Научная статья на тему 'Экологически безопасные и энерго-ресурсосберегающие приемы известкования почв в земледелии'

Экологически безопасные и энерго-ресурсосберегающие приемы известкования почв в земледелии Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
146
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОЧВА / КИСЛОТНОСТЬ / ИЗВЕСТКОВАНИЕ / ДЕФЕКАТ / МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ШЛАКИ / SOIL / ACIDITY / SOIL LIMING / DEFECATE / METALLURGICAL SLAGS

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Шильников И. А., Гришин Г. Е., Зеленов Н. А., Аканова Н. И., Курносова Е. В.

Изложены агроэкологические аспекты применения в сельскохозяйственном производстве известьсодержащих отходов промышленности в качестве химических мелиорантов. Использование металлургических шлаков обусловило снижение всех форм кислотности, улучшение питательного режима почв, а также повысило содержание кальция, магния, фосфора в почве.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Шильников И. А., Гришин Г. Е., Зеленов Н. А., Аканова Н. И., Курносова Е. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ECOLOGICAL SAFE, ENERGY AND RESOURCE RESERVING METHODS OF SOIL LIMING IN FARMING

Agroecological aspects of application in agricultural production of lime containing waste products as chemical meliorants are given. The application of metallurgical slags stipulates the cowering of all forms of acidity, improvement of nutritive regime of soils, as well as raised the content of calcium, magnesium, phosphorus in the soil.

Текст научной работы на тему «Экологически безопасные и энерго-ресурсосберегающие приемы известкования почв в земледелии»

УДК 631.81:631.813

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ И ЭНЕРГО-РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ПРИЕМЫ ИЗВЕСТКОВАНИЯ ПОЧВ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ

И. А. Шильников, доктор с.-х. наук, профессор;

Г. Е. Гришин*, доктор с.-х. наук, профессор; Н. А. Зеленое, канд. с.-х. наук;

Н. И. Аканова, доктор биол. наук, профессор; Е. В. Курносова*, канд. с.-х. наук ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова, г. Москва, т. 8-495-976-37-50 *ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 8-8412-628-571

Изложены агроэкологические аспекты применения в сельскохозяйственном производстве известьсодержащих отходов промышленности в качестве химических мелиорантов. Использование металлургических шлаков обусловило снижение всех форм кислотности, улучшение питательного режима почв, а также повысило содержание кальция, магния, фосфора в почве.

Ключевые слова: почва, кислотность, известкование, дефекат, металлургические шлаки.

Площади почв с избыточной кислотностью в Российской Федерации наибольшие в мире. В то же время известкование проводится в ничтожных масштабах (300...350 тыс. га в год при необходимых 7.8 млн. га), вследствие чего сложился отрицательный баланс кальция, при котором компенсируется лишь 6.7 % потерь оснований из корнеобитаемого слоя почв.

Известкование является основным средством оптимизации реакции среды в почве. Устранение избыточной кислотности повышает плодородие почв, эффективность применения минеральных удобрений и улучшает экологическую обстановку. На основании нашей методики [10] разработан прогноз изменения кислотности почв. Из него следует, что площадь кислых почв к 2010 году увеличится на 16,4 млн. га; площадь почв, нуждающихся в первоочередном известковании (pH 5,0 и меньше), возрастет на 9,3 млн. га и составит более трети всей пашни (табл. 1).

Таблица 1

Прогноз кислотности пахотных почв на 2010 год

Средневзвешенный показатель pH пахотных почв уменьшится на 0,24 и составит 5,14; среднегодовое изменение показателя активной кислотности в сторону снижения составит 0,034, что согласуется с данными многолетних полевых опытов (табл. 2).

Таблица 2 Изменение средневзвешенного показателя pH пахотных почв в зоне известкования с 2003 по 2010 годы

Средневзвешенный показатель pH Изменение средневзвешенного показателя pH

2003 год 2010 год за 7 лет за 1 год

5,38 5,14 0,24 0,034

В условиях возрастания стоимости удобрений и затрат на их применение важнейшей проблемой стала разработка наиболее рациональных и эффективных приемов применения минеральных и известковых удобрений, обеспечивающих максимальную окупаемость их сельскохозяйственной продукцией. Особенно актуально это для Нечерноземной зоны России, где преобладают почвы с низким естественным плодородием и складывается резко отрицательный баланс питательных веществ и, как следствие, рост площадей с избыточной кислотностью.

В Российской Федерации основными являются карбонатные формы известковых удобрений, полученные путем размола твердых карбонатных пород (известняков и доломитов), либо их прямой добычи, требующей иногда последующего просеивания (рыхлые мергели, туф, гажа, мел и др.).

Группа почв по pH 2003 год 2010 год

млн. га % млн. га %

,0 6, ,6 Ю 24,0 40,9 7,2 12,3

5, 5 22,5 38,2 30,0 51,2

,0 5, ,6 9,5 16,3 17,1 29,2

4,5 и менее 2,7 4,6 4,4 7,3

Всего 58,7 100 58,7 100

в т. ч. с рН=5,5 и менее 34,7 59,1 51,5 87,7

5,0 и менее 12,2 20,9 21,5 36,6

4,5 и менее 2,7 4,6 4,4 7,5

40 Агрономия

В современных условиях, когда затраты на известкование 1 гектара пылевидной известняковой мукой достигают 10 тыс. руб., высокая стоимость этого мероприятия является главной причиной ничтожных темпов химической мелиорации почв. Применение же высокоэффективных известьсодержащих отходов промышленности позволяет в среднем на 40 % снизить затраты на химическую мелиорацию.

Среди известьсодержащих отходов имеется ряд форм достаточно широко исследованных, такие как сланцевая зола и цементная пыль. Их высокая эффективность и экологическая безопасность многократно подтверждены [1, 8]. В то же время отличающиеся наибольшим количеством ценных компонентов металлургические шлаки исследованы в меньшей степени, хотя их запасы, вывезенные в отвалы, составляют сотни миллионов тонн и ежегодно увеличиваются на 2 млн. т.

Металлургические шлаки, являясь силикатной формой известкового удобрения, содержат комплекс необходимых для растений питательных макро- и микроэлементов. Результаты длительного полевого опыта Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова (ВИУА) показали, что в течение 30 лет положительное действие металлургического шлака на урожай сельскохозяйственных культур было выше, чем известняковой муки (табл. 3).

Таблица 3

Влияние форм известковых удобрений на продуктивность севооборота, ц/га зерновых единиц

Вариант опыта 19681976 гг. 19771983 гг. 19841990 гг. 19911998 гг.

_о с5 £ ° дж ® о рр О ^ а к са а Ю и р 1= .о с5 дж &. о рр О ^ а к са а Ю и р 1= .о с5 дж &. о рр О ^ а к са а Ю и р 1= .о с5 гс ° дж рр О ^ а к са а Ю и р 1=

Без извести 44,4 - 30,0 - 37,4 - 30,9 -

Извест- няковая мука 44,2 - 36,0 6,0 40,1 2,7 33,8 2,9

Металлур- гический шлак 45,6 1,2 37,9 7,9 41,5 4,1 36,0 5,1

Высокий агрономический эффект при известковании почв металлургическими шлаками отмечен в исследованиях УралНИ-ИЧМ и других научных учреждений страны

[3,5]. Обобщая полученный экспериментальный материал и результаты внедрения шлаков в условиях производства, можно констатировать, что это одна из лучших форм известковых удобрений и необходимо эти отходы использовать в качестве известковых удобрений с наиболее благоприятными для потребителей свойствами.

Таблица 4

Действие шлаков на урожай сельскохозяйственных культур, ц/га

Культура Урожай без известкования Прибавка урожая от известняковой муки Прибавка урожая от внесения шлаков

ферросплавных -е л а § 1 Ё § е л э мартеновских

молотых гранулиро- ванных

Ячмень 15,0 2,8 3,2 2,1 2,6 1,6

Пшеница 16,0 3,2 4,1 4,0 2,5 1,8

Клевер (сено) 25,0 11,6 13,2 12,0 11,6 10,0

Кукуруза 283 37 - 43 - -

Горохо- овсяная смесь (зеленая масса) 124 22 - - 34 18

Металлургические шлаки, в сравнении со стандартными известковыми удобрениями, оказывают специфическое воздействие на почву и растения, что связано с наличием в них кремниевой кислоты в виде силиката кальция. Кроме того, имеют значение и другие составные части шлаков. В полевом опыте прослежена динамика изменения кислотности почвы при известковании разными формами известковых удобрений за 30 лет их последействия при однократном внесении в полной дозе, определяемой гидролитической кислотностью почвы. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что действие металлургического шлака на кислотность почвы было несколько слабее, чем известняковой и доломитовой муки. Повышение pH почвы при применении шлака было в среднем на 0,4.0,6 ниже, чем при применении карбонатных форм известковых удобрений. Продуктивность же сельскохозяйственных культур в первом случае была выше. Следовательно, при известковании металлургическими шлаками можно получать высокую продуктивность растений при более низких, чем рекомендуется, значениях pH почвы (рисунок).

Нива Поволжья № 2 (15) май 2010 41

X

а

о

■Известняковая мука по 1 г. к.

-Металлургический шлак по 1 г. к.

■Контроль

Влияние различных форм химических мелиорантов на динамику кислотности почвы

Благодаря алюмосиликатной части шлаков могут улучшаться физические и физико-химические свойства почв, особенно песчаных и супесчаных, повышаться емкость поглощения, возрастать их связность и влагоемкость.

Обогащение почвы коллоидальной ЭЮ2 в результате внесения силикатных известковых удобрений приводит к увеличению отношения ЗЮ2: Р203 в поглощающем комплексе. Это уменьшает активность полуторных окислов почвы, которые, в особенности ионы алюминия, могут оказывать непосредственное вредное влияние на развитие растений, а также сильно закрепляет находящуюся в почве фосфорную кислоту.

Одна из причин лучшего действия силикатов, по сравнению с другими формами известковых удобрений, состоит в том, что более полно и на более продолжительный срок устраняется вредное действие активного алюминия. При применении силикатов в почве образуются алюмосиликаты, обладающие меньшей растворимостью, чем гидрат окиси алюминия, получающийся при внесении Са (0Н)2. С увеличением отношения Б102: Р203 в поглощающем комплексе повышается подвижность имеющейся в почве фосфорной кислоты, уменьшается поглощение Р205, вносимой с удобрениями, и увеличивается доступность ее растениям.

Поэтому весьма перспективно создание на основе металлургического шлака известково-фосфорного удобрения путем введения в его состав дешевых фосфоритов. При этом себестоимость единицы пя-тиокисифосфора будет в 3-4 раза ниже, чем в производимых сложных удобрениях -нитрофоске, азофоске, аммофоске. Такой

комплексный состав за один прием внесения может на 8-12 лет снимать необходимость в применении как известковых, так и фосфорных удобрений. Добавление калия сделает шлаки универсальным удобрением.

Результаты исследований РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева с мартеновскими и электросталеплавильными шлаками, содержащими 5.12 °% магния, показали, что шлаки оказывали прямое положительное воздействие и длительное последействие на магниевый режим почвы, повышая в ней содержание подвижного магния (на 2.9 мг/100 г) и создавая более сбалансированные по магний-катионному составу соотношения Са: Мд и Мд: К. При внесении шлака повышались содержание и вынос магния урожаями сельскохозяйственных культур. Исследование коэффициентов усвоения магния из шлака растениями выявило длительное его использование.

Применение шлака в качестве магнийсодержащего известкового удобрения экономически более выгодно, чем совместное внесение магниевого удобрения, не обладающего длительным последействием, и извести. Это значение шлака в современных условиях очень актуально, так как почти повсеместно на песчаных и супесчаных почвах обнаружено магниевое голодание растений. Площадь почв, нуждающихся в первоочередном внесении магния, составляет около 7 млн. га.

По данным многолетних исследований установлено, что эффективность металлургических шлаков в качестве известкового удобрения определяется модулем их основности, нейтрализующей способностью, гранулометрическим и минералогическим составами. Нейтрализующая спо-

42 Агрономия

собность и растворимость кальция и магния шлаков и минералов со стекловидной структурой выше, чем у кристаллических. Например, нейтрализующая способность мервинита со стекловидной структурой составляет 108 %, а с кристаллической - 89 %; мартеновского шлака стекловидного -83 %, кристаллического - 72 % [3, 9].

К степени помола шлаков предъявляют более жесткие требования, чем к известняковой и доломитовой муке, так как частицы крупнее 1 мм существенного влияния на агрохимические свойства почвы и урожай сельскохозяйственных культур не оказывают. Исследование эффективности мелких фракций металлургических шлаков (мельче 1,0 мм) показало, что наиболее эффективными были фракции мельче 0,25 мм.

Металлургические шлаки не только увеличивают урожай, но и улучшают качество сельскохозяйственной продукции, повышая содержание в ней кальция, магния, фосфора и белка.

Вероятное негативное влияние металлургических шлаков на почву и растения длительное время связывали с наличием хрома в некоторых из них. Результаты проведенных в последние годы исследований не подтвердили предполагаемых опасений. Токсичного действия хрома шлаков на растения, при котором урожайность снижалась бы на 5.10 %, не установлено. Нет также убедительных данных о накоплении хрома и других тяжелых металлов в растительной продукции при внесении шлаков.

Установлено, что с увеличением содержания в шлаках хрома падает нейтрализующая способность и растворимость кальция и магния. Растворимость хрома в 2 %-ной лимонной кислоте (характеризующей его доступность для растений) ничтожно мала, так как он находится в виде трудно растворимых соединений кальция. Результаты вегетационных и полевых опытов показали, что вследствие слабой растворимости хрома в шлаке и в условиях слабощелочной среды его накопление в растениях не изменялось даже при внесении шлаков с содержанием хрома до 9 %.

Таким образом, значение применения шлаков как высокоэффективного энерго- и ресурсосберегающего фактора актуально и чрезвычайно перспективно. При этом очень важно природоохранное значение применения шлаков , так как не только освобождаются тысячи гектаров земли, занятых отвалами, но и обогащаются почвы кальцием, магнием, фосфором, кремнием и комплексом микроэлементов. Задача состоит в том, чтобы в процессе подготовки

шлаков для их использования в сельском хозяйстве они имели бы наиболее благоприятные показатели по всем свойствам (нейтрализующей способности; гранулометрическому, минералогическому, фазовому и химическому составам).

Ценным известковым удобрением является отход свеклосахарного производства - дефекат, содержащий 45.50 % СаС03, 13.15 % органического вещества, до 0,5 % азота и 0,6 % пятиокисифосфора. Первое обобщение результатов полевых опытов с дефекатом в 50-60-х годах прошлого столетия провела Е. А. Бровкина [2]. Была выявлена его высокая эффективность в свекловичных севооборотах на черноземах оподзоленных и выщелоченных, поглощающий комплекс которых не насыщен основаниями. Одновременно Е. А. Бровкина разработала критерии нуждаемости ненасыщенных основаниями черноземов в известковании. Исследования Гришина Г. Е. и Курносовой Е. В. [4] по действию дефеката на выщелоченных черноземах лесостепи Среднего Поволжья выявили его положительное влияние на урожайность яровой пшеницы и сахарной свеклы в полевом севообороте (табл. 5).

Таблица 5

Продуктивность культур при использовании дефеката

№ Вариант Урожайность, т/га Сбор за 2 года зерн. ед.

яровая пше- ница сахар- ная свекла

1. Контроль (без вариантов) 3,02 18,05 7,71

2. Дефекат 1,5 Нг 3,19 21,03 8,66

3. Дефекат 2,0 Нг 3,45 21,10 8,92

4. Дефекат 2,5 Нг 4,08 19,05 9,03

В последние годы появился ряд исследований, свидетельствующих о положительном влиянии дефеката на урожайность растений на обыкновенном черноземе, по существующим критериям не нуждающемся в известковании. В полевом опыте, проведенном Супрун С. В. [7] в Воронежской области на среднемощном, среднегумус-ном тяжелосуглинистом обыкновенном черноземе, дефекат повышал урожай как корней сахарной свеклы, так и содержание сахара в них.

В полевом опыте на обыкновенном черноземе Саратовской области с ячменем также вполне отчетливо проявилось положительное действие дефеката на урожай [6].

Нива Поволжья № 2 (15) май 2010 43

Приведенные данные свидетельствуют о том, что зона применения дефеката значительно шире, чем предполагалось ранее. Известные нам публикации свидетельствуют также о том, что дефекат является достаточно «чистым» известковым материалом, не загрязняющим почву и растения токсичными элементами, что зафиксировано в технических условиях на это известковое удобрение.

Для всесторонней агрономической, экономической и экологической оценки отходов промышленности в качестве известковых удобрений необходима комплексная программа исследований, выполнение которой может быть осуществлено учеными в области агрохимии с обязательным привлечением специалистов других профессий. Применение высокоэффективных и недорогих известьсодержащих отходов промышленности на площади хотя бы 1 млн. га позволит ежегодно экономить не менее 1,5.1,8 млрд. руб.

Литература

1. Алямовский, Н. И. Известковые удобрения СССР / Н. И. Алямовский. - М., 1966. -278 с.

2. Бровкина, Е. А. Известкование почв дефекационной грязью. / Е. А. Бровкина // Сахарная свекла. - М., 1956. - С. 15-18.

3. Васильева, С. Н. Эффективность металлургических шлаков в качестве известковых удобрений в зависимости от химического, гранулометрического и минералогического составов: автореф. дис. . канд. с.-х. наук / С. Н. Васильева. - М., 1975. - 25 с.

4. Гришин, Г. Е. Совместное использование дефеката и навоза в севообороте / Г. Е. Гришин, Е. В. Курносова // Плодородие. - 2005. - № 3 (24). - С. 26-27.

5. Кузьмич, М. А. Агроэкологическое обоснование применения нетрадиционных химических мелиорантов в земледелии России. Автореф. дис. ... докт. с.-х. наук / М. А. Кузьмич. - М., 2004. - 46 с.

6. Пенкина, С. В. Влияние мелиорантов и минеральных удобрений на продуктивность ярового ячменя на черноземе обыкновенном Саратовского Правобережья: ав-тореф. дис. ... канд. с.-х. наук / С. В. Пен-кина. - Саратов, 2004. - 20 с.

7. Супрун, С. В. Влияние антропогенных факторов на плодородие почвы, урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / С. В. Супрун. - М., 2008. - 25 с.

8. Турбас, Э. М. Результаты полевых опытов по сравнению эффективности известковых удобрений на различных фонах /

Э. М. Турбас, В. Хийс // Вопросы известкования кислых почв. - Горки, 1973. - С. 135139.

9. Шильников, И. А. Эффективность металлургических шлаков как известковых удобрений в зависимости от их структуры. / И. А. Шильников, С. Н. Васильева // Агрохимия. - М., 1974. - С. 86-94.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10. Шильников, И. А. Методика прогнозирования кислотности почв и расчета баланса кальция в земледелии Нечерноземья Российской Федерации / И. А. Шиль-ников, Н. И. Аканова, В. Н. Баринов. - М., 1999. - 22 с.

44 Агрономия

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.