CC BY
30АГРОХИМОБСЛУЖИВАНИЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В КАЧЕСТВЕ ИЗВЕСТКОВЫХ УДОБРЕНИЙ
И.А. Шильников, д.с.-х.н., Н.И. Аканова, д.с.-х.н., Н.А. Зеленов, М.Г. Маренкова, ВНИИА
Известкование является основным средством оптимизации реакции среды в почве. Устранение избыточной кислотности повышает плодородие почв, эффективность применения минеральных удобрений и улучшает экологическую обстановку. Площади почв с избыточной кислотностью в Российской Федерации наибольшие в мире. В то же время известкование почв 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. На основании нашей методики [1] разработан прогноз изменения кислотности почв. Из него следует, что площадь кислых почв к 2010 г. увеличится на 16,4 млн га; площадь почв, нуждающихся в первоочередном известковании (рН=5,0 и меньше) возрастет на 9,3 млн га и составит более трети всей пашни (табл. 1).
Металлургические шлаки, являясь силикатной формой известкового удобрения, содержат комплекс необходимых для растений питательных макро- и микроэлементов, что усиливает их положительное влияние на урожай растений. Результаты длительного полевого опыта ВИУА показали, что в течение 30 лет положительное действие металлургического шлака на урожай сельскохозяйственных культур было выше, чем известняковой муки (табл. 2).
2. Влияние форм известковых удобрений на продуктивность _севооборота, ц з.е./га, по годам опытов_
Вариант опыта 1968-1976 1977-1983 1984-1990 1991-1998
Без извести 44,4 30,0 37,4 30,9
Извес.мука 44,2 36,0 40,1 33,8
Мет. шлак 5,6 37,9 41,5 36,0
НСР05 4,2 3,8 2,6 2,7
Важной характеристикой, определяющей эффективность агротехнического приема, является окупаемость затраченных средств сельскохозяйственной продукцией, так как она позволяет даже в наше время быстроменяющихся цен оперативно определить на конкретный момент времени экономическую эффективность интересующего нас приема. Рентабельность применения 1 т активнодействующего вещества металлургического шлака составила 14,5 т зерновых единиц, а известняковой муки - 10,1 т з.е. [7]. Высокий агрономический эффект при известковании почв отмечен в исследованиях УралНИИЧМ и других научных учреждений страны [8-11], (табл. 3). В целом, обобщая весь полученный экспериментальный материал и результаты внедрения шлаков в условиях производства, можно констатировать, что это одна из лучших форм известковых удобрений. Все дело состоит в том, чтобы эти отходы превращать в известковые удобрения с наиболее благоприятными для потребителей свойствами.
Средневзвешенный показатель рН 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.
Ушачев и Югай приводят данные о наличии в настоящее время 70 млн га сельскохозяйственных угодий, имеющих повышенную кислотность, в том числе 30-35 млн га сильно- и среднекислых. По их расчетам для нормализации реакции среды в почве потребуется более 140 лет, а на текущее пятилетие предусматривается известкование на площади немного более 1 млн га [2].
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 известьсодер-жащих отходов промышленности позволяет в среднем на 40% снизить затраты на химическую мелиорацию.
Среди известьсодержащих отходов имеется ряд форм достаточно широко исследованных, таких как сланцевая зола и цементная пыль. Их высокая эффективность и экологическая безопасность многократно подтверждены [3-6]. В то же время отличающиеся наибольшим количеством ценных компонентов металлургические шлаки исследованы в меньшей степени, хотя их запасы составляют сотни миллионов тонн и ежегодно увеличиваются на 2 млн т, вывезенных в отвалы.
1. Прогноз структуры кислотности пахотных почв на 2010 г.
Исходная (2003 г.) Через 7 лет (2010 г.)
Группа почв по рН млн га % млн га | %
5,6-6,0 24,0 40,9 7,2 12,3
5,1-5,5 22,5 38,2 30,0 51,2
4,6-5,0 9,5 16,2 17,1 29,2
4,5 и менее 2,7 4,6 4,4 7,3
Всего 58,7 58,7
в т.ч. с рН=5,5 и менее 34,7 59,2 51,2 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
3. Действие шлаков на урожай сельскохозяйственных культур, ц/га
Прибавка урожая от
а & Урожай без известня- шлаков
Л извест- фер- электро- мартеновских
£ кования муки росп-лав-ных сталепла вильных молотых грану-лиро-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 - -
Горох/овес (з/м) 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 последействия их однократного внесения в полной
дозе, определяемой гидролитической кислотностью почвы. Эти экспериментальные данные свидетельствуют о том, что действие металлургического шлака на кислотность почвы было слабее, чем известняковой и доломитовой муки. Повышение рН 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 рН почвы (примерно на 0,5; рис.).
Благодаря алюмосиликатной части шлаков могут улучшаться физические и физико-химические свойства почв, особенно песчаных и супесчаных, может увеличиваться коллоидная часть почв, повышаться емкость поглощения, возрастать ее связность и влагоемкость. Обогащение почвы коллоидальной 8Ю2 в результате внесения силикатных известковых удобрений приводит к увеличению отношения 8Ю2:К203 в поглощающем комплексе, что уменьшает активность полуторных окислов почвы, которые, в особенности ионы алюминия, могут оказывать непосредственное вредное влияние на развитие растений, а также сильно закрепляют 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, так как при применении силикатов в почве образуются алюмосиликаты, обладающие меньшей растворимостью, чем гидрат окиси алюминия, получающийся при внесении Са(0Н)2. С увеличением отношения 8Ю2:К203 в поглощающем комплексе повышается подвижность имеющейся в почве фосфорной кислоты, уменьшается поглощение Р205, вносимой с удобрениями, и увеличивается доступность ее растениям.
—■— Известняковая мука по 1 г.к —■—Доломитовая мука по 1 г.к. д Металлургический шлак по 1 г.к. А Контроль
Рис. Влияние различных форм химических мелиорантов на динамику кислотности почвы
Поэтому весьма перспективно создание на основе металлургического шлака известково-фосфорного удобрения путем введения в его состав дешевых фосфоритов. При этом себестоимость единицы пятиокиси фосфора 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 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/100г) и создавая более сбалансированные по магний-катионному составу соотношения Са:М^ и Mg:K. При внесении шлака повышались содержание и вынос магния урожаями сельскохозяйственных культур. Исследование коэффициентов усвоения магния шлака растениями выявило постепенное и 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. Никакие магниевые специальные удобрения сейчас не выпускаются, и в ближайшей перспективе их не будет, а 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 способность и растворимость кальция и магния шлаков и минералов со стекловидной структурой выше, чем у кристаллических. Например, нейтрализующая способность мервинита со стекловидной структурой составила 108%, а с кристаллической - 89%; мартеновского шлака стекловидного - 83%, кристаллического -72% [8, 12, 13].
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% лимонной кислоте (характеризующей его доступность для растений) ничтожно мала, так как он находится в виде труднорастворимых 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% пятиокиси фосфора. Первое обобщение результатов полевых опытов с дефекатом в 50-60-х гг. прошлого столетия провела Е.А. Бровкина [14]. Была выявлена его высокая эффективность в свекловичных севооборотах на черноземах оподзо-ленных и выщелоченных, поглощающий комплекс которых не насыщен основаниями. Одновременно Е.А. Бровкина разработала критерии нуждаемости ненасыщенных основаниями
черноземов в известковании. В последние годы появился ряд исследований, свидетельствующих о положительном влиянии дефеката на урожайность растений на обыкновенном черноземе, по существующим критериям не нуждающемся в известковании. Так, в полевом опыте, проведенном Супрун С.В. [15] в Воронежской области на среднемощном среднегумус-ном тяжелосуглинистом обыкновенном черноземе, дефекат повышал как урожай корнеплодов сахарной свеклы, так и содержание сахара в них (табл. 4).
В полевом опыте на обыкновенном черноземе Саратовской области с ячменем [16] также вполне отчетливо проявилось положительное действие дефеката на урожай (табл. 5).
4. Влияние дефеката на урожай корнеплодов сахарной свеклы и сбор сахара на обыкновенном черноземе
Варианты Урожаи, т/га Сахар
содержание, % сбор, т/га сбор (относительные числа), %
1 .Без удобрений 47,7 12,4 5,91 100,0
2.NPK 51,1 13,8 7,05 119,3
3.Навоз+ NPK 52,6 12,7 6,70 113,4
4. NPK+дефекат 52,2 14,7 7,67 129,8
5. Навоз+ NPK+дефекат 55,4 13,4 7,42 125,5
HCP05 1,1-3,4
5. Влияние дефеката на урожай ячменя (т/га) на обыкновенном черноземе Саратовской области в 2001-2003 гг.
Варианты
2001 2002 2003 Среднее
Без удобрений 1,69 0,92 1,25 1,29
Дефекат 1,0 г.к. 1,91 1,05 1,54 1,50
Дефекат 1,5 г.к. 2,34 1,13 1,76 1,74
Дефекат 2,0 г.к. 2,50 1,29 2,22 2,00
N40P70K60 2,71 1,34 2,41 2,15
N40P70K60+дефекат 1,0 г.к. 2,83 1,51 2,57 2,30
N40P70K60+дефекат 1,5 г.к. 2,96 1,59 2,68 2,41
N40P70K60+дефекат 2,0 г.к. 3,12 1,71 2,84 2,56
HCP0.5 0,08 0,09 0,14
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 [17].
Для всесторонней агрономической, экономической и экологической оценки отходов промышленности в качестве из-
вестковых удобрений необходима комплексная программа исследований, выполнение которой может быть осуществлено учеными в области агрохимии с обязательным привлечением специалистов других профессий (экономистов, металлургов, экологов, работников медицины, технологов применения известковых материалов в земледелии). 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. Шильников И.А., Аканова Н.И., Баринов В.Н. Методика прогнозирования кислотности почв и расчета баланса кальция в земледелии Нечерноземья Российской Федерации. - М., 1999, 22 с. 2. Ушачев И., Югай А. Сельскохозяйственные угодья России: состояние, проблемы, пути решения. - "АПК: экономика, управление", 2008, №10, С.12-18 3. Корнилов М.Ф., Благовидов Н.Л. Известкование почв СевероЗападной зоны Нечерноземной полосы СССР. - Л., 1955, 215 с. 4. Корнилов М.Ф., Небольсин А.Н., Семенов В.А. Известкование кислых почв Нечерноземной полосы СССР. - Л., 1971, 251 с. 5. Турбас Э.М., Хийс В. Результаты полевых опытов по сравнению эффективности известковых удобрений на различных фонах. В кн. "Вопросы известкования кислых почв" - Горки, 1973, С.135-139. 6. Алямовский Н.И. Известковые удобрения СССР. - М., 1966, 278 с. 7. Аканова Н.И. Агроэкологическая и энергетическая эффективность сочетания известкования с минеральными удобрениями. Автореф. докт. дисс. -М., 2001, 36 с. 8. Васильева С.Н. Эффективность металлургических шлаков в качестве известковых удобрений в зависимости от химического, гранулометрического и минералогического составов. Автореф. канд. дисс. - М., 1975, 25 с. 9. Андриамалаза Сахундра. Применение конверторного высокофосфатного шлака на дерново-подзолистых почвах и его влияние на поведение тяжелых металлов. Автореф. канд. дисс. - М., 1993, 23 с. 10. Кузьмич М.А. Агроэкологическое обоснование применения нетрадиционных химических мелиорантов в земледелии России. Автореф. докт. дисс. - М., 2004, 46 с. 11. Култышев
B.П. Применение металлургических шлаков в качестве известковых удобрений на почвах Удмуртской АССР. Автореф. канд. дисс. -Пермь, 1972, 18 с. 12. Шильников И.А., Васильева С.Н. Эффективность металлургических шлаков как известковых удобрений в зависимости от их структуры. "Агрохимия", 1974, №°9, с. 86-94 13. Шиль-ников И.А., Лебедева Л.А. Известкование почв. - М.,1987,178 с. 14. Бровкина Е.А. Известкование почв дефекационной грязью. "Сахарная свекла", 1956, №4, с. 15-18 15. Супрун С.В. Влияние антропогенных факторов на плодородие почвы, урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы. Автореф. канд. дисс. - М., 2008, 25 с. 16. Пенкина
C.В. Влияние мелиорантов и минеральных удобрений на продуктивность ярового ячменя на черноземе обыкновенном Саратовского Правобережья. Автореф. канд. дисс. - Саратов, 2004, 20 с. 17. Осадок фильтрационный. Технические условия. ТУ 9112-005-00008064-95. -М., 1995, 15 с.
USE OF INDUSTRIAL WASTE AS LIME FERTILIZER
I.A. Shil'nikov, N.I. Akanova, N.A. Zelenov, M. G. Marenkova D.N. Pryanishnikov All-Russian Scientific Research Institute of Agrochemistry, ul Pryanishnikova 31a, Moscow, 127550 Russia
