CC BY
42
Экология ьу
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДОЗЫ ВНЕСЕНИЯ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩЕЙ ПОРОДЫ ТЕРБУНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ
В. А. ГУЛИДОВА, доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина,
С. М. МОТЫЛЁВА, 11ггпо „
о о о 115598, г. Москва,
кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, Загорьевская, д. 4;
Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства f тел.: 89102052710, 89065701764;
и питомниководства Россельхозакадемии, М e-mail: motyleva_svetlana@mail.ru
Ю. В. МЕРЕНКОВА,
аспирант, Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина,
М. Е. МЕРТВИЩЕВА,
научный сотрудник, Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства Россельхозакадемии,
О. А. ДУБРОВИНА, научный сотрудник,
Р. В. ЩУЧКА,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, г
В л КРдВчЕНКп «i 399770, г. Елец,
В. А. КРАВЧЕНКО, ул. Коммунаров, д. 28; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Si тел.: 8 (47467) 4-14-31;
Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина e-mail: agrodekan@yandex.ru
Положительная рецензия представлена Е. А. Кузнецовой, доктором технических наук, профессором, заведующим кафедрой химии и биотехнологии Госуниверситета учебно-научно-производственного комплекса.
Охрана почвенных ресурсов, снижение последствий техногенного загрязнения тяжелыми металлами в агроэкосистеме «почва - растение» являются фундаментальной проблемой экологии в Центрально-Черноземном регионе России. Перспективным направлением детоксикации почв является использование природных нанопористых природных минералов — цеолитов, которые мировая наука назвала минералами XXI века. Возможность широкого применения цеолитсодержащих пород и природных цеолитов в Липецкой области обусловлена солидными запасами цеолитсодержащей породы Тербунско-го месторождения, которые исчисляются более чем 12,4 млн т. Месторождение активно разрабатывается.
Ранее нами было установлено, что минералогический состав цеолитсодержащей породы Тербун-ского месторождения представлен преимущественно монтмориллонитом и каолинитом, меньшая доля приходится на гидрослюды и глинистые составляющие. Монтмориллонит — представитель слоистых силикатов с разбухающей структурой, обладает высокими сорбционными свойствами. Исследования морфологии поверхности позволили теоретически обосновать возможность использования цеолитсодержащей породы Тербунского месторождения в качестве мелиоранта при выращивании масличных культур — рапса и подсолнечника для получения гарантированно экологически безопасной продукции масличных культур в Липецкой области [2]. Известно, что кристаллы монтмориллонита состоят из 3 слоев: два наружных слоя кремнекислородных сеток с атомами кремния в центрах и внутренний слой — плотноупакованные атомы кислорода или гидроксильных групп, между которыми расположены атомы алюминия. Сочетание этих трех слоев
образует слоистые пакеты, связанные между собой обменными катионами Na+, Са2+, Мg2+, К+ и водой. Гидрослюда относится к трехслойным минералам, по структуре подобна монтмориллониту. Каолинит образует землистые массы, пластичный, слоистый минерал, в основе кристаллической структуры каолинита лежат бесконечные листы из тетраэдров Si-O4 [3]. Важными характеристиками, определяющими влияние отдельных минералов и пород на агрономические свойства почвы, являются их элементный состав и сорбционная способность, которая, в свою очередь, зависит от особенностей микроструктуры поверхности минеральных частиц [4]. Детальное исследование структуры поверхности различных частиц монтмориллонита (фракция 0,05-0,02 мм) с помощью сканирующего электронного микроскопа, проведенное нами ранее, позволило выявить неоднородность поверхности на макро- и микроуровнях; макропоры, образуют скопления неровностей и выпуклостей, диаметр поверхности которых более 50 нм. Именно наличие пор, соотношение между ними формируют активность цеолитсодержащей породы, обеспечивают ее сорбционные свойства и позволяют рассматривать как природную нанокомпозитную систему [5].
Цель и методика исследований.
Цель настоящих исследований — изучить влияние цеолитсодержащей породы Тербунского месторождения на агроэкологические показатели почвы в условиях полевого опыта при выращивании рапса ярового.
В задачи исследования входило:
— изучение влияния условий опыта на агрохимические показатели пахотного слоя чернозема выщелоченного (рНкс1, Н, сумму поглощенных оснований, степень насыщенности основаниями, содержание подвижных фосфора и калия);
Экология ъ*)
— изменение содержания подвижных форм свинца и кадмия в пахотном слое почвы.
Объектом была почва (выщелоченный чернозем Липецкой области) слоя 0-20 см с делянок агроэко-логического опыта по выращиванию рапса ярового. заложенного с внесением возрастающих доз цеолитсодержащей породы Тербунского месторождения (средний размер частиц 3-5 мм) в дозах 3 и 5 т/га на фоне и без фона ^0Р60К60. Площадь делянок 20 м2. расположение рендомизированное. Отбор проб почвы проводили в соответствии с ГОСТ 28168-89. Определение агрохимических показателей проводили по стандартным методикам. определение подвижных форм кадмия и свинца на атомно-абсорбционном спектрометру «СПЕКТР-5».
Результаты исследований.
Установлено влияние нанопористого природного минерала Тербунского месторождения на агрохимические показатели почвы (табл. 1). Наблюдается тенденция снижения обменной (рНКс1) и гидролитической кислотности (Нг) почвы на всех вариантах опыта с внесением цеолита. По катионному составу цеолитсодержащая порода Тербунского месторождения является многокомпонентной, % от массы для катионов Са, К, Р и Mg составляет 0,5-1,2; 0,6-2,0; 0,1-0,2 и 0,5—1,0 соответственно [2]. Внесение в почву измельченной цеолитсодержащей породы Тербунского месторождения, вероятно, приводит к повышению количества обменных катионов. Под влиянием цеолитсодержащей породы Тербунского месторождения уменьшается гидролитическая кислотность при соответствующем увеличении суммы поглощенных оснований. Анализируемая в опыте почва выщелочен-
ного чернозема имеет среднее значение рН солевой вытяжки 5,15, то есть, является подкисленной; при этом степень насыщенности основаниями составляет 82,4-83,3 %. Внесение цеолитсодержащей породы Тербунского месторождения как на фоне, так и без фона ^0Р60К60, снижает потенциальную кислотность и обнаруживает эффект нейтрализации — степень насыщенности основаниями возрастает, наиболее ярко это выражено в варианте ^0Р60К60 + 5 т/га цеолита.
Содержание подвижного калия снижается в вариантах с внесением цеолитсодержащей породы Тер-бунского месторождения на фоне ^0Р60К60 больше, чем без фона. Однако после уборки рапса в вариантах с ^0Р60К60 + 3 и + 5 т/га цеолита, содержание подвижного калия несколько возрастает, тогда как в остальных вариантах опыта снижается. Этот факт связан с активной адсорбцией калия в момент внесения цеолитсодержащей породы и последующим высвобождением его за счет обменных процессов на катионы тяжелых металлов, находящихся в почве, которые прочнее фиксируются в кристаллической решетке минерала, чем катионы калия. Аналогичные изменения установлены и для подвижного фосфора.
Известно, что подвижность в почве металлов, зависит от значения рН, так как кислотность влияет на адсорбцию и образование хелатов [1]. Предварительно в лабораторных опытах нами было установлено, что количественная сорбция ионов Cd2+ и РЬ2+ цеолитсодержащей породой Тербунского месторождения наблюдается в интервале рН 4,0 и 7,5-9,0; 4,46,01 соответственно. При значениях рН в условиях агроэкологического опыта возможна количественная
Таблица 1
Изменение агрохимических показатели пахотного слоя чернозема выщелоченного в условиях агроэкологического опыта
Вариант опыта РНКС1 Нг, мг х экв /100 г почвы Сумма поглощенных оснований, мг х экв/100 г почвы Степень насыщенности основаниями, % Содержание в почве мг/кг (по Чирикову)
Р2О5 К2О
Контроль 5,15 6,1 30,4 83,3 153 129
30,3 83,2 151 123
3 т/га цеолита 5,15 6,5 30,7 82,5 136 103
5,23 6,3 31,2 83,2 144 93
5 т/га цеолита 5,14 6,5 30,6 82,4 145 110
5,26 6,1 31,8 83,9 146 101
^0Р60К60 + 3 т/га цеолита 5,16 6,5 30,9 82,6 139 83
5,25 6,1 32,5 84,2 157 96
^0Р60К60 + 5 т/га цеолита 5,17 6,0 30,4 83,5 149 111
5,27 5,6 32,4 85,2 161 121
Примечание: в числителе — перед закладкой опыта, в знаменателе — после уборки ярового рапса.
Таблица 2
Влияние условий агроэкологического опыта на содержание подвижных форм тяжелых металлов в слое почвы
0-20 см по фазам развития ярового рапса (мг/кг почвы).
Вариант опыта РЬ Cd
Фаза 4 настоящих листьев После уборки культуры Фаза 4 настоящих листьев После уборки культуры
Контроль 0,500 0,367 0,050 0,040
3 т/га цеолита 0,343 0,113 0,050 0,030
5 т/га цеолита 0,187 0,127 0,040 0,030
^пР„К„ + 3 т/га цеолита 60 60 60 0,267 0,140 0,040 0,030
^пР„К„ + 5 т/га цеолита 60 60 60 0,333 0,227 0,040 0,030
Выводы.
Экспериментально, в условиях реального агроэкологического опыта, доказана целесообразность применения природного нанопористого минерала Тербунского месторождения для химической мелиорации и детоксикации почвы — чернозема выщелоченного.
Рекомендации.
Проведенные исследования позволяют рекомендовать для снижения экологического риска загрязнения почв Pb внесение цеолитсодержащей породы Тер-бунского цеолита на черноземе выщелоченном при посеве масличных культур (рапса ярового) 3 т/га как на фоне удобрений (NPK)60, так и без их применения.
Авторы выражают благодарность РФФИ за поддержку настоящей работы (грант 11-04-97559 рцентра).
Литература
1. Минеев В. Г. и др. Биологическое земледелие и минеральные удобрения. М. : Колос, 1993. 453с.
2. Мотылева С. М., Леоничева Е. В., Роева Т. А., Мертвищева М. Е., Гулидова В. А., Щучка Р. В., Дубровина О. А., Меренкова Ю. В. Физико-химические свойства цеолитсодержащей породы Тербунского месторождения (Липецкая область) // Аграрный вестник Урала. 2012. № 2. С. 24-26.
3. Цицишвили Г. В. Природные цеолиты. М. : Химия, 1985. 224 с.
4. Цеолит природный и синтетический. Применение цеолита. URL : http://www.promc.ru/zeolite/index.php.
5. Motyleva S. M., Kuznetsov M. N., Leontieva L. I. SSI All Russian Research Institute of Horticultural Breeding, Orel, Russia). Physical and Chemical Characteristics of Zeolite from Khotynetz Deposit (Orel Region). Zeolites : Synthesis, Chemistry and Applications, Series : Materials Science and Technologies, Chemical Engineering Methods and Technology. 2012, August. Chapter. P. 285-294. URL : www.novapublishers.com.
сорбция ионов свинца из чернозема выщелоченного. Результаты изменения концентрации подвижных форм свинца и кадмия в почве агроэкологиче-ского опыта представлены в табл. 2. Установлено, что внесение нанопористого природного минерала Тербунского месторождения в почву в дозе 3 т/га и N P60 K + 3 т/га эффективно, при этом в среднем в 2,3 и в 1,5 раза больше фиксируется свинца, чем в контроле. Внесение цеолита в дозе 5 т/га менее эффективно. Содержание подвижных форм кадмия несущественно изменяется в вариантах опыта, что согласуется с лабораторными опытами.
Экология
