из углеотходов Кизеловского бассейна", технологии по производству и применению удобрений из углеотходов под различные сельскохозяйственные культуры. Выводы и рекомендации внедрены в совхозах Очерского РАЛО Пермского областного комитета "Агропром" на площади 379 га, в результате чего получен хозрасчетный экономический эффект на сумму 62 тыс. рублей.

Исследования выполнялись с 1982 по 1986 год по заданию ГКНТ СССР 0.85.03.41 "Разработать технологический процесс изготовления удобрений для сельского хозяйства из отходов предприятий угольной промышленности - углистых сланцев (на примере ПО "Кизелуголь"), проверить его в условиях опытного производства и разработать проектную документацию для опытно-промышленного производства".

Задачи исследований.

1. Изучить особенности вещественного и химического состава высокосернистых углеотходов Кизеловского и Подмосковного бассейнов как компонента сельскохозяйственных удобрений.

2. Определить характер изменения питательного режима дерно-

во-подзолистой тянслосуглинистой почвы при внесении сульфидной серы в составе углеогходов.

3. Изучить влияние высоко с ернпсткх углеотходов на урожайность культур, качество и химический состав получаемой сельскохозяйственной продукции.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на и УШ отраслевых конференциях молодых ученых и специалистов ПОП' (Люберцы, 1981,1982); научно-технической конференции "Молодые ученые и специалисты-народному хозяйству"(Пермь,1962); на IX областной научно-технической конференции "Химия и химическая промышленность Западного Урала в решении Продовольственной программы" (Перка,1983); научно-технической конференции в ПАЛ (Павлодар,1984); на XXX1У конференции молодых научных сотрудников и аспирантов' ИГИ (Москва,1985); конференции молодых ученых ВНИИОСуголь (Пермь,1985).

Публикации материалов исследований. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, обших выводов, рекомендаций, списка использованных источников из 235 наименований, из них 53 иностранных авторов. Содержит 226 страниц машинописного текста, включавших 10 рисунков, 44 таблицы, 8 приложений.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНА

Для решения вопросов, предусмотренных в диссертационной работе, изучались высокосернистые отходы добычи и обогащения угля, образующиеся на предприятиях Кизеловского каменноугольного и Подмосковного буроугольного бассейнов, на территории которых сосредоточены наиболее значительные запасы углей с массовой долей серы более 4% (64% и 75% общих запасов соответственно). Исследовали отходы, непосредственно применявшиеся в опытах: шахты "Шумихинская"ПО "Кизелуголь", обогатительных фабрик "Владимировская" ПО "Тулауголь" и "Бельковская" ПО "Новомосковскуголъ".

Изучали свойства пород, наиболее существенные с точки зрения их оценки как компонента удобрений, для чего использовали тестированные методы петрографического, технического и химического анализов. Исследование проводили с применением современных методов и аппаратуры (термографический анализ осуществляли на дериватографе Ве-

нгерского оптического завода; рентгено-Фазовый на дифрактометре ДР0Н-2,0; спектральный - спектрофотометре ДФС-8). Агрохимические показатели пород изучали стандартными методами.

Действие высокосернистых углеотходов как компонента удобрений изучали в условиях модельных, вегетационных и полевых опытов при внесении в дерново-подзолистую тяжелссуглпнистую почву с различной кислотностью (рН солевой 4,9 и 6,9; гидролитическая кислотность соответственно 2,32 и 0,83 мг-экв/100 г почвы; су!.'?:;: обменных оснований - 24,2 и 14,3 мг-экв/100 г почвы). Содержание сульфатов в пахотном горизонте кислой почвы составляет 17 мг/кг, а нейтральной - 25 мг/кг.

В лабораторных модельных опытах изучали динамику окисления сульфидной серы (пирита) в течение вегетационного периода и ее влияние на микробиологическую активность почвы (учет на КАА, ак-тиномицетов, свободных азотфиксаторов и серуокисляюиих бактерий). Микробиологический анализ выполняли на кафедре почвоведения ТСХА.

Вегетационные опыты закладывали по методу З.М. йурбицкого (1968). Изучали влияние сульфидной серы, вносимой в составе углеотходов в дозе 0,25-5,0 г/сосуд, на урожайность сельскохозяйственных культур и агрохимические показатели почвы в сравнении с традиционными формами серных удобрений-гипсом и элементарной серой. Исследования проводили на фоне полного минерального удобрения без извести и известкования по гидролитической кислотности почеы.

В смешанных почЕенных образцах, отобранных с двух несмежных псЕторностей каждого варианта после уборки урожая, определяли¡солевой рп (ГОСТ 26463-60), гздрслиткческув кислотность по Капг.ену (IОСТ 2о212-64), обменную кислотность по Дайкухару (ГССТ 26423-85), сумму обменных оснований по Каппену-Гильковицу, гумус по '1 юркну (ГССТ 26213-64), общий азот по Кьельдалю-Иодльбауеру (ГОСТ 2с 107-84). Нитратный и аммиачный азот - колориметрическим методом с ди-сульфоФенолоЕой кислотой и реактивом Несслера соответственно. Подвижные Формы фосфора и калия изучали по Кирсанову (10СТ 2о2С7-64), содержание серы (об-дей и сульфатной) по Айдиняну (1966).

С целью изучения влияния высокосорнисть-х углеотходов на химический состав урожая Бкраливаемкх культур отбирали растительные образцы (зерно, зеленая масса) и в Еоздуано-сухих пробах определяли содержание азота обаего, фосфора и калия методом по Гинзбург и цегловой, общей серь; - по Айдиняну. Белковый азот определяли по Кьельдалю, содержание небелкоБых ^срм азота вычисляли разностным

методом. Аминокислотный состав белка изучали на аминокислотном анализаторе, микроэлементный состав надземной массы растений -спектрофотометре Д5С-8. В урожае овошных культур определяли содержание аскорбиновой кислоты по Мурри, Сахаров по Бертрану,кислотность клеточного сока раствором 0,1N шелочи, количество нитратов - с помощью ионоселективных электродов.

Полевые опыты закладывали по методу Б.А.Доспехова (1979) в учхозе ,72 Пермского сельскохозяйственного института. Испытывали дозу сульфидной серы 150 кг/га (3 т/га углеотходов), которая по результатам вегетационных опытов определена как оптимальная,под овошные культуры в сравнении с действием комплексного удобрения нитроаммофоски (15-15-15-0 5 ) и абсолютным контролем (без удобрений) .

Производственные опыты проводили на территории Госсортоучастка "Ильинский" и совхозах Очерского РАПО Пермского областного комитета "Агропрсм" в 1984-1986 годах. Испытывали дозы сульфидной серы 100, 240, 320 кг/га (2-4 т/га углеотходов). Культуры выбирали в соответствии с планом посевных площадей.

Математическая обработка полученных данных прведена с использованием дисперсионного анализа по программе "Згшер" на Э В Ы "Ыинск-32".

РЕЗУЛЬТАТУ ИССЛЕДОВАНИЙ

I. Вещественный и химический состав высокосернистых углеотходов

С истощением сырьевых ресурсов использование промышленных отходов в сельском хозяйстве становится все более целесообразным, но лишь при условии отсутствия вредных для окружающей среды компонентов: тяжелых металлов ,РЬ,Сг,Сс1 и др.), токсичных соединений и патогенных организмов (В.Р.Введенский, 1980; С. тсиы , 1983).

Отходы добычи и обогащения угля являются многокомпонентными системами минералов с равномерно распределенным в их массе органическим веществом, в их состав входят как макро-(51 ,М , Ге,Са, М^, 5 , N , Р .К и др.), так и микроэлементы.

Изученные отходы содержат широкий спектр микроэлементов.Общее количество их в породах Кизеловского бассейна близко к показателям, установленным для почв (мг/кг): для М/ составляет 25-40,

рь - 20-35, V- 10-24, Нд,Сг,Сс1,5п,А$ не обнаружены, т.е. могли содержаться при концентрациях, меньших чувствительности метода.

В составе углеотходов присутствуют микроэлементы, необходимые для нормального роста и развития растений (мг/кг):Си - 24-74, Б - 728-1000,МП- 573-3000, ?П - 10-20.

Микроэлементный состав углеотходов Подмосковного бассейна отличен от состава кизеловских пород и менее благоприятен. Обнаружено относительно высокое содержание (мг/кг):2л до 1447-4300,Сг до 49,5л до 794 при меньших концентрациях Си (22-43),Мо до 26,В (26-87), Мп (11-20),Со до 21.

Вещественный и химический состав разнообразен, зависит от условий формирования месторождений и определяет направление использования отходов добычи и обогащения угля. Как отмечают многие исследователи, серьезные трудности и проблемы возникают при разработке способов утилизации высокосернистых углеотходов, так как наличие серы более 3% в исходном сырье приводит к снижению качества получаемых материалов (М.Я.Шпирт, Ю.В.Иткин, 1976).

Проведенные нами анализы вещественного состава (петрографический, рентгено-фазовый, термографический) показали, что углеот-ходы Кизеловского бассейна представлены, в основном, кварцем (~34%), углистым органическим веществом (~33%), глинистыми минералами группы каолинита-иллита-монтмориллонита (~13%), пиритом («-11%),других модификаций дисульфида железа не обнаружено.

В отличие от них углеотходы Подмосковного бассейна состоят преимущественно из глинистых минералов группы каолинита-иллита-би-отита, в меньшей степени кварца, сернистость отходов обусловлена наличием минерала пирита и реже марказита.

Как показал химический анализ, массовая доля серы в изученных отходах составляет 4,5+14,7%. Сера представлена преимущественно сульфидной формой, содержание сульфатов в рядовых отходах не превышает 0,3%. Зольность пород достигает 74,0+83,3%. В прокаленной массе преобладают оксиды (%): кремния (33,3+71,3), алюминия (17,9+23,9), железа (2,0+4,0). Содержание оксидов кальция и магния около 2%. Для углеотходов Подмосковного бассейна характерен более широкий диапазон изменения зольности и сернистости.

Агрохимические исследования показывают, что изученные породы относятся к кислым (рН солевой колеблется от 4,4 до 5,7; гедроли-тическая кислотность-- от 0,40 до 6,64 мг-экв/100 г породы, сумма

обменных оснований - от 4,5 до 25,0 мг-экв/ICO г породы). Величина показателей кислотных свойств в значительной степени определяется количеством серы и степенью окисления сульфидных минералов. Углистое органическое вещество,входящее в состав отходов, обычно не превышает 1Ьт20> и является сильно полимеризованным. Содержание азота в отходах в среднем составляет 0,3^1,2?. Доступные для растений подвижные формы Фосфора и калия в отходах Кизе лоне кого бассейна присутствуют в количестве 16-16 мг/ЮО г, углеотходы Подмосковного бассейна практически не содержат их в своем составе.

Данная работа посвящена изучению действия одного из компонентов - серосодержащего, представленного в основном дисульфидом железа в виде минерала пирита.

2. Влияние высскосернистых углеотхедов на плодородие дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы

В аэробных условиях (при внесении в почву) под действием физических, химических и биологических факторов происходит процесс интенсивного разрушения сульфидных минералов с выделением в окружающую среду продуктов окисления: водорастворимых сульфатов, микроэлементов и других соединений. Непосредственное участие в процессе принимают тионовые бактерии: роды Thtobacit-luz , Suf|o6ac/--llui > и др. (А.Н.Хорокавин и др., 1969; Г.И.Каравайко

и др., 1972; 3.А.Авакян, 1985; Н.Н.Ляликова, 1985; R. Stcukey 1956 и др.). При этом максимально возможный выход серной кислоты составляет I г-моль на I г-моль дисульфида железа (А.Бруинстейн, Р.П.Хакл, 1985).

Полученные результаты показали, что при внесении сульфидной серы (0,1 и 0,2% от веса почвы) в дерново-подзолистую тяжелосуглинистую почву наиболее интенсивно процесс окисления протекает в первые 30-40 дней, в сульфаты превращается около 10? внесенного количества восстановленной серы. В этот период избыточные количества сульфидной серы могут привести к резкому подкислению почвенного раствора, что отрицательно скажется на росте и развитии выращиваемых сельскохозяйственных культур.

В условиях вегетационных опытов нами установлено, что сульфидная сера в дозе до 1,5 г/сосуд не оказывает влияния на кислотные свойства как нейтральной дерново-подзолистой почвы (p%Qj 6,9), так и кислой (pHj^j 4,9). Повышение вносимого совместно с углеотходами количества серы до 3,0-5,0 г/сосуд приводит к отри-

Таблица 1

Влияние высокосернистых углеотходов ПО "Кизелуголь" на кислотные свойства дерново-подзолистой тяжолосуглинистой почвы (по HPK )

twl'- окв/100 г почин j Мг- -экв/ЮО г почвы

Варианты опыта püKGI гидролитическая КИСЛОТНОСТЬ 1 .обменная j кислотность ; сумма об-,!рНКС1 менних j оснований\ i гидролитическая кислот-НОС'1 ь обменная кислотность ¡сумма об, м'еннга j оснований i

I. Без извести 2. Известь по полной гидро-

литической кислотности

Контроль (без углеотходов) 4,87 3,62 0,036 17,3 6,11 1,70 0,031 21,0

Сера 0,25 г/сосуд 4,74 3,94 0,045 17,8 6,22 1,43 0,028 20,8

Сера 0,50 г/сосуд 4,86 3,58 0,040 17,3 6,20 1,50 0,032 20,3

Сера 1,50 г/сосуд 4,75 3,85 0,042 16,9 6,18 1,55 0,036 22,3

Сера 3,0 г/с.осуд 4,68 4,15 0,047 18,2 6,04 1,70 0,038 20,3

Сера 4,5 г/сосуд 4,44 4,65 0,051 16,5 6,16 1,83 0,041 * 2

МСР 0,95 0,13 0,18 0,008 0,6 0,13 0,18 0,000 0,6

нательным изменениям, затрагивавшим весь поглощающий комплекс почвы с повышенной кислотностью в течение вегетационного сезона (табл.I).

При проведении экспериментов предусмотрены вариантI.: с известкованием, которые показали, что возникающие отрицательные явления устраняются внесением СаС03 по полной гидролитической, кислотности почвы и в последействии не проявляются, так как образующаяся серная кислота связывается катионами кальция и магния.

Сравнительное изучение действия сульфидной серь; и традиционных серных удобрений, применяемых в сельском хозяйстве, показало, что элементарная сора (в эквивалентной дозе) за вегетационный период вызывает более значительные отрицательные изменения, снижая

контРоле 4,9), при этом гидролитическая кислотность возрастает до 4,98; обменная - 0,243; подвижный алюминий -0,101 мг-экв/100 г почвы. Это закономерно, так как скорость окисления элементарной серы выше, чем минерала пирита - наиболее устойчивого к биохимическому окислению сульфида, электродный потенциал которого достигает 0,55-0,60 В (Л.К.Яхонтова и др., 1976;И.II. Предко, И.С.[Наповал, 1983).

Литературные данные свидетельствуют о том, что серные удобрения оказывают значительное влияние на биологические процессы, протекающие в почве, изменяют прежде всего процессы нитрификации и усиливают аммонификацию органического азота. Как показали модельные опыты, сульфидная сера в дозе 50, 250 кг/кг почвы способствует росту численности микроорганизмов, использующих минеральные Формы азота и олигонитрофилов. 3 десятки и сотни раз возрастает численность свободных азотФиксагоров (й?. pcfSÍe«^-^c^лL"7?, отмечается усиление обшей азотфиксируюмей способности дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы (табл.2). Положительный эффект усиливается на фоне известкования. Внесение извести способствует развитию серуокис-ляющих бактерий, что приводит к интенсификации процессов окисления сульфидной серы (табл.3). Наши результаты согласуются с выводами Ш.Пака1 (1963), отмечающего, что присутствие СаС03 усиливает разложение пирита, связывая избыток кислоты.

В почвах с высоким естественным плодородием сера действует не только как прямое серное удобрение, но и косвенное, улучшая питательный режим и способствуя оптимизации минерального питания растений в целом (Я.В.Пейве, 1961; Д.Н.Прянишников, 1965; И.Я.Маслова, 1980; А.Д.Хоменко, 1983 и др.). Как показали опыты, применение сульфидной

Таблица 2

Влияние различных доз сульфидной серы на микробиологическую активность дерново -подзолистой тяжелосуглинистой почвы (по НРЮ

Млн.клеток на I г !Тыс.клеток !АзотФи

ПОЧЕЫ !на I г по- ! саикя,

Варианты опыта !- ! чвы !мкг/кг

[ j У. pasteu- 1

учет на ;ох игонитро- i

КАА i Филы j trianum j

Контроль (без угле- 5,3 4,0 6,7 1,7

отходов)

Сера 50 мг/кг 10,3 8,4 64,5 13,5

Сера 250 мг/кг 16,8 12,6 634,0 16,8

Сера 500 мг/кг 14,8 20,0 623,0 23,4

Таблица 3

Влияние сульфидной серы и извести на микробиологическую активность дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы (по N РК)

Тыс. клеток на I г почвы

Еарианты опыта

Учет на КМ

оба.количество

без i CaCOgj

СаСО„

актино:

без СаС0„

CaCCL

Серуокисляюшие бактерии

без ; СаС03 j СаС03

Контроль (без 200 640 14 углеотходов)

Сера 50 мг/кг 140 1140 II

Сера .500 мг/кг НО 2010 8

27

1,3

0,6

156 18,5 20,1

198 32,7 105,0

серы (0,25-3,0 г/сосуд) способствует возрастанию обтего азота в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве в сравнении с контролем ( МРК - без серы). Наиболее четкое и достоверное увеличение содержания азота в зависимости от дозы внесения сульфидной серы отмечается в опыте с викой яровой. Как свидетельствуют исследования других авторов, серные удобрения стимулируют процессы азо-тфиксации клубеньковыми Сактериями (В.А.Ширшов, И.В.Пайксва,1968; И.И.Шевякова, 1979).

Образующаяся при окислении пирита серная кислота способствует переводу труднорастворимкх Форм Фосфора, содержахегося в удобрениях и почве, в доступное для растений состояние. В наших опытах отмечается возрастание содержания подвижного Фосфора с 16,5 до 22,9-30,5 мг/'ЮО г почвы в зависимости от применяемой дозы сульфидной серь:.

В первый год действия отмечается некоторое возрастание подвижности кобальта и цинка при стабильном валовом составе микроэлементов.

3. Влияние вксокосернистых углеотходов на урожайность сельскохозяйственных культур

Культуры по отзывчивости к условиям серного питания располагаются в следующем убывающем порядке:крестоцветные бобовые злаковые (В.Д.Панников, В.Г.Минеев, 1977; Т.Куницкая, 1931; Р.'Л.Кар-диналовская, 1984 ;5аа№>асИ, 1972).

В процессе исследований (вегетационные опыты) испытывали дозы сульфидной серы 0,25-5,0 г/сосуд, вносимой в составе углеотходов. В год действия получены прибавки урожая зерна ячменя до 48%, зеленой массы рапса ярового до 23%. Максимальное увеличение урожайности наблюдается при использовании серы в дозе 0,25 г/сосуд, при этом отмечается тенденция к улучшению структуры получаемого урожая зерновых культур, что проявляется в увеличении выхода зерна, эффект сохраняется в последействии. Повышенные дозы (1,5 г/ сосуд и более) способствуют росту урожая соломы.

Культуры, чувствительные к повышенной кислотности, реагируют на внесение различных доз сульфидной серы снижением урожая¡кукуруза на 15-36Й, вика яровая до 46%. Увеличение дозы усугубляет отрицательный эффект. Совместное использование углеотходов и извести по полной гидролитической кислотности способствует росту продуктивности кукурузы на 19-25%, при этом оптимум дозы повыша-

ется до 0,Ь-1,5 г/сосуд.

Сравнительное изучение действия высокосернистых углеотходов и традиционных серных удобрений показало равноценность влияния сульфатной серы (гипс) и сульфидной (пирит) на урожай зеленой кассы рапса ярового. В экстремальных условиях повышенной кислотности почвенного раствора (pHp^j 4,9) и применения высокой дозы (5,0 г/сосуд) сульфидная сера имеет преимущество не только в сравнении с элементарной серой, но и гипсом, является более "мягким" медленно действующим удобрением.

Как известно из литературных источников, высокой требовательностью к условиям серного питания отличаются многие овошные культуры и кормовые корнеплоды - капуста, лук, редис, турнепс и др. (Е.А.Лебедев, 1973; Ф.Е.Янишевский и др., 1974; Л.М.Чернова, Л.Д. Хоменко, 1978; L.Wziak , 1978; й- Paierson , 1979 и др.). Дозу сульфидной серы 150 кг/га (3,0 т/га углеотходов) испытывали в полевых условиях под овошные культуры (томат сорта Грунтовый грибовский, лук сорта Стригуновский, столовую свеклу сорта Бордо, капусту сорта Подарок) в чистом виде и в комплексе с концентрированным удобрением. Полученные данные свидетельствуют о том, что совместное использование углеотходов и нитроаммофоски более эффективно и способствует росту урожайности изученных культур в сравнении с одной нитроаммофоской. Аналогичные результаты получены в полевых условиях с зерновыми культурами: урожай озимой ржи Вятка 2 в год действия при внесении сульфидной серы в дозе 100 кг/га (2,0 т/га углеотходов) на 16% в сравнении с контролем (N100 PI00 КЮО+навоз 25 т/га). Это по-видимому, связано с тем, что углеотходы и сера, содержащаяся в них, повышают коэффициент использования растениями питательных веществ удобрений, который редко превышает 50$, так как большая часть вносимых элементов питания (особенно азота) теряется безвозвратно в процессе вымывания.

Производственные опыты, проведенные в течение трех лет (19641966 гг.), показали значительную эффективность применения высокосернистых углеотходов б дозе 2,0-4,0 т/га (100-320 кг/га серы) под различные культуры: урожайность озимой ржи возрастает на 3,5 - 6,1 ц/га (30-43"?), картофеля - Iü-ЗЗ ц/га (15-35"?), зеленой массы кукурузы - 26-60 ц/га (20-30й). Б 1986 году экономический хозрасчетный эффект от получения дополнительной продукции с площади 379 га составил 62 тыс.рублей, удельный - 160 рублей с гектара.

4. Влияние вксокссернистьзс углеотходов на химический состав и качество урожая

При одностороннем применении высоких доз минеральных удобрений (особенно азотных) появляется тенденция к снижению качества и изменению химического состава урожаев (А.И.Ильиицкий, Н.П.Еласен-ко, I960; М.Б.Гилис, Ю.К.Ганжа, 1983; WUPexandec , IS73; P. Volker , 1980). Установлено, что недостаток серы в питательной среде вызывает глубокие изменения в характере продукционного процесса, приводит к уменьшению активности Фермента нитратредуктазы, контролирующей превращение нитратов в растениях, к снижению содержания белкового азота и накоплению небелковых Форм (нитратов) как в продовольственных культурах, так и кормовых. .Многочисленные исследования, проведенные ранее, свидетельствуют о положительном действии серных удобрений на питательные и кормовые достоинства многих культур. До проведения работ автором практически отсутствовали данные, характеризуйте влияние вксокосернистых углеотходов на химический состав растительной продукции.

Опытные и производственные испытания показали, что при использовании сульфидной серы в оптимальной дозе 100-150 кг/га в составе углеотходов возрастает не только обзая урожайность кормовых культур (рапс, кукуруза, подсолнечник), но и отмечается тенденция к улучшению его качества за счет повышения белкового азота в растениях на 0,25-1,28"'. Химический состав зерна ячменя, озимой ржи стабилен и практически не меняется при внесении углеотходов.

Критерием оптимальности серного питания растений на любой стадии развития является индекс N оба./S общ. (Ф.В.Янишевский и др., 1974; А.Д.Хоменко, 1976 и др.). Содержание обаей серы в опытных растениях прямо зависит от используемой дозы элемента - с ее возрастанием увеличивается вынос серы с урожаем. Полученные нами индексы 12,8-13,2 являются благоприятными для рапса ярового и свидетельствуют об оптимальности доз сульфидной серы 0,25-1,5 г/сосуд (150 кг/га), вносимой в составе углеотходов. Количества, превыыа-юаие 1,5 г/сосуд, являются избыточными для всех изученных культур. Что касается других элементов питания (фосфор, калий), то полученные данные показывают их относительную стабильность.

Высскссернистые углеотходы оказывают положительное влияние на химический состав урожая большинства изученных овощных культур, характер влияния определяется биологическими особенностями. Эффект усиливается при использовании их совместно с комплексным удобрением

"аслица 4

Влияние выеокосернистых углеотходов на химический состав урожая сволных культур

г Бари-анты ... опыта" Кислот ность, Дскорби- ) , новая | ; кислота, , , уг/100 г ( моноса хара Сахара, ? - ;сахаро-, за 1 | сумма » , - . Ни^ мг/-:

Капуста сорта Подарок

I. 0,09 35,0 4,08 - 4 08 497

2. 0,17 45,6 3,63 1,01 4 64 844

3. 0,24 44,6 4,08 0,38 4 46 722

4. 0,12 50,2 4,05 0,53 4 53 268

1омат сорта Грунтовый грибовски й

I. 0,о9 12,5 1,58 - I 58 24,9

2. 0,75 11,6 1,32 С, 13 I 45 23,8

3. 0,73 10,8 1,67 - I 67 24,9

4. 0,65 11,0 1,52 - т 22,7

Лук сорта Стригуновский

I. 0,3 0,6 0,93 11,02 II 9с 49,7

2. 0,3 0,8 1.23 10,68 II от V А. 32,8

3. 0,3 0,6 1,32 10,43 тт 75 32,8

4. 0,3 0,5 1,90 10,75 12 65 32,8

Свекл а сорта Бордо

т. 0,14 - 0,14 Ь,27 5 41 2491

2. 0,14 - 0,37 5,46 5 83 1411

3. 0,14 - 0 * ¿3 6,36 6 62 3136

4. 0,14 - 0,23 6,52 6 75 1571

^ Варианты опыта:

1. Без удобрений (контроль)

2. Углеотходы - 3,С т/га (150 кг/га серы)

3. Нитроаммофоска

4. Нитроаммофоска + углеотходы

нитроаммофоски. Данные, представленные в табл.4, свидетельствуют о повышении содержания аскорбиновой кислоты, Сахаров в растительной продукции при значительном снижении количества нитратов.

Спектральный анализ показал, что использование сульфидной серы в дозе 150 кг/га (или до 3,0 г/сосуд) в составе углеотходов не приводит к увеличению содержания микроэлементов (Си ,Mo,Hg,Мл,V , 3 ,Сг ) в урожае кормов!« и овощных культур.

Выполненная токсикологическая оценка зерна ячменя сорта Луч, выращенного с использованием сульфидной серы в дозе 150 кг/га (3,0 т/га углеотходов) в комбинации с минеральными удобрениями, свидетельствует, что скармливание его животным не оказывает отрицательного действия на их организм по изученным показателям.

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования позволили установить, что:

1. Углеотходы с повышенным содержанием серы могут быть применены в качестве удобрения сельскохозяйственных культур на дерноЕо--подзолистой тяжелосуглинистой почве.

2. Высокосернистые углеотходы Кизеловского и Подмосковного бассейнов являются полиминеральными породами, состоящими, в основном, из кварца, глинистых минералов группы каолинита-иллита-мон-тмориллонита, углистого органического вещества. Сернистость обусловлена наличием дисульфида железа в виде минерала пирита.

Основной интерес для питания растений представляют содержащиеся в отходах: сера (до 15$), органическое вещество (до 20$) и широкий спектр микроэлементов.

3. Биохимический процесс разложения пирита, содержащегося в углеотходах, протекает наиболее интенсивно в первые 30-40 дней,в течение которых окисляется около 10$ внесенной сульфидной серы.

4. При норме нагрузки 2-3 т/га(100-150 кг/га серы) высокосернистые углеотходы не оказывают отрицательного влияния ira агрохимические показатели почвы. Отмечается тенденция к улучшению питательного режима за счет увеличения содержания общего азота и подвижного Фосфора.

Совместное использование углеотходов с известью по полной гидролитической кислотности устраняет отрицательные изменения, вызываемые повышенными дозами сульфидной серы, которые не проявляются и в последействии.

5. Реакция сельскохозяйственных культур на внесение сульфид-

ной серы в составе углеотходов в значительной степени определяется их биологическими особенностями - требовательностью к условиям серного питания и реакцией на повышенную кислотность почвенного раствора. При внесении сульфидной серы в дозе 100-150 кг/га получены прибавки урожая зерна ячменя на 48f>, томата на 90fi, лука-репки на 31%.

6. Совместное использование углеотходов и извести способствует росту урожайности культур, чувствительных к повышенной кислотности почвенного оаствооа (зеленой массы кукурузы на 25^.

7. Действие сульфидной серы в виде минерала пирита на урожай »■ожет быть равноценны» действию сульфатной серы (гипс^ и иметь преимущество пепед традиционными фор''8"и серных удобрений в экстремальных условиях повышенно:'4 кислотности почвенного раствора и высоки'' доз, т.е. является более "мягки"" медленно деРстаугси» удобрение" .

8. Эффективность действия высокосернистых углеотходов повышается при совместно" использовании с "инеральными удобрениями.

У. Влияние высокосернистых углеотходов на качество и химический состав получаемого урожая не однозначно. Химический состав урожая зерна ячменя, озимой ржи практически не меняется. Сульфидная сера в дозе 100-150 кг/га (или 0,25 г/сосуд) способствует увеличению сбора белка с единицы площади с урожаем зеленой массы кормовых культур (кукурузы на 44 ц/га, подсолнечника на 120 ц/га, рапса на 1,0 г/сосуд) за счет повышения как общей урожайности, так и содержания белкового азота в растениях.

Совместное использование углеотходов и нитроаммофоски положительно влияет на химический состав овощных культур, повышая содержание Сахаров (лук-репка, столовая свекла) при существенном снижении количества нитратов в растительной продукции (на 36-4У£).

10. Аккумуляции тяжелых металлов в растительной продукции,полученной с использованием высокосернистых углеотходов в дозе 2-3 т/га как компонента минеральных удобрений не наблюдается.

11. Токсикологическая оценка зерна яч>-еня сорта Луч, выращенного с применением высокосернистых углеотходов на фоне минеральных удобрений, свидетельствует, что скармливание его животным не оказывает отрицательного действия на их опганиз" по изученным показателям .

12. Трехлетние производственные опыты показали значительную эффективность применения высокосернистых углеотходов в дозе 2-3

т/га под зорновьет, кормовые и овощные культуры, прибавка урожая составляет 15-40>. Удельный экономический эффект в среднем достигает 160 рублей с гектара в год.

Решением Пермского облисполкома от 02,04.82 77 текущие уг-леотходы Кизсловского бассейна взяты на баланс как сырье для производства удобрений. Удобрение из углеотходов должно отвечать требованиям технических условий (ТУ-486-Ь9о-86'! .1 иметь экологический паспорт с указанием содержания токсичных компонентов.

Высокосернистые углеотходы Подмосковного бассейна должны быть более полно опробованы.

пРЕдасЕнга производству

Использовать вксскосернистые углеотходы целесообразно под культуры, слабо чувствительные к повышенной кислотности почвенного растБора и требовательные к условиям серного литания.

Доза внесения углеотходов определяется содержанием в них серы и для дерново-подзолистой почвы составляет:

- 3,0 г/га при содержании серн в отходах до сг?;

- 2,0 т/га при содержании серн в отходах 5-IC"S;

- 1,0 т/га при содержании серы в отходах Ióf-.

Дробленые углеотходы СО—Ь мм.) вносятся под предпосевную культивацию (лужение) на глубину 8-10 см один раз в три года совместно с минеральным удобрением (М?Ю и известью по полной гидролитической кислотности (на кислых почеэх)//лЯоркационнк? листок ''163-05/.

Основные положения диссертация опубликованы в следующих работах :

1. л.асалкина С.А., Джунько ÍÍ.Í.',. Утилизация серосодержащих углистых пород //Химия и химическая промышленность Западного Урала в реьении Продовольственно? програьжы: Тез.докл.IX областной научн.-техн. кон.Ф./Пермь, 1963. -C.C0-CI.

2. '.¡асалкина С,А. Применение серосодержащих углеотходсп как компонента сельскохозяйственных удобрений //'Обогащение и брикетирование угля: Научн.-техн.реФ.сб./М.: ЦНПЗИуголь, 1962.

3. Джунько П.»!,, Уасалклна С.А., Ыардаков А.Н. , Покровский Н.П., цпкрт «.Я.О применении серосодержащих углистых пород как компонентов сельскохозяйственных удобрений //Химия твердого топлива. - 1963, .Y4.-C.9C-94.

4. Карданов A.H., Горохова H.Г., Масалкина С.А., Покровский Н.П., Солодкова Т.А. Опыт использования углеотходов в качестве сырья для производства удобрений //Обиеотраслевые вопросы. Указатель неопубликованных и ведомственных материалов Д.: ЦНИЭИуголь, 1985, ! ,' 7.

5. Касалкина С.А., Шардаков A.n., Джунько П.М. Способ утилизации серосодержащих углеотходов //Новые технологические процессы и оборудование для защиты природной среды в угольной промышленности/Пермь: ВНИЛССуголь, 1985.-С.II4-II9.

G. Еардаков А.Н., Горохова Н.Г., касалкина С.А. Комплексное органо-минеральное удобрение на основе углеотходов //Комплексные проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в угольной промышленности /Пермь: ВНИИССугсль, 1986. -С. 133-142.

7. Шардаков А.Н. , Гилъденбрандт D.M., Горохова К.Г., !.;ишла-нов В.П., Ыасалкиьа С.А. Применение угле;*добрений в Пермской области //Лнгормационный листок 183-бс/Пермь: ЦНТИ, 1986.-4 с.

8. Касалкина С.А., Зеленин В.М. Влияние сернистых углеотходов на химический состав и качество урожая сельскохозяйственных культур //Использование отходов производства угольной промышленности/Пермь: ВНЖйСуголь, 1987.-С.79-86.