Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Рациональное использование природных и техногенных минерализованных вод в агроландшафтах Беларуси

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Рациональное использование природных и техногенных минерализованных вод в агроландшафтах Беларуси"

ШШШЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ' И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 504.53.06+628.38

: i U U .4

2 9 ЛПР

ГАДАЙ Елена Ивановна

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД В . ДГРОЛАВДИАФТАХ БЕЛАРУСИ

Специальность 11.00.1Г —- Охрена окруяаюдай орел» и рациональное использование црпродназ ресурсов.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой отопошг кандидата географических наук

Макзк - 399S

Работе выполнена в Белорусском государственном уштадтитете

Научные руководители — адояухешшй деятель наука ■ ^ ш лаяники Беларуси, доктор

тюеяаических наук, профессор,

тавдемик АЬ Беларуси ДИ1ПВАН И .И,

11 . • ' - ■

даням}? {геологоншнералогкческих чнадад, профессор ДИЩСВИЧ Л Д.

Научный коноультан» — кашшдвт (Технических наук,

старвййдоучннй сотрудник

• тшщгА М,

Официальные оппоненты ■— доктор 'Географических наук,

профессор ЧЕРТКО НЖ.

кандидат биологических наук, доцент КДОО К «К.

Оппонирующая организация — Белоруоский научно-исследовательский институт мелиорации и луговодства

Защита состоится 15 май 1996 г. в 14 часов

не заседании совета по еащите диссертаций Д 02,01.06 в Белорусском государственном университете по адресу: 220050, Минок, проспект Ф.Скоршш, 4, 206.

С 'диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан СИЩЬёЛЯ^ 199б г#

Ученый секретарь совете по защите диссертаций доктор географических наук

ГЛ.Марцинкевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тем» диссертации. В процессе функционирования предприятий промышленности, в т.ч. горнодобывающей, образуется большое количество высокомияерализованных (засолениях) сточных вод. В частности, при производстве калийных удобрений жидкие отходы в ПО "Беларуськалий" составляют до 10 тыс. м^ в сутки, что приводит к загрязнении ландшафтов. Проблемы утилизации рассолов глинисто-солевых пшшов (РГСШ) чрезвычайно актуальны с точки зрения охраны окружающей среды. При проведении геолого-разведочных работ в Белэруси выявлены значительные запасы природных рассолов — поликомпонентных водных концентратов (ПВК). В ходе добычи нефти они нередко выходят на поверхность, воздействуя на сопредельные территории. Для природных рассолов, в которых содержание химических элементов близко к их кларку в земной коре,- проблемы утилизации связаны преимущественно с задачами их рационального использования.

По элзментному составу как ПБК, так и РГСШ содераат агрономически ценные макро- и микроэлементы, являющиеся потенциальным источником минерального питания растений. Это дает основание для выбора'сельскохозяйственного направления утилизации данных минерализованных вод, что позволит повисеть продуктивность агроланд-шафтов. Агроландшафт представляет собой природно-ентропогенную систему, которая нувдается в поддеркании оптимальных условий ее функционирования. С целью охраны природной среды при внесении рассолов в поч а необходимо учитывать ландшафтно-гесхимнческие условия природных комплексов. Наибольшее значение при этом тлеют свойства почвы. Безопасное внесение в почву засоленных ьод требует изучения последствий, воздействия электролитов па структуру и водные свойства почвы, а также оценки степени подвиа.п'ости солей, переноса их в пахотном горизонте с учетом климатических и геоморфологических особенностей территории. Настоящая работа посвящена исследованию и анализу отмеченных факторов. Это позволяет научно обосновать предельно допустимые объемы внесения минерализованных вод (не вызывающие деградации почвы, загрязнение грунтовых и поверхностных вод), разработать рекомендации по применению рассолов в агроландпафтах, снизить зависимость республики от импорта минеральных удобрений, включая микроудобрения.

Связь работы о крупными научными программами., темами. Дис-

сертадаюнная работа выполнена в соответствии с научно-техническими црограммами: "Исследовать влияние ПВК на плодородие почв, урожайность и качество сельскохозяйственных культур"; "Дать прогноз загрязнения овощной и плодово-ягодной цродукции для зон с разной плотностью загрязнения".

Дель и задачи исследования. Целью заботы является установление механизмов структурообразова ния, переноса влаги и солей в дерноЕо-подгсдзотой и торфяной почвах сельскохозяйственных ланддафтоа под воздействием природных (ПВК) и техногенных(РГСШ) минералкзоьаьнш: вод; определение влияния ПВК и РГСШ на продуктивность агролашдаафтов. В соответствии с поставленной целью в работе решались следующий .задачи:

1. Установление степени воздействия рассолов на структуру, воднГ|~фкг.!Гческие, массообменные и ионообменные свойства торфа, сапропеля, почв различных агроландшафтов.

2. Исследование процессов миграции солей в торфяной и дерново-подзолистой почвах агроландшафтов при внесении минерализованных вод.

3. Оценка природных факторов, влияющих на устойчивость агроландшафтов к внесению рассолов.

4. Определение воздействия рассолов на почвенный поглощающий комплекс — одного из основных факторов самоочииающей способности ландшафтов — и выявление устойчивости почв к ПВК, РГСШ. . '

5. Изучение влияния минерализованных вод на продуктивность агроландшафтов и качество продукции.

Научная новизна поцучецннх результатов. Установлены основные закономерностей механизма воздействия высокоминерализованных йод техногенного и природного происховдения на структуру, водные и массообменные свойства, а также поглощающий комплекс почвенных систем агроландшафтов и природных ионообменников органогенного происхождения (торф, сапропели). Впервые обоснованы предельно допустимые концентрации: электролитов в поровом растворе контрастных дерново-подзолистой и торфяной почв, не вызывающие деградации их структуры, необратимых изменений водных и массо-обмённых характеристик. Впервые на основе комплексной оценки физико-химических свойств почвенных систем, их трансформации под воздействием ШК и РГСЙ показано, что процессы структурообразо-вания, массообменные свойства почвенных систем в существенной

мере регламентированы емкостью обмена твердой фазы, ионным составом дисперсионной среды; обоснованы методы регулирования процессов переноса ионов в системе почва—растение путем направленного изменения рЯ, солевого состава, дозы, условий и формы внесения минерализованные вод в почву.

Определены роль и место Еакнейшпс природных факторов, обусловливающих миграционную подвижность солей ПВК, РГСШ в агролаяд-шафгах. Установлена экологическая безопасность использования ПЕЖ и РГСШ совместно с торфом и сапропелем в качестве удобрений. Разработаны нормы внесения рассолов в почву агроландаафтов для выращивания экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

Практическая и экономическая значимость полученных результатов. Разработаны рекомендации по использованию ПВК и РГСШ в качестве мелиорантов почв-депрессоров поступления радионуклидов в продукцию растениеводства; рекомендации по использованию ПВК в качестве удобрения. Использование рассолов п органо-шшеральнше композиций на их основе позволит ликвидировать дефицит удобрений и микреудобрений, повысить продуктивность агроландаафтов и качество сельскохозяйственной продукции, в том числе и на радиоактивно загрязненных территориях. Утилизация РГСШ дает возможность уменьшить накопление отходов калийного производства, что имеет важное экологическое и народнохозяйственное значение.

Основные положение лиссертапии. выносимые на защиту:

1. Степень воздействия рассолов на структуру, водные, ионообменные свойства торфа, сапропелей, дерново-подзолистой а торфяной почв, позволяющая обосновать предельно допустимые дозы солей ПВК и РГСШ, не приводящие к необратимым процессам деградации структуры, поглощаюиего комплекса почв, торфа, сапропелей.

2. Влияние рассолоЕ на миграцию солей в торфяной и дерново-подзолистой почвах, заключающееся в обосновании доа внесения рассолов с учетом экологических факторов.

3. Оценка климатических, почвенных л геоморфологических факторов, оказывающих влияние на устойчивость arpoландшафтов к внесению ПВК, РГСШ и способствующих выводу их за пределы почвенного профиля или нейтрализации.

4. Экспериментальное обоснование возможности использования ПВК и РГСШ в Качестве основы для производства экологически безопасных органо-нинеральных удобрений, обеспечивающих рациональное использование природного сырья и повышение продуктивности arpo-

ландшафтов.

5, Эффективность применения ПВК, РГСШ для снинения поступления радионуклидов в продукцию растениеводства.

Личный вклад соискателя. Соискателем самостоятельно выполнены все экспериментальные работы в полевых и лабораторных условиях, произведена обработка полученных i зультатов опытов, сделано кх геспзги^зокое обобщение и разработаны рекомендации по использованию iiK и РГСШ в земледелии, направленные на мелиорацию ж огдяшаацео агроландшофтов Беларуси.

Arac&ictg результатов диссертации. Результаты исследований доложены ¿г всесоюзной конференции "Экологические проблемы охраны кивой природы" (Москва; 1990); Всесоюзной научно-практической конференции "Плодородие почв в интенсивном земледелии" (Минск, 1991) ; XI ¡;»учно-технической конференции молодых специалистов "Торфяная 1;ро.-лшленность— народному хозяйству" (Ленинград, 1991); Всессазной конференции "Торф в вводном хозяйстве" (Томск, 1991); Межвузовской конференции молодых ученых "Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы" (Санкт-Петербург, 1992); Международной конференции "Коллоидная химия в решении проблем охраны окруаающей среда" (Минск, 1994); Международной конферен-. ции "йизако-химия торфа и сапропеля, проблемы их переработки и комплексного использования" (Тверь, 1994).

' Отгу бллковэнность результатов. Основные положения работы отражены в тезисах 7 научных конференций и 5 статьях.

Структуру g объем ¿шссертеции. Диссертационная работа изложена на 173 страницах, включая 16 таблиц, 30 рисунков, и состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, выводов и приложений. В списке использованных источников 188 наименований.

ИСШЛЬЗСВАШЕ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД Б АГРОЛАЦЩПАФТАХ

К настоящему времени наукой и практикой накоплен значительны! опыт применения минерализованных вод в земледелии. Использование подземных,вод с резной степенью минерализации для указанных целей составляет 30-40 % р странах с развитой ирригацией и только около 2 % от общего объема воды, используемой на орошение, з странах СНГ,.Преимущественным же приемом утилизации минерализованных вод является внесение их в почву. При этом расчет экологически безопасных доз техногенных и природных вод производят с учетом их химического состава и содержания тяжелых металлов в почвах.

При использовании минерализованных вод в агроландпафтах воздействие их сказывается цреаде всего на структуре, водных, ионообменных свойствах почвы. Анализ литературы показал, что нет четко сформулированных выводов о закономерностях изменения свойств.почвы различных агроландшафтов при орошении. Это зависит от состава и количества минерализованных вод, длительности . их использования, свойств самой почвы и природных условий территории. Ио мере уве.тгчотиг солевой нагрузки вначале происходит разрушение структуры почвы. С ростом дисперсности уменьшается влагоудершзающая способность почвы, ухудшается фильтрационный перенос влаги. Изменяются также процессы капиллярного и диффузионного переноса влаги, передвижения растворенных соединений.

Значительную роль в развитии »того процесса играют климатические особенности территории. Так, в Беларуси в период вегетации растений перемещения влаги в почве практически не происходит (несколько см). Миграция солей в глубь пахотного горизонта имеет место в основном осень», когда биологические процессы ослаблены, а нисходящий перенос злаги выраяеи в наибольшей степени. В этот период почва насыщена водой, испарение незначительно, а поренос солей в грунтовые вода весила интенсивен.

. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕЗШИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Объектами исследования явились контрастные по своим свойствам дерново-подзолистая и торфяная почвы; торф и сапропель; ШК и РГСШ, оказывающие влияние на продуктивноегь агроландазфгов, в т.ч. вторичного водно-ледникового с легкооуглинистыми и аллювиального террасированного с супесчаными дерново-подзолистыми почв шли,

ПВК — разновидность подземных рассолов с минерализацией более 200 г/л. В нестоящее время ПВК выходят на поверхность земли в виде попутного продута в процессе поисково-разведочных работ на нефть и газ. Выявленные геологические запасы составляют 45,5 млрд.т, а аксплуатоциошше — 34 тнслР/сут. Дана характеристика условий формирования природных рассолов Припятского прогиба, которые наряду с литолого-геохвшческими особенностями вмещающих пород обусловливают компонентный состав ПВК. Рассолы содержат значительное количество макро- п мшфоэлементов, в т.ч. и физиологически вааные для растений. РГСШ — жидкие отходы производства калийных ?добрешй — отличаются существенно меньшим

ь Таблица I

Физико-химическая характеристика объектов исследования

5,9 0.81 0,42 1-.72 0,16 0,05 0,01

ш\ Нашлевова-1иивера- 1 рИ »леневтов

п/Ь! нне !лизация, 1вода.1 СаО { { КоО : РрО= { МпО { *Н,

| { } 1 ' . ' г/л ' ' '

1 ШК' Я0О-45О 2-6 60.0 7;0 8,0 0,001 1,0 0;Б г ИШ 203-300 6.6 3,69 0-.69 4,65 0,08 2,8 0,35 © * на сухо® вев1вотво

де^воэо-шд-

- эолногйй

4 »орфазая 6,1 ОД 2,28 1,49 0>;94 0,09 0^03

Л | . Содерадняе влемевюв ■ . ■■

^¡У | и } М { СО » ^ \Си \Сг } V 1 7 { ~

кр/д

■ X. л ХбОЭ" 25 6,0 1,6. 0,6 100,0 Х;0 I;? Х;0 35 120

2 0,(01 ОД . ОД 0.26 0;44 0,03 -

% во'сухое вещество

3 В2;4 * >- ■ Б¿9 6,6 15,0 18,7 27,1 * -

Ч. 160,2 . - ,• 8,9 ц;з . .58,0 15 Д . 32.9 . -... - ' -

Галош» овомтшик

«а,

| м{т

. ф ПЦ|Ш СОЛ д ВОМ1Я>Ш ООП - 0Э.Р»

т грашш аппхптреп»-0 и« ввмока

к (штиш запаси Щ сапропел! (юв.и3)

райвпк распрострапедля 1Й1 ШК

полевые опыты

Рис. X. Месторождения торфа, сапропелей, нефти, калийной и поваренной соли, ПВК

содерваняем микроэлементов по сравнению с 1ВК (табл. I).

Приведена характеристика дерново-подзолистой легкосуглинистой и торфяной почв, торфа, сапропеля о указанием запасов этих отложений и тс распространения в пределах республики (рис. I).

Иаяожена методика исследования структуры, водно-физических свойств почвы, торфа, сапропелей. Для изучения миграции и фильтрационного переноса солей в почве создана лабораторная установка, позволяющая мог.елкрсзать протекающие в почвз процессы, исследовать кинетику . порср?. определения солей с учетом потока влага к поверхности почвы.

Раскрыта методика проведения вегетационно-полевых и полевых опытов в Пуховичском, Брагинском и Ельском районах. Дано обоснование тестовых культур. Обработка результатов полевых испытаний выполнена с использованием методов математической статистики и планирования полевого эксперимента.

ЭКСНЕРШЕШЛЬШЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ

РАССОЛОВ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ АГРОЛАЩОДАФТОЗ И ПРИРОЛШХ ОРГАНОГЕННЫХ СИСТЕМ

Главными фактора...л, определяющими условия вертикальной и горизонтальной миграции влаги и солей, являются водно-физические свойства почвы. Указанные свойства зависят от структурного состояния почвы, обусловлены как характером почвообразующих пород,так и климатическими особенностями территории.

Экспериментально установлено (рис. 2), что при обработке почв рассолами существует предельная доза солей (Ск), при которой практически не происходит изменения агрегатного состава. В расчете на сухое вещество предельная величина этой концентрации солей ПВК и РГС111 для торфяной почвы составляет Сдвк » 0,Л8 '«'. СрГСШ = 0,015 %. Для дерново-подзолистой почвы величина эта равна Сдзк » 0,015 %, СргСШ с 0,003 %. Действие рассолов цри любых концентрациях на агрегатный состав почвы менее ощутимо для торфяной почвы, чем для дерново-подзолистой. Это обусловлено значительным содержанием органического вещества, от которого, главным образом, зависит водоцрочность агрегатов. Аналогичные изменения агрегатного состава характерны и для торфа при концентрации Cjjgjc¿0,3 % и Срщц<0,03 % на сухое вещество.

Выявлено также более интенсивное воздействие РГСШ на структуру почвы,. торфа, которое проявляется при меньших концентрациях

й/а и

овод,

О.

(и

ояцч.

Рис. 2. Вяняние концентраций ПВК (I, 3), РГСШ (2,4) на содержание водопрочных агрегатов (Рх и Р0 — в опытном и контрольном вериантах соответственно) в торфяной (а ) и дерново-подзолистой (б) почве при <Т?1 мм (I, 2) и 0,25 мм< <3^0,5 од (3, 4)

и с о"*,*

\ <

» С«".*/.

РОД

Рис. 3. Распределение соле* (на сухое вещество почвы) в дерново-подзолистой (а, б), торфяной (а', б) почве, обработанной ПВК (а, а'), РГСШ (б, б') при изотермическом массопе-реносе через 7 (I, 2, 3) и 14 (I1, 2', 3') суток: I - С - 50, 3 - 250, 3 - 500 кг солей на I га

по сравнению с ПВК. Это обусловлено преобладанием в составе ПВК поливалентна* ионов, способствующих компактной коагуляции коллэ-идов. Воздействие рассолов на структуру, воднке свойства почек, торфа, сапропеля закономерно и свойственно не только им, но и другим соединениям, в т.ч. и минеральным удобрениям, таким, как KCl, КЮ3, )ffl4Ji03 и т.п. В отличие от ПВК, в составе РГСШ преобладают ионы одновалентных металлов (Яа+, К+), для которых характерно пептизирующее действие на структуру полидисперсньк систем. Обусловлено это проникновением данных ионов внутрь коллоиппо-вы- ; сокомолекулярных структур, раздвинкой их каркаса, набуханием. В результате, при концентрация солей C<-CR возрастает иммобилизация влаги почвой, торфом. При концентрации солей С>СК вследствие дезагрегации структурных составляющих и снижения содержания связанной влаги способность дисперсных систем удерживать влагу уменьшается. Это свидетельствует о тесной взаимосвязи структуры и водно-физических свойств почвы. В Республике Беларусь самый большой дефицит влаги испытывают агроландшафты южных и юго-восточных районов, коэффициент увлажнения которых з мае-июне равен 0,6—0,7, т.е. для почв данного региона особенно важно четкое соблюдение всех агромероприятий о минерализованными водами к превде всего с позиций учета солевой нагрузки.

Одним из основных факторов самоочищающей способности ландшафтов является поглотительная способность почвы. Емкость сорбции солей IIBK, РГСШ торфяной почвой значительно вше, чем дерново-подзолистой. Это обусловлено тем, что содержание гуминовых веществ и-их функциональных групп.в органогенной почве болгге, чем в минеральной. В результате буферность органогенных почв, емкость их поглощающего комплекса значительно больше, чем генеральных, а значит и меньше изменение кислотности под воздействием рассолов.

Экспериментально установлено, что емкость поглощения почвой, торфом, сапропелем оснований рассолов (ПВК, РГШ) возрастает с увеличением pH материалов. Аналогичные результаты могут быть достигнуты при высушивании модифицированных рассолами почвенных систем. Методом изотерм электропроводности показано, что гистерезис электропроводности, возникающий при увлажнении-высушивании почвн, обусловлен процессами сорбции поливалентных ионов на структурных составляющих почвы, а величина сорбции возрастает о увеличением количества ионов поливалентных металлов в составе рассолов.

ЭКСПЕРШЕНГАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА СОЛЕЙ

В ПОЧВАХ АГРОДАВДПАФТОВ И ПРИРОДНЫХ ОРГАНОГЕННЫХ СИСТЕМАХ

Миграция рассолов наряду с их химической природой чрезвычайно сильно зависит от ландаафтно-геохимической обстановки и структуры природной среды. При этом перх .степенное значение имеют свойства почва. Они выступают в роли природных факторов, ограничивающая или усиливающих возможность загрязнения агроландшаф-тов. Именно свойства торфяной почвы обусловливают значительно меньшую ее "чувствительность" к солям, чем дерново-подзолистой.

Экспериментально установлено, что как для органогенной, так и минеральной почв существует некоторая предельная доза минерализованных вод, при превышении которой в почве нарушаются процессы переноса солей. Для ПВК и РГСШ таковой является доза в 50 (для дерново-подзолистой) и 250 (для торфяной почвы) кг сухого вещества солей на один гектвр. Увеличение дозы рассолов интенсифицирует перенос солей как в зону испарения влаги (на поверхность почвы), гак и в глубь пахотного слоя. Изотермический перенос солей в минеральной почве протекает более интенсивно, чем в органогенной. Так, через 7 дней после внесения РГСШ (500 кг/га) количество солей в поверхностном 0-1 см слое дерново-подзолистой логкосуглинистой почвы равно 28«Ю-4 %, что почти в 3 раза больше, .чем в торфяной (рис. 3). Интенсивность миграционного переносе солей по профилю почвы находится в обратной зависимости от емкости ее поглощают го комплекса, величины сорбции ПВК, РГСШ. Чем больше сорбция солей твердой фазой почвы, тем меньше их концентрация в поровом растворе, а значит и ниже миграционный перенос солей по профилю почвы. Дерново-подзолистая почва сорбирует 0,06 % солей ПВК на сухо? вещество, а торфяная — 0,5 % ПВК и 0,2 % РГСШ.

В природных условиях перенос поровых растворов,влаги в почвенных системах в общем случае представляет собой совокупность трех основных потоков: фильтрационного (ФП), диффузионного (ДП), термодифс&зионного (ТП)По динамике переноса водорастворимых соединений в почвах они располагаются в ряд: ФШ>ДП>ТД. При этом миграционный поток солей под действием ФП направлен преимущественно в глубь почвы, а перенос солей к поверхности определяют ДП и ТП. В результате осадки ответственны за процессы ФП, кс-перенке — за ДП, а температура — зэ ТП. Конкурентность этих

потоков, нсцравленных противоположно друг другу, определяет специфику распределения солей по профилю почвы. Поэтому воздействие рассолов на процессы переноса солей в почвах в природных условиях выражено в меньшей степени. Это обусловлено также рядом природных факторов, содействующих сохранению устойчивости ландшафтов к антропогекпал нагрузкам, их способности к самоочищению, а также трансформации загрязняющих веществ и выводу их за пределы ландшафтов. Наиболее важными среди них являются климатические и геоморфологические условия, особенности почвенно-растительного х покрова. Анализ отмеченных факторов в пределах вторичного водно-ледникового ландшафта (Пуховичский район) и" аллювиального террасированного (Брагинский район) показал, что климатические особенности в отличие от почвенных и геоморфологических условий в значительной степени оцределяют специфику перераспределения солей ПБК и РГСШ по профилю дерново-подзолистой почвы. В северных и центральных районах РБ кпичество осадков обусловливает промывной водный режим. В таких условиях перенос солей в глубь почвы Солее интенсивен, а их общее количество в поверхностном слое по-к -жается. Этому благоприятствует средняя глубина расчленения рельефа (5-10 м) со свойственной ей активной миграцией элементов. Так, через 30-45 суток после закладки опыта во вторичном водно-ледниковом ландшафте отмечено позыпенное содеркзние солей на глубине 10-20 см в сентябре-октябре. Через 30 с..,ч,ок после внесения 400 кг/га солей РГСШ содержание их всего лишь в 1,5 раза больше, чем при использовании 50 кг/га, т.е. не сорбированные почвой ионы рассолов мигрируют в пределах пахотного горизонта почвы под воздействием ФП.

В аллювиальном террасированном ландшафте (юго-восток РБ) с малым количеством осадков, более высокой средней температурой и значительным испарением в поверхностных слоях почвы, как правило, накапливается больше солей, а инфильтрационн_й перенос их за пределы пахотного слоя незначительный. Слабая глубина расчленения рельефа (0-5 м) способствует аккумуляции химических ¡элементов .

Как засоление почв, так и загрязнение грунтовых вод — факторы крайне негативные. Для снижения отмеченных последствий обоснованы принципы применения рассолов с природвыми органогенными сорбентами (торфом, сапропелем). Использование органо-минераль-ных смесей наиболее эффективно на минеральных почвах с позиций

преаде всего аккумуляции минеральных компонентов в пахотном горизонте, повышения потенциальной продуктивности почв, а также исходя из обеспечения экологической безопасности мероприятиям по утилизации минерализованных вод в земледелии

Экспериментально показано, что сорбция торфом солей РГСШ и ПВК достигает 1,5-2,5»10""* % на сухое вещество. Совместное использование рассолов с торфом позволяет существенно увеличить дозу их внесения без опасения экологических последствий.

С позиций экологической безопасности мероприятий с использованием минерализованных вод в агроландшафтах почвы следует расположить в рад: торфяные?дерново-подзолистые тяжелого механического состава>дерново-подзолистые легкого мехсостава. С учетом содержания гумуса и кислотности почв, определяющих подвижность рассолов.в агролендшафтах, разработаны рекомендации по внесению ПВК в различные почвы»

ВЛИЯНИЕ РАССОЛОВ И ОРГАНО-ЖНЕРАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЯ . НА ИХ ОСНОВЕ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ АГРОЛАВДШТОВ

Дозы ПВК, не оказывающие неблагоприятного воздействия на структуру, водные» масоообменные свойства почвы, повышают продуктивность агрофитоценозов.

В табл. 2 представлены результаты оценки агрономической эффективности ПВК и органо-минеральных смесей. Полученные данные свидетельствуют, что удобрительная ценность ПВК является сравнительно высокой (опыт I). Установлено, что оптимальной дозой ПВК как минерального удобрения следует считать 150-300 кг солей на один га. Превышение этой нормы влечет снижение урожайности растений и особенно в первый год. На фоне ШС эффективность ПВК в первом культурообороте небольшая и проявляется лишь в последействии (опыт 2). Органо-минеральная композиция, включающая ПВК, торф, КРК, обладает наиболее четко вцэаженным удобрительным эффектом (опыт 3). В органо-минеральной смеси не основе кремнеземистого сапропеля-(опыт 4) действие ПВК на урожайность растений практически не сказывается и находится в пределах вариации результатов опыта. Подобное изменение удобрительной эффективности ПВК и смесей на его основе закономерно. За агрономический эффект ПВК ответственны минеральные компоненты, входящие в его состав. Органо-минеральные смеси ПВК с торфом и сапропелем обеспечивают пролонгированное действие компонентам минерального пи-

тания растений. Это проявляется прежде всего в последействии удобрений. Хотя эффективность ПВК при внесении в почву в сметой с сапропелем незначительна и находится в пределах вариации результатов опыта, экологичность данной смеси несомненна, что обусловлено снижением непроизводительных потерь минеральных компонентов рассолов в окружающую среду и прежде всего за счет переноса их в грунтовые воды, водоприемники, инфильтрационнкмк и поверхностными потоками влаги.

Таблица 2

Оценка агрономической эффективности ДВК и органов минеральных смесей на его основе Почва: дерново-подзолистая легкосуглинистая

Урожайность, ц/га

-1-1--

карто-iячмень {озимая

teJIb i „ i рожь 89-г.¡1990 г.I1991 г. п-' .............

1 первая i культов i последействие

I Контроль (без удобрений) 221 12 . 26

ПВК - 150 кг/га 256 25 39

ПВК - 300 кг/га 310 33 39

ПВК - 600 кг/га 196 26 31

2 Jf90P60K90 ~ контроль 230 19 42

JfPK + ПВК (150 кг/га) 23? 23 49

JfPK + ПВК (300 кг/га) 292 23 46

3 JfPK + торф (40 т/га) - контроль 292 30 59

JfPK + торф + ПВК (150 кг/га) 440 зт- 5?

ЯРК + торф + ПВК (300 кг/га) 361 34 64

4 JtPK + сапропель (40 т/га) - контроль 326 30 6С

ХРК + сапропель + ПВК (150 кг/га) 328 30 53

JfPK + сапропель + ПВК (300 кг/га) 295 31 61

Н®095 21,5 1,8 2,3

Примечание: торф низинный, сацропель кремнеземистый.

В табл. 3 приведены результаты испытаний ПВК, глшшсто-оолевого шлака (ГСШ), мелиорантов на их основе в качестве депрессоров поступления радионуклидов в продукцию растениеводства. Полевые опыты проведены в зоне радиоактивного загрязнения почв (5-30 Кц/к&^) в Брагинском и Еяьском районах Гомельской области (см. рис. I).

Таблица 3

Влияние ПВК, ГШ и композиций на их основе на поступление радионуклидов в корнеплоды свеклы столовой (полевой опыт) Почва; дерново-подзолистая супесчаная

тт

ОШ-j !

та

Варианты опыт»

СодержаниеCs/371 x.IO"9

Ки/кг Г

опыт

} - к контролю

Контроль ПВК - 150 кг/га ПВК - 300 кг/га ПВК - 450 кг/га

ГСШ - 2,5 т/га (150 кг/га) ГСШ - 5,0 г/га (300 кг/га) ГСШ -10,0 т/га (600 кг/га)

ПВК (300 кг/га) + торф (10 т/га)

0,73 0,45 0,45 0,42

0,67 0,42 0,38

0,39

НСР

0,95

-0,34 -0,34 -0,37

-0,12 -0,37 -0,41

-0,40 0,10

Примечание: ГСШ содержит 9 % РГСШ на сухое вещество; »с» 30 %. В скобках (опыт 2) указана доза РГСШ в ГОН.

2

Приведенные данные свидетельствуют об эффективности применения ПВК и РГСШ для мелиорации почв, загрязненных радионуклидами с целью снижения их поступления в растения. Действие исследованных мелиорантов основано на принципе снижения вероятности поглощения радионуклида растениями за счет повышения содержания в почве его стабильных изотопов С(£г, С$ ) ПВК Л либо элементов-аналогов Г(К, Яа) РГСЩ1 а также сорбции радиоизотопов минералами-сорбентами (торфом, сапропелем, глиной), содержащимися в мелиорантах.

Использование ГСШ (содержащего- значительное количество вн-сокодисперсных минералов) обеспечивает высокую сорбпионную активность глинистой фракции к ионам Cä . Внесение мелиорантов в почву позволяет снизить содержание радионуклидов в продукции раотениеводства на 15-45 %. Для достижения существенного снижения радионуклидов в растениях доза ПВК и РГСШ должна составлять не менее 150-300 кг солей на I га.

Установлено, что внесение ПВК и РГСШ с торфом, сапропелем наряду с достижением более высокого качества продукции растением водства позволяет обеспечить увеличение урожайности растений и одновременно снизить негативное воздействие рассолов на физико-химические свойства почвы, рационально использовать отходы производства, загрязняющие природную среду.

ВЫВОДЫ

1. С целью охраны природной среды при внесении ПВК, РГСШ

в почвы агроландшафтов Беларуси необходимо учитывать ландшафтно-геохимические условия, в т.ч. и наличие тяжелых металлов. Уста-н.злено, что климатические особенности вторичного водно-ледникового ландшафта (центр РБ) и аллювиального террасированного (юго-восток) в значительной степени в отличие от почвенных и геоморфологических факторов определяют специфику перераспределения со-' лей по профилю дерново-подзолистой почвы. В дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах вторичного водно-ледникового ландшафта закономерно уменьшается общее количество солей в поверхностном слое (вследствие их белее интенсивной миграции вглубь).

2. Изотермический перенос солей ПВК, РГСШ в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве агроландшафтов протекает более интенсивно, чем в торфяной. Миграционный перенос солей по профилю почвы находится в обратной зависимости от емкости ее поглощающего комплекса, сорбционной активности ионов в состаге рассолов.

3. Воздействие ПВК и РГСШ на перераспределение солей в почве ощутимо при внесении дозы 50 кг/га на дерново-подзолистрй и 250 кг/га на торфяной почвах. При превышении дозы рассолов в почве интенсифицируется перенос солей как с инфильтрационным потоком, так и потоком влаги в зону испарения, что обусловлено изменением массообменных характеристик почвы, ее структуры, соотношения между категориями влаги в материале.

4. Одним из факторов самоочищающей способности ландшафтов

является поглотительная способность почвы, йлкость сорбции ГОК, РГСЯД торфяной почвой значительно выше, чем дерново-подзолистой легкосуглиняотой л возрастает с уменьшением кислотности и при высушивании почв. Гистерезис электропроводности при увлажнении- -высушивании почвы обусловлен процессами сорбции поливалентных ионов ПВК, РГСШ ва ее структурных составляющих.

5. Миграция рассолов в агроландшафтах определяется влагопро-водностьи почвы, которая зависит от ее структуры. При обработке почв рассолами существует предельная доза солей, при которой прав тячески не происходит изменения агрегатного состава. В расчете на сухое вещество величина этой концентрации солей для торфяной почвы составляет С^щ — 0,08 Сррдщ — 0,015 %\ для дерново-подзолистой легкосуглинистой — Сщк — 0,015 % и СрГСщ — 0,003 % на сухое вещество. Рост концентрации солей рассолов соцровоздает-ся разрушением водопрочной структуры, увеличением дисперсности, уменьшением водоудерживающей способности почвы.

6. С целью экологически безопасного использования минерализованных вод в агроландшафтах целесообразно их применение с природными сорбентами, при учете состояния почв (агрохимического фона, содержания тяжелых металлов). Показано, что емкость сорбции торфом и сапропелем ПВК значительно выше, чем РГСШ, в связи с высоким содержанием в ПВК поливалентных металлов.

7. Дозы ПВК, РГСШ, н§. оказывающие неблагоприятного воздействия на структуру и массообменные свойства почвы, повышают продуктивность агроландшафтов. Органо-минеральная композиция, включающая ПВК и торф, обладает наиболее четко выраженным удобрительным эффектом.

8. На основании исследований физико-химических свойств ПВК, РГСШ,' торфа, сапропеля, а также анализа направлений использования данных видов сырья обоснована возможность юс применения в качестве депрессора поступления радионуклидов в продукцию растениеводства. Использование мелиорантов почв на основе рассолов снижает накопление радионуклидов растениями, повышает их урожайность.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

I. Абрамец А.М., Галай Е.И. Воздействие природных и техногенных рассолов на подвижность солей и водно-физические свойства почв // Экологические проблемы охраны живой природы: Тез.докл.

Всесоюз. конф. 10-17 декабря 1990. — 11., 1990, — С. 76-77.

2. Галай Е.И. Влияние ПВК на плодородие почв // Плодородие почв в интенсивном земледелии: Тез. докл. Всеооюэ. конф.,— , Минск, 1991. — С. 13.

3. Галай Е.И. Удобрительные смеси на основе торфа,.природ- ■ ных и техногенных рассолов // Торфяная промышленность — народному хозяйству: Тез. докл. XI каучно-^ехшЕЧ. конф. молодых специалистов 22-24 апреля 1991. — Л., 1991. —С. 34.

4. Галай Е.И. Торф и природные рассолы — компоненты удоб- -:. рительнкх смесей // Торф в народном хозяйстве: Тез.докл.Всесоюз> конф. 25-28 июня 1991. — Томск, 1991. —С. 50.

5. Галай Е.И. Изменение свойств почвы под влиянием техногенных и природных рассолов //Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы: Тез. докл. Межвузовской конф. молодых ученых 25 февраля - I марта 1992. — Санкт-Петербург, 1992. — С. 33.

6. Использование природных мелиорантов для снижения посгуп- -ления радионуклидов ь сельскохозяйственную продукцию / Подобе-дов И.И., Жишкевич М.М., Абрамец А.М., Галай Е.И. //Коллоидная химия в решении цроблем охраны окружающей среда: Тез. докл. Международ.конф. 15-17 ноября 1994. — Минск, 1994. — С. 135-136.

7. Лиштван И.И., Галай Е.И., Абрамец А Л..Мелиоранты почв на ' основе торфа и минерализованных вод // Физико-химня торфа и сап-., ропеля, проблемы их переработки и комплексного использования: Материалы докл. УП Международ, конф. 31 мая - 2 июнг 1994. — Тверь, 1994. — С. 135-136.

8. Галай Е.И. Влияние природных рассолов на миграцию солей в почвах // Вестник БГУ. Сер. 2. Химия. Биология. География. — 1995. — № 2. —С. 64-69.

9. Лиштван И.И., Галай Е.И., Абрамец А.М. Миграция солей в почве под воздействием минерализованных вод // Весц1 АкадамП аграр. навук Беларуо!. — 1995. — # 3. — С. 63-67.

10. Галай Е.И. Воздействие природных высокомшерализованных вод на физико-хкшческие. свойства почвы // Весп1 АкадэмН навук Беларус!. Сер. х!м. навук. — 1996. — Я I. — С. 121-122.^

11. Галай Е.И. Воздействие минерализованных вод на структуру и водно-физические свойства почвы // Вестник БГУ. Сер. 2. Химия. Биология. География. — 1996. — й 2. —- в печати.

12. Использование минерализованных вод в качестве удобрений / Лиштван И.И., Демидович Л.А., Галай Е.И., Жишкевич М.М., Абрамец АЛ. // Весц1 АкадэмН аграр. навук Беларус!. -- в печати.

РЕЗЮМЕ

Галай Елена Ивановна

Рациональное использование природных и техногенных

минерализованных вод в агроландшафтах Беларуси

Полиметаллический водный концентрат (ПВК), рассол глинисто-солевого шлама (РГСШ), почвы, торф, сапропель, миграция солей, агроландшафт.

Объектом исследования явились ПВК, РГСШ, дерново-подзолистая и торфяная почвы, торф,« сапропель. С помощью методов кон-дуктометрии, физико-химического и структурного анализа почв, торфа, £ -спектрометрии, радиохимического анализа, математической статистики, полевых экспериментов установлены закономерности взаимодействия ПВК, РГСШ о почвой, торфом, сапропелем. Выявлено' влияние минерализованных вод на процессы структурообра-зования, переноса влаги, солей, продуктивность агроландшафтов и получение экологически чистой продукции растениеводства, в том числе и в районах, загрязненных радионуклидами. Впервые обоснованы предельно допустимые дозы ПВК и РГСШ для дерново-подзолистой и торфяной почв, не вызывающие деградацию их структуры, почвенного поглощающего комплекса, изменение процессов переноса солей и загрязнение природной среды. Проанализированы ведущие природные факторы, определяющие подвижность рассолов в агроландшафтах. Установлены оптимальные дозы ПВК для различных типов почв. Показана экологическая безопасность применения ПВК и РГСШ совместно с торфом и сапропелем и обоснована возможность создания на их основе органо-минеральных удобрений. Разработаны рекомендации по использованию ПВК, РГСШ в качестве депрессоров поступления радионуклидов в продукцию растениеводотва.

Р Э 3 ю м э

Галей Алена 1ванеуна

Рацыянальнае выкарыстанне природных I тэхнагенных

М1нерал1заваных вод у аграландшафтах Беларус!

Пол!метал1чны водны канцэнтрат (ПВК), расол гл1н!ста-са-лявога шламу (РГСШ), глебы, торф, сапрапель, мИрацыя солей, аграландшафт.

Аб'ектам| даследавання з»яулял!ся ПВКРГСШ, дэярнова-пад-зол1стая 1 тарфяная Глебы, торф, сапрапель. 3 дапвмогай метала? кандуктаметры!, Ф1з1ка-х1м1чнага 1 структурнага анал!эу глебау, торфа, -спектраметры!, радыех1м1чнага анал!зу, матэматычнай статыстык!, палявога экспершленту вызначаны заквнамернасд1 уза-емадзеяння ПВК, РГСШ з глебай, торфам, сапрапелем. ВыяУлены уплыу М1нерол!заваных вод на працэсы структураутварэнпя, пера-носу В1льгац{, солей, прадукцыйнасць аграландшафтау $ атрыман-ке экалаг1чна чыстай црадукцы! расл!наводетва, у тым л!ку 1 у раёяах, забруджаннх радыенушИдам!. Упершнню абгрунтаваны гра-н!чна дапушчальныя дозы ПВК I РГСШ для дзярнова-падзол{стай I тарфянай глебау, як{я не вшиПкаюцъ дэградецыга 1х структуры, глебавага паглынальнага комплексу, змены працэсау переносу солей 1 забруджванне прыроднага асяроддзя. Праонал!? ^ваны вядучыя прыродныя фактары, сто вызначоюць рухомасць расолау у аграландшафтах. Вызначаны аптымальныя дозы ПВК для розных тыпау глебау. Пвказана экалаг!чная бяспечнасць прымянення ПВК ! РГСШ сумесна з торфам I сацрапелем 1 абгрунтавана магчымасць отварэння на 1х аснове аргана-м{неральных угнаеннду. Распроцаваны рэкоменда-цы! па выкарыстангао ПВК у якасц! угнаення; рэкамевдацы! па вы-карыстанню ПВК, РГСШ у якасц! дэцрэса'рау наступления радыенук-л!дау у лрадукцкю расл1наводства.

suitum

Galai Siena Ivanovna Rational Use of Natural and ^technological WlnerallsedWatersin Agrolandpcaper of Belarus

Polymetallie «atar concentrate (PWO), brine of clay-salt nlime (BOSS), turf (peat), organic slime, salt migration, agro-landscape.

Object« of the investigation» PWC, BOSS, turf, organic aline, Bol-podnol and peat soils» ^He following methods ol' investigation were applied» conduotonnetrio method, physico-chemical and structural analysis» of soil, turf,opectrometrie, radiochemical analysis, mathematical statistic«, field vegetal experiment. Ihe applied methods made it possible to determine the mechanisms of structure formation, moisture shifting, the effects of PWJ and BOSS on salts in sol-podsol and peat soils, to the basis of effects of PWO and B0S9 on the productivity of agroland-scape the principles of their use in agriculture were grounded, 5hey enable to obtain ecologically pure plant-growing production even in the radionuclide polluted areas. For the first time there have been exposed the maximum permissible doses of. and BOSS in sod-podsol and peat soils which do not provoke the degradation of their structure, the absorbing complex of soils, salt migration or pollution of, natural medium. Significant natural factors which determine agrolandsoafce brines shifting were registered and the maximum permissible dosos of for different type* of soils were exposed, iftjus» the conditions of ecological security of agro-landscapes are defined in case of applying and BOSS alongside with peat and organic slime. 3he investigation proves that PWC can be recommended as a fertiliser. Both, PWO and BOSS can be recommended as depressors of radionuclides in plant-growing.

Подпиоано в печать 08.. 04/. 1996 г. Заказ ¿54. Тираж 100 экз. Бесплатно. Формат 60x84/16. Объем {.Л п.л. Отпечатано, на ротапринте Белгосуниверситета. 220080 Бобруйская, ?.