CC BY
55
УДК 631.41
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТОРФЯНОГО МЕЛИОРАНТА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ УГОЛЬНЫХ ОТВАЛОВ
Т.П. АЛЕКСЕЕВА, кандидат химических наук, старший научный сотрудник
Л.Н. СЫСОЕВА, кандидат химических наук, старший научный сотрудник
Т.И. БУРМИСТРОВА, кандидат химических наук, зав. лабораторией
Н.М. ТРУНОВА, старший научный сотрудник Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа E-mail: burmistrova@sibniit.tomsknet.ru
Резюме. На основе полевых исследований установлена эффективность торфяного мелиоранта в биологической рекультивации пород угольного отвала. Использование торфяного мелиоранта и фитомелиорации обеспечило возрастание содержания углерода лабильного органического вещества с 0,57. ..1,03 до 0,85...1,23 %, увеличение с течением времени в составе органического вещества грунта доли легкоокис-ляемых фракций и снижение содержания трудноокис-ляемых (в варианте с внесением 25 т/га мелиоранта с 13,04 до 31,43 % от Собщ и 67,3 до 31,42 % от Собщ соответственно), а по азоту - достаточные условия для роста и развития растений.
Ключевые слова: биологическая рекультивация, торфяной мелиорант, угольный отвал, органическое вещество.
Разработка угольных месторождений открытым способом сопровождается выносом на поверхность глубинных неплодородных пород и образованием в зоне ведения горных работ карьерно-отвальных комплексов, в результате чего формируются пустоши. В связи с этим особое значение приобретает разработка способов восстановления биологической продуктивности нарушенных земель, в частности угольных отвалов, интенсификации почвообразовательных процессов [1-7].
Цель наших исследований - применение торфяного мелиоранта для создания условий роста и развития растений, активизации биологических процессов и, как следствие, ускорения накопления органического вещества в грунте отвальной породы.
Задача представленного исследования - изучение процесса накопления и превращения органического вещества на поверхности рекультивируемого грунта отвальной породы при использовании торфяного мелиоранта и фитомелиорации.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в течение 3-х лет в полевом опыте на угольном отвале восточного разреза Краснобродский Кемеровской области.
Местопроведения эксперимента расположено в центре азиатского материка и характеризуется континентальным климатом с продолжительной морозной зимой и коротким летом. По почвенногеографическому районированию эта территория входит в почвенный округ «островной» лесостепи и лесостепи Кузнецкой котловины. Фоновые почвы - черноземы [6].
Используемый мелиорант приготовлен на основе
34 -------------------------------------------
низинного торфа с включением в его состав активированного торфа и минеральных удобрений [8]. Активированный торф это твердый остаток, образующийся при гидролизе торфа перекисью водорода и аммиаком. Перекисно-аммиачный гидролиз торфа приводит к повышеннию содержания водорастворимых и легкогидролизуемых соединений, которые обладают высокой биологической активностью. Кроме того, торфяной мелиорант характеризуется высокой водоудерживающей способностью и наличием основных элементов минерального питания. В комплексе это способствует улучшению агрохимических и агрофизических свойств грунта и, как следствие, созданию условий для роста и развития растений.
Схема опыта включала следующие варианты:
грунт отвала (ГО) - контроль;
ГО + торфяной мелиорант (ТМ), 25 т/га;
ГО + ТМ, 50 т/га.
Количество элементов минирального питания, дополнительно вносимых с мелиорантом, выравнивали с помощью удобрений.
Высеваемая культура - донник, повторность трехкратная
Содержание органического углерода (Собщ) и углерода лабильных гумусовых веществ (извлекаемого
0,1 н ЫаОИ) в грунте определяли по Тюрину [9]; качественный состав органического вещества - методом, основанным на разной устойчивости его компонентов к действию окислителей [10]; количество общего азота (Мо6щ) и его фракционный состав - по Къельдалю [11].
Грунт отвальной породы представлен песчаниками и глинистыми породами (алевролитами, аргиллитами) и в незначительной степени непромышленными прослоями угля. Он характеризуется слабощелочной реакцией среды (рНвод - 7,9...8,0), высокой зольностью (Ао -79,2...82,4), невысоким содержанием подвижных форм питательных элементов (К2О - 7,2.7, N - 1,3...2,4; Р2О5 - 10,1.12,5 мг/100 г). Валовое содержание органического азота и углерода - соответственно 0,5.. .0,8 и 4,4...5,5 %. Причем определяемое их количество содержится в угольной фракции и труднодоступно для растений. Железо и алюминий, извлекаемые в водную вытяжку, отсутствуют. Суммарный показатель по 10 токсичным элементам (Дб, Сс1, Нд, Сг, РЬ, Zn, Си, Мо, Мп, Бг) равен 12,8 и соответствует низкой степени загрязнения. Таким образом, грунт отвальной породы пригоден к биологической рекультивации.
Эффективность применения торфяного мелиоранта при рекультивации грунта угольного отвала оценивали по изменению содержания углерода лабильного органического вещества (Слов), качественного состава органического вещества, а также содержания и фракционного состава азота в грунте.
Результаты и обсуждение. Под воздействием растительности на рекультивируемой поверхности грунта протекают процессы накопления и превращения органического вещества.
Среди разнообразных компонентов, формирующих органическое вещество, важная роль принадлежит лабильному органическому веществу (ЛОВ), которое представляет собой разнообразные продукты
— Достижения науки и техники АПК, №12-2010
Таблица 1. Изменение содержания Собщ и Слов в вариантах опыта
Вариант опыта 2007 г. 2008 г. 2009 г.
Собщ,% С , % ловв Сощ% Слов, % лов Сощ°% Слов, % лов
ГО контроль ГО+ТМ, 25 т/га ГО+ТМ, 50 т/га 4,97± 0,08 5,73± 0,06 6,61± 0,09 0,10± 0,01 0,57± 0,01 1,03± 0,09 5,01± 0,07 5,85± 0,09 6,35± 0,08 0,12± 0,01 0,70± 0,01 0,93± 0,02 5,00± 0,06 5,73± 0,07 6,42± 0,10 0,26± 0,01 0,85± 0,02 1,23± 0,02
биохимических и биологических процессов, протекающих в почве (грунте), в том числе продукты гумификации растительных остатков. Соединения этой фракции служат непосредственным источником питания растений и микроорганизмов.
В грунте отвальной породы углерод находится в основном в недоступном для живых организмов состоянии. Содержание Слов в нем составляет всего 0,1 % (табл.1), что, на наш взгляд, и стало одной из причин гибели всходов в этом варианте.
Использование торфяного мелиоранта привело к обогащению грунта углеродом лабильных органических веществ, что создало условия для нормального роста и развития растений. Так, к окончанию 3-го вегетационного периода при внесении торфяного мелиоранта отмечено увелечение содержания углерода лабильного органического вещества (Слов) с 0,70.0,93 % в конце 2-го вегетационного периода до 0,85.1,23 %, что связано с дальнейшим накоплением легкоразлагае-мых гумусовых веществ, представляющих собой остатки растительного происхождения (торфа, растений).
При определении качественного состава органического вещества в грунте рассматриваемых вариантов выявлены тенденции процессов его превращения, происходящие с течением времени.
При использовании торфяного мелиоранта доля углерода легкоокисляемой (лабильной) группы к окончанию 3-го вегетационного периода увеличивалась, по сравнению с грунтом отвальной породы, а трудноо-кисляемой (стабильной) - снижалась, что, возможно, связано с разложением к этому сроку растительных остатков, которое приводит к накоплению первичных структур гумуса.
С увеличением дозы внесения торфяного мелиоранта (с 25 до 50 т/га) возрастает и суммарная доля легкоокисляемой и среднеокисляемой групп органического вещества.
Сравнение рассматриваемых показателей на примере образца грунта варианта с использованием торфяного мелиоранта в дозе 25 т/га свидетельствует, что с течением времени (с весны 2008 г. до осени 2010 г.) содержание углерода легкоокисляемой (лабильной) и среднеокисляемой части органического вещества увеличивается с 13,0.18,4 до 31,4...37,1 % от Собщ, а трудноокисляемой (стабильной) - уменьшается с 67,3 до 31,4 % от Собщ (табл.2). Рост доли легко- и средне-окисляемых фракций органического вещества в грунте, возможно, обусловлен образованием в результате разложения растительных остатков веществ индивидуальной природы.
В контрольном же варианте изменений в составе органического вещества за рассматриваемый период практически не произошло.
Биологический цикл почвообразования связан с появлением в почве азота. Определение азотного фонда грунта при использовании торфяного мелиоранта в Таблица 2. Содержание и изменение содержания разных групп органических веществ в образцах рассматриваемых вариантов (С, % от Собщ)
Вари- ант Легкоокисляе-мая группа Среднеокис-ляемая группа Трудноокисля-емая группа
ГО
2008 г. 7,20 19,80 73,00
2009 г. 6,93 19,48 73,58
2010 г. 8,54 19,09 72,37
ГО+ТМ,
25 т/га
2008 г. 13,04 18,40 67,30
2009 г. 18,04 22,63 58,33
2010 г. 31,43 37,15 31,42
ГО+ТМ,
50 т/га
2009 г. 22,76 25,48 51,73
дозе 25 т/га показало, что содержание общего азота (Мо6щ) в этом варианте сравнимо с таковым в зональной почве (табл. 3). Доля минерального (Ымин) и легкогидро-
Таблица 3. Сравнительная характеристика фракционного состава азота в опытных вариантах
Вариант опыта Nобщ’ % N мин. N лг N мин. N лг N нг
мг/100г а.с.в. % от Nбщ
Зональная
почва 0,18 31,64 62,16 64,90 17,58 34,53 36,05 11,84
ГО контроль 0,08 10,22 0 4,34 12,77 0 5,42 81,81
ГО+ТМ, 25 т/га 0,22 13,60 28,00 94,90 5,98 12,75 43,14 38,13
лизуемого (Ылг) азота, наиболее доступных для питания растений, при внесении торфяного мелиоранта была в 2,8 раза меньше, чем в зональной почве, а концентрация трудногидролизуемого (Ытг) - практически одинаковой. Грунт отвальной породы характеризовался низким содержанием азота, причем Ылг в этом варианте не обнаружен, а на долю Ытг и негидролизуемого азота (Ынг) приходилось более 87 %.
Выводы. Использование торфяного мелиоранта и фитомелиорации при рекультивации грунта угольного отвала обеспечило рост количества углерода лабильного органического вещества к концу 3-го вегетационного периода с 0,57...1,03 до 0,85...1,23 %, а также увеличение с течением времени в составе органического вещества грунта доли легкоокисляемой (лабильной) фракции и снижение трудноокисляемой (стабильной).
Внесение торфяного мелиоранта обеспечило достаточные по количеству азота условия для роста и развития донника. Содержание общего азота было, сравнимым с зональном грунте. Кроме того, в мелиорированном грунте отмечено присутствие минерального и легкогидролизуемого азота, наиболее доступного для питания растений. Грунт же отвальной породы характеризуется высоким содержанием негидролизуемой фракции этого элемента (до 82 %).
Литература.
1. Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. Новосибирск: Наука,1992. - 305 с.
2. Красавин А.П. Защита окружающей среды в угольной промышленности. М: Недра,1991. - 221с.
3. Красавин А.П., Катаева И.В. Ускоренная рекультивация нарушенных горными работами земель с использованием бактериальных препаратов//Уголь. - 1996. - С.53-58.
4. Водолеев А.С., Степнов А.А. Результаты рекультивации нарушенных земель с использованием осадков сточных вод// Рекультивация нарушенных земель в Сибири. - Кемерово.2006. - вып.2. - С. 34-37.
5. Захаров А.П. Практика биологической рекультивации в Кузбассе //Рекультивация нарушенных земель в Сибири. Кеме-рово,2005. - вып.1. - С.86-89.
Достижения науки и техники АПК, №12-2010
35
6. Экологические аспекты биологической рекультивации почв техногенных экосистем Кузбасса / Середина В.П., Андро-ханов В.А., Алексеева Т.П. ,Сысоева Л.Н., Бурмистрова Т.И., Трунова Н.М. //Вестник Томского государственного университета. - 2007. - №2(3) . - С.61-71.
7. Андроханов В.А., Кулянина Е.Д., Курачев В.М. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция. Новосибирск:Изд-во СО РАН,2004. - 151 с.
8. Пат.2282607 РФ МПК C05G1/00 Органоминеральное удобрение/ Алексеева Т.П., Сысоева Л.Н., Трунова Н.М., Бурмистрова Т.И. Опубл. 27.08.06 г.
9. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы трансформации. - Л.: Наука, 1980. - 510 с.
10. Авад А.Р., Донских И.Н., Мязин Н.Г. Метод хемодеструкционного фракционирования для оценки качественного состава органического вещества черноземов//Агрохимический вестник. - 2008. - №2. - С.8-10.
11. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М: Изд-во МГУ,1970. - 478 с.
RESEARCHING OF EFFICACY APPLICATION PEAT AMELIORANT FOR BIOLOGICAL RECULTIVATION
OF CARBON REFUSE T.P. Alexeeva, L.N. Sysoeva, T.I. Burmistrova, N.M. Trunova
Summary. Efficiency of peat ameliorant in biological recultivation of rocks carbon refuse on the basis of field research was established. Labile carbon of organic matter content increasing easily oxidized share increasing overtime and difficultly oxides share decreasing in ground organic matter composition was provided by peat ameliorant and phytomelioration use. It was estimated enough concentration of nitrogen and condition for plant growth and development.
Key words: biological recultivation, peat ameliorant, carbon refuse, organic matter
УДК 631.81.095.337
НОВЫЕ СОСТАВЫ СМЕСЕЙ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА
Л.В. КАСИМОВА, кандидат химических наук, зав. лабораторией
А.В. КРАВЕЦ, старший научный сотрудник Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа Е-таіІ:віЬпіії@таіІЛотвкпе1.ги
Резюме. Исследована физиологическая активность шести микроэлементов в интервале концентраций от 10-4 до 10-7 %. Разработана смесь микроэлементов, в состав которой они входят в концентрациях ниже ранее рекомендованных в 1000-100000 раз. Установлено, что ее применение обеспечивает прирост вегетативной массы пшеницы на 17...43 %.
Ключевые слова: микроэлементы, физиологическая активность, эффективность применения
В последние годы в силу сложившихся экономических условий в сельскохозяйственном производстве значительно снизились объемы внесения минеральных и органических удобрений. При этом задача повышения продуктивности почвы остается по-прежнему актуальной. Один из перспективных путей решения этой проблемы - использование микроудобрений Существующие рекомендации основаны на их применении в достаточно высоких дозах. Например, 0,3.1,1 кг/га молибденового удобрения, 2,5.15 кг/га сульфата меди,
1,1.20 кг/га сульфата цинка, 3,5 кг/га борного удобрения, 4 кг/га сульфата кобальта [1-4]. Для обработки семян и опрыскивания посевов рекомендуют 0,1...0,005 %-ные растворы микроудобрений. В связи с этим большой интерес представляет изучение возможности по применения микроэлементов в низких концентрациях (меньше 10-4 %).
Цель наших исследований оценка физиологической активности шести биогенных микроэлементов в низкой концентрации и определение влияния их смесей на продуктивность серых оподзоленных почв.
Условия, материалы и методы. Объектами исследования были водные растворы бора, меди, марганца, молибдена, цинка, кобальта, внесённые в смесь Прянишникова; водные экстракты из торфяных удобрений и из серых лесных оподзоленных почв стационаров Поросино и Ново-Архангельское. В качестве торфяных удобрений использовали микробиологически (БУ) и биохимически (ТУ) активированный торф, способ получения и составы которых разработаны в СибНИ-ИСХиТ [5,6]. Смеси микроэлементов условно названы модельными растворами.
Изучение биологической активности микроэлементов проводили на фоне смеси Прянишникова, обеспечивающей нормальный рост и развитие проростков пшеницы. Минимальные и максимальные дозы микроэлементов брали, исходя из содержания их подвижных форм в почвах [3].
На первом этапе определяли влияние концентрации каждого из шести микроэлементов на физиологическую активность их водных растворов: медь
- 1,3х10-4.1,3х10-6 %; молибден - 2,4х10‘5.2,4х10-7 %; марганец - 2х10Л..1х10~6 %; цинк -1,1хШ5.1,1хШ7 %; кобальт
- 1,1х10-4.1,1х10-6 %; бор - 1,75х10-5.8,7х10-7 %, которые вносили в раствор смеси Прянишникова. Микроудобрения в эксперименте вносили в виде корневой подкормки растений.
Определение физиологической активности растворов проводили методом биотестирования на «водных культурах» [7]. В качестве оценочных показателей были взяты прирост вегетативной массы и массы корешков проростков пшеницы, высушенных при 100±50С в течение 2,5 ч. Схема опыта вместе с контролем (смесь Прянишникова) включала 32 варианта. Повторность четырехкратная. Число проростков пшеницы в повторности - 10 шт. Длительность опыта - 14 суток, освещение - круглосуточное (160 Вт). В исследованиях использовали яровую пшеницу сорта Тулунская-12.
На втором этапе решали задачу построения мате-
— Достижения науки и техники АПК, №12-2010
