CC BY
84
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 624.131:631.82
ХВАЛЫНСКИЕ ГЛИНЫ ПРИКАСПИЯ И ИХ ВОЗМОЖНОСТИ KHVALYNSK CLAY CASPIAN AND OPPORTUNITIES
В.И. Пындак1, доктор технических наук, профессор Е.А. Литвинов1, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.Е. Новиков2,3, кандидат технических наук А.С. Межевова1, аспирант
V.I. Pyndak, E.A. Litvinova, A.E. Novikov, A.S. Mezhevova
волгоградский государственный аграрный университет 2Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия, г. Волгоград 3Волгоградский государственный технический университет
1 Volgograd state agricultural university 2All-Russian Research Institute irrigated agriculture 3Volgograd state technical university
Хвалынские глины отложились на дне бывшего Хвалынского (Каспийского) моря. Их толщина варьируется в диапазоне 1-5 м, местами до 25 м. Основу хвалынских глин составляют: кремнезём SiO2, глинозём Al2O3 и карбонат кальция CaCO3. Глины содержат также гумус (1,52,5 %), органический углерод (0,5-1,0 %), другие минералы, обменные катионы, водорастворимые соли. По углероду глины находятся на уровне распаханных светло-каштановых почв. Природная влажность глин в среднем составляет 27 %. Важная особенность глин - их высокие сорбционные (адсорбционные) свойства, по этому показателю глины относятся к мелиорантам. Глины обладают определённой радиационной активностью - содержат изотопы: калий-40, радон-226 и торий-232; превалирует калий-40. Активность радионуклидов зависит от концентрации в глинах дисперсной фракции, которая достигает 85 %. Названные свойства хвалынских глин позволяют их использовать в качестве удобрений-мелиорантов - самостоятельно или в составе композиций. Глины целесообразно вносить в приповерхностный горизонт - для возрождения заброшенных и деградированных земель, при возделывании технических и кормовых культур.
Khvalynsk clay deposited at the bottom of the former Khvalynsk (Caspian) sea. Their thickness varies in the range of 1-5 m, in some places up to 25 m. The basis Khvalynian clays are: silica SiO2, A12O3 and alumina, calcium carbonate, CaCO3. Clays also contain humus (1,5-2,5 %), the organic carbon (0,5-1,0 %), and other minerals, the exchangeable cations, water-soluble salts. Carbon clay are at the level of cultivated light-brown soils. Natural clay humidity averages 27 %. An important feature of clay - their high sorption (ad-sorption) properties of clay for this indicator are ameliorants. Clays have specific radiation activity - contain isotopes: potassium-40, radon-226 and thorium-232; prevails potassium-40. The activity of the radionuclides, depend on the concentration of a dispersed clay fraction which is 85 %. The above properties of clays Khvalynian allow them to be used as a fertilizer-ameliorants - alone or as part of compositions. Clay desira-bility but bring into the surface horizon - for the revival of abandoned and degraded lands, the cultivation of industrial and fodder crops.
Ключевые слова: хвалынские глины, кремнезём, глинозём, углерод, сорбция, радиационная активность, удобрение, мелиорант.
Key words: Khvalynsk clay, silica, alumina, carbon adsorption, radiation activity, fertilizer, meliorant.
Введение. Г еологическая история Прикаспийской низменности - это развитие и формирование Каспийского моря, изменение его водного режима [3, 7]. Под влиянием сложных геологических, геоэкологических и гидрогеологических процессов уровень Каспия (Хвалынского моря) подвергался значительным колебаниям, происходили неоднократные трансгрессии моря. В четвертичном периоде была самая большая хвалын-ская трансгрессия, при которой отложились толщи хвалынских («шоколадных») глин.
64
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Толщина пласта из этих глин варьируется в диапазоне 1-5 м, местами до 25 м. Г лины залегают на разнообразных глубинах - вплоть до 15 м от дневной поверхности; в ряде мест Астраханской области вскрываются в естественных отложениях или находятся на глубине всего 15 - 25 см.
Кроме хвалынских глин, в Нижнем Поволжье встречаются и майкопские глины. По данным ряда источников, в том числе [7, 8, 9], хвалынские глины занимают около 40 %, а майкопские глины - 5 % Нижневолжского региона. Состав и физические свойства обоих типов глин близки [9], поэтому в дальнейшем рассматриваются только хва-лынские глины - ввиду ограниченного распространения майкопских глин.
Материалы и методы. Определение влажности и плотности глин проводилось термостатно-весовым и пикнометрическим методами. Определение общего углерода проводилось по методу И.В. Тюрина. Изучения физико-механических свойств глин, их радиоактивности, сорбционных свойств, а также других показателей выполнялись в соответствии с методиками, изложенными, например в [1, 2].
Результаты и обсуждение. По содержанию основных минералов (кремнезём SiO2, глинозём Al2O3 и карбонат кальция CaCO3) - табл. 1 - хвалынские глины находятся на уровне цеолитсодержащих пород, которые рекомендуются для использования в сельском хозяйстве в качестве нетрадиционных комплексных удобрений и мелиорантов. Но в отличие от цеолитов глины содержат гумус (1,5-2,5 %) и органический углерод (0,5-1,0 %).
Таблица 1 - Минеральный и химический состав хвалынских глин
Наименование минералов и сопутствующих показателей Значение показателей
pH 7,6-8,0
Кремнезём SiO2, % до 60
Глинозём Al2O3, % 20-30
Карбонат кальция CaCO3, % до 10
Полевой шпат, % до 30
Кварц, % 9-70
Доломит, % до 2
Гумус, % 1,5-2,5
Органический углерод, % 0,5-1,0
Обменные катионы Na+, Ca2+, Mg2+
Водорастворимые соли NaCl, MgSO4, NaSO4, CaSO4
Как известно [12, 5], органический углерод - это важнейший показатель почв сельскохозяйственного назначения, основной источник жизнедеятельности корневой системы растений и почвенной биоты. В распаханных светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья (проверяли на окультуренных почвах УНПЦ «Горная поляна») количество органического углерода находится в диапазоне 0,58-0,77 % - нижнее значение в горизонте 30-40 см, верхнее значение - на глубине до 20 см [12]. На целинных землях органического углерода несколько больше.
В случае внесения в почву хвалынские глины не только восполняют дефицит органического углерода, но и стабилизируют соотношение в почве углерода и азота C/N.
Физические свойства глин (таблица 2) свидетельствуют, что среднее значение природной влажности W глин составляет 27 %, а влажность предела текучести Wl=50 %. В соответствии с ГОСТ 25100-95, глины относятся к сильнонабухающим грунтам. В связи с этим, глины являются хорошим водоупором и способствуют подъёму уровня грунтовых вод [8].
65
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Плотность глин р = 1,84 г/см3 (среднее значение) при коэффициенте пористости e = 0,86 (таблица 2). По сравнению с почвой, глины переуплотнены (приемлемая плотность почвы в приповерхностном горизонте р = 1,10 - 1,30 г/см3). При перемещении глины на дневную поверхность её плотность должна снижаться. Среднее значение относительного набухания глины (без нагрузки) esw = 0,46.
Таблица 2 - Физические свойства хвалынских глин
Статические характеристики Природная влажность W, % Влажность предела текучести Wr, % Влажность предела раскатывания Wp, % Число пластичности Ip, % Коэффициент пористости, e ГО £ о < Л Н О О X н о ч С Относительное набухание ssw Давление набухания Psw, МПа Удельная ра активность, дио- Бк/кг
Калий-40 Радон-226 Торий-232
Пределы колебаний 18-39 41- 63 15- 31 18-31 0,67- 1,12 1,7- 2,0 0,39- 1,53 0,04- 0,25 629,4 54,6 32,9
Среднее значение 27 50 25 24 0,86 1,84 0,46 0,13
Стандартное отклонение 0,05 0,07 0,04 0,04 0,1 0,09 0,03 0,05
Дисперсия 0,003 0,005 0,002 0,002 0,01 0,008 0,001 0,0003
Коэффициент вариации 0,19 0,14 0,16 0,17 0,12 0,05 0,07 0,38
Важная особенность хвалынских глин - их высокие сорбционные (адсорбционные) свойства. Это означает, что глины способны аккумулировать и удерживать влагу. При любых вариантах залегания сохраняется природная влажность W глин в названном диапазоне (18-39 %). При перемещении глин в приповерхностный почвенный горизонт влажность сохраняется. В связи с этим, хвалынские глины можно трактовать как мелиоранты.
Хвалынские глины обладают определённой радиационной активностью (таблица
2), в них содержатся изотопы: калий-40, радон-226 и торий-232. Радон - это газ, и он улетучивается при «добыче» глины, а калий-40 предопределяет повышенную удельную активность глин.
Считается [9], что это обусловлено сорбционной способностью данных глин, которые аккумулируют также и изотопы. Активность радионуклидов в глинах зависит от концентрации в них дисперсной фракции, которая может достигать запредельной величины - до 85 %.
При показанной удельной активности изотопы не оказывают вредного воздействия на человека и окружающую среду. Более того, в незначительных количествах радиационная активность оказывает стимулирующее влияние на флору и фауну. В.И. Вернадский относил природную радиоактивность к факторам активной жизнедеятельности живой природы.
Газ радон тяжелее воздуха, и он способен накапливаться в низинах - погребах, траншеях, колодцах, глубоких балках и т.п. В этих случаях радон - 226 становится источником повышенной опасности, что следует учитывать в соответствующих технологиях.
Заключение. Описанные особенности и возможности хвалынских глин обусловлены следующими факторами:
1) высокое содержание кремнезёмов SiO2 и глинозёмов Al2O3 (суммарно 8090 %), которые находятся в дисперсном состоянии;
66
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
2) постоянная, природная и относительно стабильная влажность глин (в среднем
27 %);
3) высокие сорбционные (адсорбционные) свойства глин как кремнийсодержащих дисперсных пород;
4) наличие органического углерода (0,5-1,0 %), а также гумуса (1,5-2,5 %);
5) умеренная и благоприятная радиационная активность в основном за счёт наличия изотопов калия-40.
Такие свойства хвалынских глин позволяют их использовать в качестве удобрений-мелиорантов - самостоятельно или в составе композиции, включающих природные агроруды на основе кремнезёмов и глинозёмов [4, 11, 6, 10], а также традиционные минеральные удобрения, действие которых будет усиливаться.
Глины целесообразно вносить для возрождения заброшенных и деградированных земель в засушливых регионах Прикаспия и при возделывании технических и кормовых культур. Глины и композиции на их основе желательно заделывать в приповерхностный горизонт посредством, например, тяжёлых дисковых борон (БДТ).
Прогрессирующая деградация земельного фонда требует нестандартных решений.
Библиографический список
1. Агрохимические методы исследования почв [Текст]. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
2. Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почв [Текст]/ А.Ф. Вадю-нина, З.А. Корчагина. - М.: Агропромиздат, 1986. - 416 с.
3. Евдокимова, Т.И. Почвенно-мелиоративные исследования Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги [Текст]/ Т.И. Евдокимова, К.И. Корнеева, С.А. Владыченский. - М.: Изд-во МГУ, 1958. - 158 с.
4. Ишкаев, Т.Х. Агроэкологические аспекты комплексного использования сырьевых ресурсов и нетрадиционных агроруд в сельском хозяйстве [Текст]/ Т.Х. Ишкаев, Ш.А. Алиев, И.А. Яппаров. - Казань: Центр инновац. технологий, 2007. - 231 с.
5. Особенности почвенного покрова Волгоградской агломерации [Текст]/ А.А. Околе-лова, В.Ф. Желтобрюхов, Г.С. Егорова [и др.]. - Волгоград: ВолГАУ, 2014. - 224 с.
6. Проблемы и перспективы выращивания технических культур в засушливых условиях Заволжья [Текст]/ В.П. Зволинский, В.И. Пындак, Н.В. Тютюма, А.Е. Новиков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014. - №4(36). - C. 178-180.
7. Пындак, В.И. Геоэкологические особенности почв и водных ресурсов Нижнего Поволжья [Текст]/ В.И. Пындак // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - № 1(29). - С. 163-169.
8. Пындак, В.И. Особенности геолого-почвенных условий развития орошения в Нижнем Поволжье [Текст]/ В.И. Пындак, В.Ф. Лобойко // Мелиорация и водное хозяйство. - 2008. -№ 5. - С. 41-42.
9. Пындак, В.И. Геоэкологические проблемы строительства на хвалынских и майкопских глинах Нижнего Поволжья [Текст]/ В.И. Пындак, М.В. Трохимчук // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2005. - № 2. - С. 148-152.
10. Пындак, В.И. Природные мелиоранты на основе кремнезёмов и глинозёмов [Текст]/ В.И. Пындак, А.Е. Новиков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2015. - № 2 (38). - C. 73-76.
11. Удобрение-мелиорант: пат. № 2529705 РФ, МПК C05D 11/00. / В.И. Пындак, А.Е. Новиков; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный аграрный университет. - № 2013115183/13, заявл. 04.04.2013; опубл. 27.09.2014. Бюл. № 27.
12. Химические свойства почв УНПЦ «Горная поляна» [Текст]/ А.А. Околелова, Г.С. Егорова, В.Ф. Желтобрюхов, Н.А. Рахимова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2015. - № 2. - С. 69-72.
67
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Literature list:
1. Agrochemical research methods of soil [Text]. - М.: Science, 1975. -656 p.
2. Vadyunina, A.F. Methods of study of the physical properties of soils [Text]/ A.F. Vadyuni-na, Z.A. Korchagina. - М.: Agropromizdat, 1986. -416 p.
3. Evdokimova, T.I. Soil-reclamation study Volga-Akhtuba floodplain and the Volga delta [Text]/ T.I. Evdokimova, K.I. Korneeva, S.A. Vladychenskiy. - М.: Publishing House MSU, 1958. -158 p.
4. Ishkaev, T.H. Agri-environmental aspects of the integrated use of raw materials and nontraditional agriculture agroores [Text]/ T.H. Ishkaev, Sh.A. Aliev, I.A. Yapparov. - Kazan: Center for Innovation technology, 2007. -231 p.
5. Features of soil Volgograd agglomeration [Text]/ А.А. Okolelova, V.F. Zheltobryukhov, G.S. Egorova [and etc.]. - City of Volgograd: VolSAU, 2014. -224 p.
6. Problems and prospects of cultivation of industrial crops in the arid conditions over Volga Region [Text]/ V.P. Зволинский, V.I. Pyndak, N.V. Tyutyuma, А.Е. Novikov // News Nizhnevolzhskiy agricultural university complex: of Science and Higher Vocational Education. - 2014. - №4(36). - P. 178-180.
7. Pyndak, V.I. Environmental features of soil and water resources of the Lower Volga region [Text]/ V.I. Pyndak // News Nizhnevolzhskiy agricultural university complex: of Science and Higher Vocational Education . - 2013. - № 1 (29). - P. 163-169.
8. Pyndak, V.I. Features of geological and soil conditions for the development of irrigation in the Lower Volga [Text]/ V.I. Pyndak, V.F. Loboyko // Irrigation and Water Management. - 2008. - №
5. - P. 41-42.
9. Pyndak, V.I. Environmental problems in the construction on Khvalynian and Maikop clays of the Lower Volga [Text]/ V.I. Pyndak, M.V. Trokhimchuk // Geoecology. Engineering geology. Hydrogeology. Geocryology. - 2005. - № 2. - P. 148-152.
10. Pyndak, V.I. Natural melioranty based on silica and alumina [Text]/ V.I. Pyndak, А.Е. Novikov // News Nizhnevolzhskiy agricultural university complex: of Science and Higher Vocational Education. - 2015. - № 2(38). - P. 73-76.
11. Fertilizer-meliorant [Text] : pat. № 2529705 RF, IPC C05D 11/00. / В.И. Pyndak, А.Е. Novikov; The applicant and the patent holder FSBEI HPE Volgograd State Agricultural University. -№ 2013115183/13, stated 04.04.2013; published 27.09.2014. Bull. № 27.
12. The chemical properties of soils ERPC «Gornaya Polyana» [Text]/ А.А. Okolelova, G.S. Egorova, V.F. Zheltobryukhov, N.A. Rahimova // News Nizhnevolzhsky agricultural university complex: of Science and Higher Vocational Education. - 2015. - № 2 (38). - P. 69-72.
УДК 633.4.634.93
E-mail: sport2@vlpost.ru
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОГО ЛЕСОАГРАРНОГО ОСВОЕНИЯ ПРИДОНСКИХ ПЕСКОВ
THEORETICAL BASES AND TECHNOLOGIES OF ADAPTIVE DEVELOPMENT OF SAND OF THE RIVER DON FOR CULTIVATION OF FOREST AND AGRARIAN CULTURES
А.К. Кулик1 \ кандидат сельскохозяйственных наук
А.В. Вдовенко2, кандидат сельскохозяйственных наук
A.K. Kulik, A.V. Vdovenko
всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт, г. Волгоград 2Волгоградский государственный аграрный университет
1All-Russia Scientific Research Institute of Agro-forestry Reclamation 2Volgograd State Agrarian University
Степная зона Российской Федерации обеспечивается пресной водой рек Дона и Волги. Однако идущие с севера водные потоки в значительной степени загрязнены. Их опреснение является важной проблемой. Предметом исследования авторов являются песчаные земли р. Дон как
68
